明辨「增程式电动汽车」

本文近期将作修改,将「增程式」和「纯电型插电混动」区别开,从而进一步明确各个概念,简单来说,国标19596-2017定义的「增程式电动汽车」与原文阐述的学术概念「增程式」有一定差异:

原文「增程式电动汽车」=「纯电型插电式混动」
国标定义的「增程式电动汽车」=一类串联构型的「纯电型插电式混动」,范围比原文学术概念要更小

文章之后会按国标定义再作修改,避免读者混淆。


「增程式电动汽车」的概念,在过去一年突然「再次」火热了起来。随着新能源汽车的兴起,《汽车产业投资管理规定》的征求意见稿中也写入了对「增程式」的鼓励,各种「增程式电动汽车」便不断推出,让人应接不暇。然而,增程式汽车是什么,和插电式混合动力有什么区别?这一根本问题可能很多人却还都不了解,甚至汽车行业的从业工程师大多也说不明白。

这篇文章,就将围绕这个概念辨析清楚:增程式电动汽车是什么,以及对于新能源汽车产业的意义是什么。

(至于一些朋友感兴趣的「理想智造ONE」,请见专栏文章:理想智造ONE——理想主义者的「存同求异」

文章将分为三部分,讲下面三个问题,正文之前写上简要回答:

  • 增程式电动汽车的概念

– 实际是一类电气化程度更高的插电式混合动力汽车

  • 增程式电动汽车与混合动力构型(串联/并联/混联)的关系

– 分属于混合动力汽车的两种分类维度,而增程绝不等同于串联

  • 增程式电动汽车对新能源汽车产业的意义

– 从燃油车到纯电动车的过渡角色,有助于基础设施推广和新能源产业链发展

一, 什么是增程式电动汽车

「增程式」英文为Range extended,理解起来非常直接,即「里程扩展」。但这个意义指向并不明确,它让多种不同的混合动力构型都可以和「增程」关联上。而「增程式」也并非新发明,正是19世纪费迪南·保时捷发明的第一辆混合动力汽车正可以被称作最早的「增程式电动汽车」。因而我个人以为,增程式实在不是一个「好词」,因为它的意思一直以来都比较模糊,从字面上并不能准确表明其含义。这个词通常出现在各个汽车公司对产品的描述中——如通用、日产、宝马都用「增程」来描述自己的产品,然而这个词在这样的语境下,大多停留在「商业概念」,缺乏业界的标准定义。这就导致不同公司的「增程式电动汽车」实际上却是形态各异。

那么学术上是如何定义「增程式电动汽车」的呢?

学术上通常认为:「增程式电动汽车」(Range-Extended Electric Vehicle,REEV)是电气化程度更高的一类「插电式混合动力汽车」(PHEV),又可以被定义为「纯电型插电式混合动力汽车」(All Electric Range,AER PHEV)。

对混合动力汽车有一定了解的知友们会知道,油电混合动力汽车有很多的类别,想要区分它们又有不同的分类方法。主要的区分方法有两种:一是按照混合动力系统构型进行分类,或者说是按发动机、电机两个动力源的耦合方式分类;二是按照电气化程度来分类,或者说按油电混合比例分类,从燃油汽车跨度到纯电动车。

增程式电动汽车就属于第二种分类(与第一种分类的辨析见第二节),且看图2,可以将不同动力系统的汽车按电气化程度从弱到强分为五类:

内燃机(ICE)——非插电式混合动力(HEV)——插电式混合动力(PHEV),又分为混合型PHEV(Blend PHEV)与增程式/纯电型PHEV(REEV/ AER PHEV)——纯电动(EV)

图1按动力系统电气化程度的分类,图片自制,注:图示Accord为2018年之前的PHEV车型,2019款Accord PHEV在全工况都可以纯电运行,可以归入纯电型

从左往右,车辆能源中用电比例逐渐升高:ICE与HEV能量来源于燃油;PHEV来源于燃油与电网;EV完全来源于电网。其中PHEV与HEV虽然同属于混合动力汽车,但是「是否插电」的技术区别就让两者能量来源发生了差异。

那么同属于PHEV的混合型PHEV增程式PHEV,差别在哪里?

