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智造ONE增程系統詳解,且看它是如何做到沒有里程焦慮的

2018-10-20
關鍵詞: 電動車 汽車電子

  詳解理想智造 ONE 增程系統。

  從2015年7月成立至今,李想的車和家終于迎來了自己的第一場發布會,他們的增程式智能電動車“理想智造 ONE”今晚正式發布。

  如果給新造車團隊推出的電動車產品列一個期待值榜單,這輛車應該在我這兒應該能排到前三。

  原因很簡單,首先,這個車是由號稱“超級產品經理”以及“國內最資深特斯拉車主”的人做出來的,其次,它所采用的增程電動方案,在國內新造車團隊里也是絕無僅有的。

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  我們重點關注的也是這套增程電動系統,而要想徹底弄明白它,需要花費不少的認知成本,所以在以下內容里,我們試圖從技術和使用體驗的角度把“理想智造 ONE”的增程工作原理解釋清楚。

  什么是增程電動?

  你可能聽過強混、弱混、插電混動、混動這些概念,但什么是增程電動呢?

  一般來說,混動車一般都有一顆發動機,以及數量不等的電動機,按照工作方式不同,又可以分為串聯、并聯、混聯三種。而我們常見的混動車,其實采用的都是并聯或混聯的構型。

  而串聯呢,顧名思義,雖然車里會有內燃機,但是它并不會直接驅動車輪,而是通過發電機,將內燃機工作的能量轉化為電能,通過電機驅動汽車。而這個內燃機,在增程電動車里被叫做增程器。

  另一方面,像純電動車和插電混動車一樣,增程式電動車也會搭載一個容量不小的鋰電池組,儲存在電池組里的電能,也可以釋放出來,通過電機驅動車輛。

  李想自己在微博上是這么解釋增程電動系統的優點的:它是一個超大容量的第二電池組,重量更輕(整個系統包含增程器、減速器、發電機、進排氣、油箱等不到 200 公斤),成本更低,沒有充電的焦慮,冬季幾乎無衰減。

  我更愿意把增程式電動車列入純電動車的范疇。而你也可以這么理解:增程電動車基于電驅平臺打造,而我們常見的混動車,是基于燃油車平臺打造的。

  (但也有不那么嚴格遵守「規矩」的,比如別克 Velite 5,雖然它也是一輛增程電動車,但是這輛車里的發動機,在某種情況下卻也可以直接驅動車輪……)

  理想智造 ONE 的增程系統好在哪?

  在我看來好處有兩個,一是是能提供純電動的駕駛體驗,二是可以在一定程度上消除里程焦慮。

  第一點比較好理解,因為理想智造 ONE 任何時候都是純電驅動的,電動車相比燃油車在駕駛體驗上的那些優勢,這輛車也都具備。如果不加油,你完全可以把它當做一輛純電動車來用,電池沒電了就插電充電。如果把增程發電系統拆掉,它也是一輛完整的純電動車。

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  第二點才是重點。我上面的用詞是一定程度上消除里程焦慮,但理想智造 ONE 的最大賣點是「沒有里程焦慮」,這有什么區別?僅憑一套增程系統,真的能消除里程焦慮嗎?

  我一直的觀點是,在里程焦慮這件事里,焦慮的并不是續航里程本身,而是在焦慮能源獲取的不確定性。

  那么理想智造 ONE 是怎么解決里程焦慮的?

  驅動增程電動車的電是怎么來的?前面已經說了,一種途徑是通過電池組,一種途徑是通過內燃機發電。

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  用圖來表示,應該是這樣的:

  智造ONE增程系統詳解,且看它是如何做到沒有里程焦慮的

  所以理論上來說,就算電池組里沒電,也可以僅通過加油的方式來保證車輛的運轉。因為只要有油,增程器就能運轉,它就能持續發電,車子就能往前走。

  這么說有點像插電混動對吧?開過這種車的同學應該都懂:就算一輩子不給電池組充電,僅靠加油,發動機也可以一直驅動汽車,而且永遠沒有里程焦慮。(當然這種騷操作的缺點也十分明顯:NVH 不好解決,費油,駕駛體驗仍然是油車那一套。)

  在消除里程焦慮這件事上,理想智造 ONE 有點像插電混動車的邏輯,只不過在這輛車上,你加的油最后會轉化成電。

  而另一方面,你也可以像使用純電動車一樣,給它的電池組充電,方式是直流快充或交流慢充。

  下一個問題:既然增程電動可以消除里程焦慮,為什么它沒有成為主流呢?

