增程式电动车

胡斌

8月31日，通用汽车中国公司宣布量产版雪佛兰Volt正式登陆中国，并取名沃蓝达。这辆全球首款量产增程型电动车将在2011年底进口中国销售，届时中国将成为美国本土之外首个引入雪佛兰volt的市场之一。通用之所以这么看重中国市场，完全是源于当前出现在中国汽车行业的新能源热潮。而雪佛兰Volt从其概念车的诞生，到如今量产车的下线，在其电力驱动系统、能源管理、电池技术以及设计理念和开发流程等方面，都有许多独到之处，而这正是最值得处于新能源热潮中的中国汽车企业好好学习的。
        通用称Volt是一种为了满足较长行驶里程需求而增加辅助性汽油发动机的纯电动车，并取名为"Extended Range Electric Vehicle"，即增程式电动车，简称E-REV。到底Volt有多神奇，是不是真的如通用所宣称的“雪佛兰Volt没有竞争对手”【1】，让我们剥茧抽丝，揭开其神秘的面纱。

        一、Volt电力驱动系统解析
       据通用介绍，Volt是目前唯一一款能够在全天候、全路况下行驶且不必为电池电力担心的电动车。当行驶里程小于40英里（64公里）时，能够完全依靠车载的16kWh锂离子电池所储备的电量来驱动车辆，从而实现“零油耗、零排放”。当车载电池电量消耗至最低临界限值时，增程式发动发电机将自动启动并为其继续提供电能，以实现额外高达数百公里的续驶能力。【1】从前可知，通用将Volt定义为增程式电动车，本质上还是电动车。但是是不是真如通用所言，Volt就是电动车了呢？
        还是让我们来仔细研究分析一下Volt的电力驱动系统。
        Volt采用通用全新“Voltec”平台，也称为“E-Flex”平台，是通用试图将零件标准化以备未来量产各种电动车的电力驱动系统。该系统最初诞生时包含16kWh锂电池、电动机以及插电充电系统搭配一个集成53kW发电机的排量为1.0L汽油发动机机。同时，该平台的汽油发动机可以换成其他排量的汽油发动机、柴油发动机，甚至是燃料电池，以便满足未来开发各种新能源车辆的适应性。经过通用几年的开发、测试，现在Volt使用的是一套包含一个峰值功率为110kW，扭矩达到370Nm的电动机和16kWh锂电池以及一个集成发电机的排量为1.0升3缸ECOTEC汽油发动机。并不像当前的其他并联式混合动力车辆，Volt的汽油发动机并没有使用任何机械结构连接到车轮。而是全靠锂电池和电动机控制车轮，在电池充满电的情况下，纯电力行驶里程达到64千米（40英里）。根据美国交通部的调查， 75%美国的上班族的平均里程为33英里，如果使用Volt的话，可以完全不必启动发动机而完全依靠电池组电量就能完成上下班。如Volt需要行驶较长里程时，车载发动发电机会通过燃烧少量汽油来为车辆供电，足以保证Volt继续行驶数百里程。也许这么看来，Volt似乎真的正如通用所言，真是电动车了。但是，仔细分析结果却不尽然。咱们从Volt的工作原理入手，还原其真实面目。

        二、Volt的工作原理


图1 Volt电力驱动系统简图
        如图1所示，各种能量在Volt电力驱动系统中的传递方式及方向均可一目了然，看到这个图，很多人应该已经发现，Volt的结构似乎与某种混合动力系统相似。对的，其实本质上，Volt的动力系统应该属于串联式混合动力系统。但是，Volt也有其特殊之处，在一套系统中体现出两种动力系统，而这两种动力系统则是通过两种工作方式体现的。
        第一种工作方式为纯电动工作模式。此时，电池电量为充满状态，车辆行驶能量均来自电池，其电力驱动系统能量传递方式及方向如图2所示。电池提供电能给电动机，电动机将电能转换为机械能提供给车轮使车辆行驶，此时，发动机、发电机均不工作，Volt就相当于一辆纯电动车辆。


图2 Volt电力驱动系统纯电动工作模式下能量走向图
        第二种工作方式为“增程式”工作模式。所谓“增程式”是根据通用公司对Volt的定义，在电池电量耗尽时，启动发动机和发电机，产生电力驱动车辆行驶。此时能量传递方式及方向可借用图1说明，此时，发动机工作，使发电机发电，提供部分电能给电池，以维持其容量在某个固定值，另一部分电能提供给电动机，以继续驱动车辆行驶，此时，Volt已经摇身一变，成为一辆串联式混合动力车辆了。看到这里，大家应该已经明白了，Volt其实就是一辆插电式串联混合动力车，只是通用为其换一个名字。本质上还是混合动力车辆。
        但是，Volt的两种工作模式是如何转换的呢？
        通用出于对电池寿命方面的考虑，将Volt电力驱动系统中锂电池的“满”状态定义为其电池SOC（State of Charge，即电池的荷电状态）为85%，而将电池的“空”定义为电池SOC为30%。也就是说，当电池的电量低于30%时，工作模式从纯电动转换为“增程式”，此时发动机启动，工作在其最佳工况点（即最省油工况），带动发电机发电，其产生的部分电能维持电池SOC在30%左右，剩余电能提供给电动机以供车辆继续行驶。当车辆行驶到可以充电的地点时，车主可以使用标准的家庭插座充电，将电池SOC由30%提高至85%，以迎接下一次“零油耗，零排放”旅程。