这里涉及到了插电式混合动力汽车的工作过程。如图2PHEV的工作过程中包含了电量下降(Charge Depleting,CD)与电量维持(Charge Sustaining,CS)两部分。两种PHEV在CS阶段均需要开启发动机维持电量平衡,两者的区别主要在于CD阶段的工作模式——

「在CD阶段,增程式PHEV以纯电动模式运行,保持发动机不开启,油耗为0」

「在CD段,混合型PHEV在部分工况需要开启发动机来满足整车功率需求,产生油耗」

换言之,(在CD段)增程式PHEV在所有工况下都可以以纯电动模式运行,但混合型PHEV则只能在部分工况以纯电动运行。因而,增程式PHEV的运行模式、驾驶感受、能量来源都更加接近纯电动车。

图2,两类PHEV的工作特点差异,图片自制

辨析明白这一概念之后,增程式电动汽车的分类就已经很明确——

「增程式电动汽车是一类电气化程度更高更加接近纯电动的插电式混合动力汽车。」

从开发来说,增程式PHEV与混合型PHEV的开发逻辑略有差异:前者更接近电动汽车,但较电动汽车复杂;而后者与常规混合动力的节能汽车更加接近。

二, 增程式电动汽车与混合动力构型(串联/并联/混联)的关系

首先,「增程式」绝不等于「串联式」

之所以反复强调这一点,恰是因为「增程式」一直以来缺乏标准的定义,而它最早是作为「串联」的同义词出现的,这与现在的定义并不对等。事实上,正如文章开头所说,增程与串联分处于混合动力分类的两个维度。

按电气化程度分类,我们可以得到如图1中非插电混动、混合型PHEV与增程式PHEV的分类;而按动力耦合方式来分类,则可以得到如图3,串联、并联、混联(功率分流、串并联)的构型分类。

图3 动力耦合方式不同的各类混合动力构型,图片自制

在其中,串联式是使用发动机发电,电动机驱动车辆,是一类结构较为简单的混合动力构型。但做串联容易,做出节能的串联并不容易!因为,开发节能的串联混合动力,技术重点在于发动机,需要在发动机开发上尽可能扩大高效工况区域、提升瞬态油耗;在经济性的基础上,还需要保证驾驶感受并有效控制成本。串联做得好的车企并不多,日产Note ePower就是其中佼佼者,而正是串联技术的提升难度使得过去很多串联式混合动力车型,油耗甚至还不如发动机直接驱动。

然而,毕竟串联式做起来容易,于是今日我们看到有一些小厂商意图将旧的落后产能嫁接起来,用糟糕的发动机组上电机、电池摇身一变,从旧串联变成「增程式」,意图让油耗糟糕的串联披上「增程」的新外衣死灰复燃。这一类在我看来是务必要杜绝的,这就是要反复强调增程概念的意义所在。

分析完两种分类维度,我们实际上可以画出一个矩阵,如图4(我将功率分流和串并联不再细分,都归入了混联)。从左往右,电气化越来越高;从上往下,“一定程度上”表明混动构型越来越复杂。

图4 按两个分类维度,对部分混合动力车型分类如上图,图片自制

三,增程式电动汽车对新能源汽车产业的意义

尽管目前还缺乏明确的定义,让部分人有了浑水摸鱼的空间。但「增程式」对新能源产业的发展的积极作用是毋庸置疑的。它的正面意义有三方面:

  • 市场认可:短中期内(5~10年内),能够满足消费者不同出行场景,市场接受程度高,同时接近纯电动的驾驶体验也会起到教育市场的作用,促进纯电动的普及;
  • 技术接近纯电动:技术上来说,车企开发增程式作为过渡车型,由于增程纯电里程长,因而必须在电池管理、轻量化、热管理、电驱动等诸多技术命题上大力投入,而这些技术与纯电动车是共通的,有利于技术积累;此外开发增程式汽车的上游技术与纯电动车接近:增程式电动车同样会促进上游电池产业,以及电机电控的持续发展;
  • 充电基础设施扩展:增程式在内的插电式混合动力同样需要充电,随着插电式混合动力的推广,会持续带动充电基础设施建设,从而为纯电动打下基础。

增程式电动汽车可以有效推动新能源汽车产业发展。而新能源汽车产业本身的意义则是另一个大前提了:「能源安全」「工业自主」「环境保护」三个大的战略考量是新能源汽车战略的最重要原因,在我的其他文章已有叙述,本文便不再讨论了。

最后总结如下——

「增程式电动汽车」有助于新能源汽车产业发展,但目前概念定义不清晰,存在以下概念需要明析:

  • 「增程式」是PHEV:「增程式」并不对应某一种混合动力构型,它指的是电气化程度更高的插电式混合动力汽车;
  • 「增程式」不是纯电动车:尽管「增程式」运行模式与能量来源接近电动车,但它也要用油,并不是纯电动车;
  • 「增程式」技术上并不更「先进」:「增程式」并不是划时代的新发明,就好比插电式混合动力并不比非插电技术更「先进」一样,事实上它们是发展了不同的「技能点」;

因此,任何意图无限拔高「增程式」或利用「增程式」浑水摸鱼的宣传,都还需请诸位明辨。同时,也期待在「增程式」的推广政策落实之前,政府与业界能够将「增程式」定义进一步明确,以保障产业健康发展,避免乱象再现。

来源:知乎 www.zhihu.com

作者:姚一

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