  增程電動車雖然在市面上少見,但也不是沒有,比如寶馬 i3 增程版、日產 Note e-Power 版等等。

  雖然和理想智造 ONE 一樣都是增程電動車,但三者的增程動力系統有不小的區別。

  寶馬 i3 增程版的電池組容量 33kWh,增程器是雙缸 0.65 升自吸,增程器功率 28kW,能源補充方式是慢充+加油,油箱容積 8 升,實際可加油 7 升,通過軟件解鎖的方式可以實現加油 8 升。Note e-Power 采用的是 1.5kWh 的電池組,增程器是 58kW 的三缸 1.2 升自吸,能源補充方式是加油,油箱較大。

  所以這二者都有一些缺點,也沒有完全解決里程焦慮問題。

  i3 的問題在于,第一,不能通過直流快充的方式高效率的給電池組充電,第二,油箱過小,也就意味著無法通過增程器增加太多續航里程,對于長途旅行來說需要極頻繁的加油,如果在耗光 7-8 升油之前找不到加油站,就可能趴窩。第三,增程器功率太小,不利于高速行駛場景下的增程。

  而 Note e-Power 的問題在于,電池組容量太小,并且不能充電,增程器功率會制約整車性能。

  這兩臺車的共性是,更適合城市通勤,高速、長途體驗不好。

  我相信,車和家的產品經理和工程師在研發之初,就意識到了以上這些現有產品的缺陷。于是,理想智造 ONE 的增程系統,采用的是大容量電池組+大功率增程發電系統的路線。

  而在技術層面能支撐起這樣的設計是因為,它有一個從零開發的增程電動車底盤,有充足的空間放進大電池組,放進前后雙電機,而目前市面上的增程電動車,不具備這樣的先天基礎。

  它的電池組容量是 40.5kWh,可用 37.2kWh,油箱 45 升,而增程器使用的是由東安提供的一臺三缸 1.2T 機器。

  同時,采用了雙電機四驅的形式,電機總功率 240kW(326 匹馬力),530 牛米,其中前電機 100kW,后電機 140kW。動力性能相當于目前主流的 V6 發動機,百公里加速 6.5 秒。

  按照官方公布的數據,電池純電行駛里程 180 公里,綜合續航 700 公里。

  可以這么說,理想智造 ONE 的增程系統,針對中國電動車用戶的實際需求和痛點做了有針對性的設計,李想說過的一句話可以解釋他們這么做的原因:如果要讓產品獲得更大銷量,覆蓋更多用戶,就必須解決里程焦慮問題,否則只能變成小眾產品。

  當然,增程電動只是他們的技術路線之一,為了解決里程焦慮,他們另一個發力重點是 200kW 快充。第二款面向 C 端市場的大型轎車,就是采用高功率快充技術的純電動車,而非增程電動。

  理想智造 ONE 還有一個附加優勢:由于有增程系統存在,所以相比于常見的純電動車,它可以有更多辦法來解決冬季續航縮短以及熱管理的問題。

  簡單來說,增程器工作所產生的余熱可以被用來加熱電池組,同時給座艙內提供暖風。

  車和家產品管理相關負責人張驍告訴我們,這套熱管理系統有三套液冷機構,一套貫穿整個動力系統,一套是空調系統,還有一套電池組熱管理系統。這三套液冷系統通過閥體進行控制,可以兩兩相通,也可以全部打通,以此保證熱量的利用效率最高。

  按照車和家的測算,在零下十度時,理想智造 ONE 的里程衰減約為 5%,普通純電動車約為 30%。

  理想智造 ONE 的增程系統總體控制邏輯是怎樣的?

  因為完全是純電驅動,所以這套控制邏輯相比其他混動車來說要簡單一些,主要有這么幾個原則:

  1. 在電池電量充足的時候,增程器盡量不啟動,此時能量鏈是電池組→電機。

  2. 電池電量永遠不會被耗盡。

  3. 電池電量不夠時,增程器啟動,發出的電力優先供電機驅動車輛,也就是說,此時能量不經過電池。這一點比較關鍵,相當于直驅,可以避免能量鏈條過長帶來的能量損耗。

  4. 需要急加速時,電池和增程系統會同時輸出電力給電機,不管電池組有沒有足夠電量。

  5. 增程器啟動情況下,在滿足動力需求之后,發電機的剩余電力才會被儲存到電池組里。

  當然,整套系統的邏輯遠沒有上面所說這么簡單,除了這幾個基本原則之外,還有一些更細節的控制策略,以后我們有機會再說。

  日常使用這輛車的成本如何?怎么用?