        三、与其他车型的对比
表1 Volt与普通燃油驱动汽车对比

表2 Volt与混合动力汽车对比

表3 Volt与电动汽车对比


       可以看出，Volt虽然本质是串联式混合动力车辆，但是其两种工作模式，能够适应长、短行驶距离的需求，相比起其他新能源车辆，还是具有一定的优势的。过去本人对纯电动车辆一直存在一种担心，那就是在电池电量耗尽后，补充电能的问题，不论是快充方式还是更换电池的方式，个人认为都不太方便。现在Volt就很好的解决了这种问题，随处可见的加油站，使得人们在驾驶新能源车辆时，距离已不再是问题。这就是Volt相比现阶段其他纯电动车辆最大的优势。同时，Volt相比起并联式混合动力车辆，其内燃机可运行在最省油状态，在节约能源方面也具有一定优势。所以，Volt的电力驱动系统的确是现阶段最切实可行的方案之一。
        四、电池技术解析
        Volt的电池及其能源管理系统更是通用的得意之处，Volt使用的整块电池组包含220个电池单元，重量约为170千克（375磅），呈“T”字形布置在车身底盘下方。其采用的锂离子电池，相比起铅酸(NiMH)蓄电池，不但重量较轻，也具有较好的性价比。同时为了确保消费者对Volt的信心，通用针对Volt的电池实行8年/16万公里的质保期，基本能够与车辆同寿命，这充分显示出该电池的高质量以及稳定性。而这都是基于通用在美国成立了汽车行业最大最先进的电池实验室，不仅为未来的电池做研发，而且对电池应用管理及技术运用也起到重要的作用。比如在安全性方面，Volt的电池单元会与锰基阴极材料与添加剂结合使用以提高在高温条件下的电池使用寿命。又比如，Volt的电池最低工作温度为0°C到10°C，所以当在寒带地区使用Volt时，如果电池温度较低，则电池不能正常工作。而Volt的解决方式时，在充电时，电池本身产生热量可以保持电池的温度，所以，可以随时拔掉插头，正常使用Volt。当Volt处于非充电状态时，如果电池温度较低，发动机会自动启动一小段时间使电池达到工作温度才关闭。

        五、其他独到之处分析
        在Volt的美国网站上，通用使用了“Find out what makes Volt different, smarter and better.”这句广告语，说明Volt不仅在新能源方面有所建树，在其他方面也有其独到之处。由于篇幅所限，现只列举其部分独到之处。
        1、智能化管理
在智能化管理方面，通用会将Onstar（安吉星）系统安装在明年登陆中国市场的Volt身上，并且能通过智能手机进行互动。率先在量产车领域实现了通过手机软件让用户随时随地检查车辆状况并远程控制车辆的功能。例如：帮助驾驶员随时随刻与爱车互联；检查充电水平；查看电能行驶里程和燃料效率；远程为爱车制冷或输送暖风；远程关闭/开启车门；设置充电档案；还可通过网站实现同样功能；每月给客户发送电子邮件，提供爱车状态信息，【2】等等。
        2、出色的外观造型和空气动力学性能
        为了使Volt在纯电动工作模式下行驶更多的里程，通用通过对Volt进行长达500多个小时的风洞实验，采用平滑的外观设计，闭合式前进气格栅等设计方法，以确保车身周围的空气流动顺畅，最大化降低风阻系数，虽然通用并未公布Volt的风阻系数，但是通用宣称Volt的风阻系数小于丰田普锐斯的0.25的风阻系数。

        通过仔细的分析，可以看出，雪佛兰Volt的确有许多独到之处，但是也并非如通用所说的“没有竞争对手”，希望在明年Volt正式在中国上市时，能够出现许多与Volt旗鼓相当的“竞争对手”，当然，更希望这其中绝大多数都是国产的！


Volt不是纯电动汽车-------就像通用中国的总裁甘文维在volt与leaf谁将竞争取胜的问题上的一个巧妙回答一样：“雪佛兰Volt没有竞争对手。”
     什么是“增程式”电动汽车呢？“纯电动”还好理解，就是电机+电池来驱动汽车运动。那么“混合动力”、“插电式”电动、“增程式”电动这些概念就不免有些让人头晕了。这些概念之间有什么区别与联系呢？各有什么特点呢？
    在学术界，这些名词之间并没有明确的界定，概念之间也存在着一些重合与交叉。笔者建议可以使用这样一个简单的标准，将这些概念区分：电驱与油驱，谁主谁副？
      