  如果用一句話來概括,就是該充電充電,該加油加油。

  如果有充電條件,不管是自己的私有充電樁還是公共充電樁,那么最好給它充電,當做一輛普通電動車來用。一輛車的大部分使用場景還是城市通勤,40 度左右的電池組提供 180km 的純電續航里程,對于大部分人的每日上下班通勤來說都是夠用的。如果每天都是市內通勤,并且每天都能充電,基本上很少有用油的機會。此時能耗表現是最好的,使用成本也是最低的。

  如果沒有任何充電條件,完全靠加油來用這輛車呢?

  在市區中低速行駛時,其實這輛車的理論使用成本還是要低于同級別汽油車,原因是,純電驅動的車相比燃油車在中低速更有效率優勢。如果頻繁堵車,電驅動的優勢就很明顯,而耗油讓增程器發電,基本是用多少電就發多少電。車和家給出的市區油耗是百公里 5 升左右。

  這里還有個問題:增程器燒油把能量轉化為電能驅動車輛,普通汽油車燒油直接驅動車輛,這二者到底哪種方式效率更高?

  這涉及到發動機熱效率曲線的問題,一般來說,汽油發動機在 2000 轉左右時的熱效率最高。

  因為增程式電動車的增程器只用來發電,所以它的控制邏輯和用來驅動車輛的發動機并不一樣,也不應該一樣。事實上,理想智造 ONE 的 1.2T 增程器也沒法直接放到別的車上當發動機來用,而是要做改動。作為增程器來用的發動機,可以被調校得更適合增程器的工作工況,并且控制它在熱效率最高的轉速區間來發電。

  而高速、長途行駛呢?

  對于用戶來說,可以在高速公路服務區用快充補電,但是效率不高,比如你花半小時把電池組充入 80%電量,但是它的高速工況純電續航并不長。

  所以如果跑長途+高速,加油增程是更有效率的方式。而這個時候,如果電池電量已經不多,能耗就要比同級別燃油車更高了。官方數據,完全依靠加油行駛,高速工況油耗在 10 升左右。這里所謂的高速工況,采用的是工信部標準,同標準下,寶馬 X5 35i 的油耗是 7.9 升。這也是這套增程系統的缺點之一,和燃油車不一樣,它并沒有變速箱。

  另一個問題:作為用戶,可以自己調整增程器的介入時機嗎?

  理想智造給出的方案是,現階段他們會預設兩個增程器介入點,一個是比較早介入,適合長途行駛場景,一個是比較晚介入,適合純電行駛場景。而長期來看,我覺得他們應該會提供更多的設置可能性。

  增程器的性能會在一定程度上影響這輛車的使用體驗,比如,增程器功率多大?很遺憾,發布會上李想并沒有公布這個數據。

  當然,說到增程器,了解新造車的同學應該還會想到另一個品牌——泰克魯斯·騰風。他們選用了微型燃氣輪機做增程器,意在提高增程發電效率。

  NVH 如何解決?

  因為增程器不直接驅動汽車,所以在 NVH 方面,只需要考慮抑制增程器本身的震動和噪音即可,相對來說,這要比燃油車的 NVH 更好做一些。按照李想自己的說法,「理想智造 ONE 的 NVH 能達到純電動車的水平」。不過,我對此持保留意見。

  哦對了,還有一個比較重要的問題:這輛車能享受到什么樣的新能源政策?

  在北京,它目前不能用新能源指標購買,而在全國大部分城市,對它還是比較友好的。

  好了,最后想說的是,世界上應該沒有任何一套完美的驅動系統方案,理想智造 ONE 的這套增程電動系統,也并不完美,比如它雖然解決了里程焦慮,但是高速油耗的控制還是不如同級別燃油車里比較高級的動力總成,比如寶馬的 3.0T+采埃孚 8AT。

  但是從另一個角度來說,它的優勢也同樣明顯,如果你有充電條件,如果你不經常跑長途,那么它的整車使用成本會極低,并且有很好的純電動體驗。

  所以在我看來,這輛車并沒有只把純電動車當做競品,它也想從燃油車用戶里切一部分蛋糕。

  在下一篇文章里,我們再來聊聊它的智能化部分。


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