   “混合动力”车（狭义），油主电副，没有油是跑不起来的。代表是丰田普锐斯。
   “增程式”电动汽车，电主油副，电是主要驱动力。虽然只有油也可以跑，但一是油转成电才可以驱动，二是用油时车辆工作在次佳状态，因此说油是辅助（参见青主的文章）。代表是通用volt。
   “插电式” （狭义）车，双主。两系统基本分离，只有油或只有电都可以跑。代表是比亚迪F3DM。
   “纯电动”车，只有电驱。代表是日产leaf。
    总体来说，Leaf与Volt同属于新能源汽车范畴，而普锐斯最多只可归为节能车范畴。

    我们知道，现阶段限制纯电动汽车发展的一个主要因素就是电池的质量尚未达到理想的实用要求。而“增程式”电动汽车则可以克服其中一些缺点。笔者的同事就正在从事这方面的学术研究，而通用竟然这么快就推出了实用的产品，真的是比较难得。设计一个1.0L的三缸发动机并将其植入到整车中，作为辅助动力源进行运转，并且能够实现商业化量产，真正从事研究与设计的工程师都知道，这并不是一件容易的事情。
     相比于volt，leaf的纯电动路线就显得有些超前了，160km的“巡航”里程，在实际使用中，可能要打个折扣到120km，续航里程将成为限制leaf发展的主要瓶颈，而leaf的纯电动路线如果要彻底解决这个问题，只能寄希望于电池技术的快速进步，使电池更轻更小，能量密度更大。这大概是三五年之后的事情，而从 2010到2015这一阶段，笔者认为，“增程式”电动汽车将大放溢彩，超过“纯电动”的风光。“纯电动”的崛起，要依赖于电池技术的快速进步。电池技术取得突破性进展之后，“纯电动”将会把“增程式”电动汽车取而代之---毕竟加个辅助动力源，要增加不少成本和设计生产难度。
     换句话说，“增程式”电动汽车是电动汽车史上的一个阶段性产品，是限于时代的电池技术的瓶颈而采取的折衷方案。而通用能够采取这个方案，表现出了其务实的态度，其结果也是有效的：纯电续航60km，最大续航500km，既可以在平时短程出行中省电节能，也能满足偶尔的出城远足------这恐怕是大多数城市白领的生活方式。“增程式”电动汽车如此快地被研发出来并且量产，不得不让笔者感叹：通用volt宝刀一出，劈星斩月。
    而“插电式”，特指油驱与电驱都为主要驱动源的狭义插电式电动汽车，由于其需要两套主要驱动源，所以必然带来成本的提高。在同等级的车型中，要么配置降低，要么价格变高，笔者认为这种动力构型没有太大的前景，是细分市场研究不够充分的表现，也可能是项目仓促上马时间太紧导致动力构型简单所致。

二、Volt克服了现阶段纯电动车商业化的一些主要缺点，推广手段积极：
    国内电动车商业化的过程中，遭遇雷声大雨点小的局面，问题主要是集中在电池方面。而细分下来，主要有这样几点：
   
1.       电池容量小，续航里程短。
    Volt是“增程式”，解决了续航里程的问题。
    Leaf的解决方法是增加电池数量，使巡航里程达到160km。未彻底解决。

2.       电池寿命难以保证。
    多数人都有这样的体验，刚买的手机电池电量很足，但过了一两年就不行了。花几十万买电动车的人，肯定也有这方面的顾虑。
    Volt的解决方法是保修8年或16万公里。算是基本解决。但细则不清楚。
    Leaf的解决方法是紧随其后，也推出了相似的保修策略。Volt在前Leaf在后，说明了volt推广的积极态度。

3.       安全性
    使用安全性和碰撞安全性。这方面的问题得在长期使用过程中才有显现，目前国际国内都缺乏具体的事故案例进行分析。但Volt与Leaf敢在日本和美国卖，应该是有信心不出问题的。

4.       充电桩
    这点主要是依赖于国家的基础设施建设，对于通用与日产来说是无能为力。通用Volt提供充电装置在家庭充电，算是暂时的解决方法。

     除此之外，通用volt通过奥巴马试驾，登陆世博园的各种推广措施，吸引了大家的眼球，让大家去知道volt，了解volt。并且通用volt最终量产的车型的外形，也比概念车的外形更适应大众眼光一些------至少我是觉得现在的量产车型比之前的好看。

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远州李宁

有一个疑问，汽车发动机带动发电机发电给驱动，与发动机直接做驱动的效率，哪一个更高？

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