为何很多大佬曾在公开场合说增程式技术是落后的技术,但是为何现在还是有厂商开发增程式技术的电动汽车?而且动辄超过1000公里续航也使得有不少消费者青睐这种解决方案。
增程式解决方案用燃油来发电,再用发电来驱动电机,从能量转化的损失角度来看怎么看都认为这个应该无论是碳排放、燃油经济性能、成本应该都会很高。
但是从目前披露的多个方面数据显示,增程式电动汽车的油耗相比一般燃油车更低,碳排放也比燃油车更低,这是怎么回事呢?事实又是怎样的?
本文将从增程式电动汽车的原理讲解其技术特点下的能源消耗特点、多级能量转换、节能低碳角度分析其“节能低碳”的原因,并且尝试分析其燃油使用的成本,让大家更加客观看待与纯电动汽车和燃油汽车之间的差别。
增程式电动汽车的原理:其动力结构包括了动力电池、驱动电机以及增程器。在不同的工作模式下有不同的能量转换和使用方式。
动力电池:是增程式电动汽车的主要能量存储装置,为车辆的行驶提供电能。其性能和容量直接影响车辆的纯电续航能力及整体的动力表现。但通常会比纯电动汽车的电池容量小一些。
通过下图可知,实际可用电量大约33.2度,然后对于增程器启动的触发条件是电量低于20%就会启动增程器。
这意味着什么?意味着“理想状态下的续航”180Km(40.5度),实际上纯电模式只能跑118km,也就是意味着单程不到60公里。
驱动电机:将电能转化为机械能,驱动车辆行驶。尤其是在起步和加速阶段,相比传统燃油发动机有着非常明显的优势。
发动机通常是小型的内燃机,其最大的作用不是直接驱动车辆,而是带动发电机运转;发电机则把发动机输出的机械能转化为电能。
增程器的存在是为了在动力电池的电量不足时,为车辆提供额外的电能,延长车辆的续航里程。
发动机带动发电机发电,所产生的电能一方面为车辆的驱动电机提供动力,使车辆能够继续行驶;
另一方面,多余的电能会为动力电池充电,以维持电池的电量水平,延长车辆的续航里程。
在这种模式下,发动机始终保持在较为高效的工作区间运行,以提高燃油的利用效率。
当车辆减速或刹车时,驱动电机可以切换为发电机模式,将车辆的动能转化为电能,并存储到动力电池中,以便车辆后续的使用。
驱动电机的好处在市区或者拥堵路段行驶,可以启动再生制动模式,这种模式可以将车辆的动能转化为电能,就是我们常说的动能回收系统,这样就能够大大减少用电量。
按说从能量守恒和能量利用角度来看,能源在使用的过程中能量转换的次数越少能源利用效率越高,增程式这种按说油耗几乎能肯定是超过燃油车的。
但是就是因为有驱动电机的存在,在这种模式下能量有回收,就等于降低了油耗。
当车辆停止运行时,能够最终靠外部的充电设备对动力电池进行充电,保证动力电池再次工作时的充足电量。
纯电模式续航非常短,即便是最新的L9(52.3度,280公里),因为限制导致的实际使用下的续航也就180公里左右,这还是官方数据,实际使用还得打折。
因此这个续航基本跨市大部分不能采用纯电模式,平时上下班市内跑跑还是可以的。
对于油耗情况,在燃油模式下,官方公布的百公里油耗为 5.9L,在2023年实测情况下,城市低速工况、燃油有限模式成绩为7.92L,高速工况为7.84L,在特定测试环境的夏季测试亏电油耗达到了12.05L。
你会发现不同模式下差距还是很大的,不过从正常高速和城市低速情况去看相比较同级别的车型油耗还是低一些的。
但这低油耗并不是增程式内燃气本身效率更加高的原因,而是因为有驱动电机的能量回收模式降低的原因。
增程式电动汽车的驱动原理涉及到多级能源转换。以下是一种常见的能源转换过程:
第一级能源转换(内燃发动机):汽油或柴油在内燃机中燃烧,将化学能转换为机械能。
第二级能源转换(发电机):机械能驱动发电机,发电机将机械能转换为电能,用于充电电池或直接驱动电动机。
此外,增程式电动汽车通常还会利用再生刹车技术回收能量。在这种情况下,当车辆减速或刹车时,电动机会作为发电机工作,将车轮的动能转换为电能,用于充电电池。这可以看作是另一个能源转换过程。
因此,增程式电动汽车的驱动原理涉及到至少三级能源转换,如果考虑到再生刹车,那么就有四级能源转换。在这么多级能源转换的过程中也预示着整体综合利用效率不会很高。
中汽中心在2021年发布了《中国汽车低碳行动计划研究报告》(有需要的朋友请点赞收藏,然后留言),这份报告中针对很多车型的全生命周期的碳排放进行了计算和分析。
这份报告评价的乘用车的生命周期系统边界包括乘用车的车辆周期和燃料周期在内的全生命周期阶段。
其中,乘用车的车辆周期包括原材料获取、材料加工制造、整车生产维修保养(轮胎、铅蓄电池、液体的更换以及制冷剂的逸散)等阶段;
乘用车的燃料周期,即“油井到车轮(Welltowheels,wTw)”,包括燃料的生产(WelltoPump)和燃料的使用(PumptoWheels)两个阶段。
对于燃油车,WTP包括原油开采和提炼加工等阶段;对于电动车,WTP包括电力(火电、水电、风电、光伏发电和核电等)的生产和传输等阶段。
原材料和零部件等的运送过程、乘用车生产用设备制造、厂房建设等基础设施不包括在边界范围内。
下图是不一样燃料类型乘用车的平均单位行驶里程碳排放数据。从这份数据能够准确的看出纯电动汽车平均单位行驶里程碳排放最少,插电式混合电动汽车次之,燃油车相对较多。
下图是不一样燃料类型乘用车的车辆周期碳排放数据,从以下数据能够准确的看出不同燃料类型乘用车在原材料获取阶段和制冷剂逸散差异较大。
下图是该报告里我抽取了C级车型的汽油、插电式混合以及纯电乘用车的单位行驶里程碳排放公示数据。
汽油纯电和插电式混合动力的碳排放对比,能够准确的看出理想的单位行驶里程碳排放相对来说还是比较低,然后是纯电,然后是汽油车。
不过在2023年理想发布的ESG报告中(下图)披露其目前旗下的碳排放最高达到了297.96克标准煤/公里,这比前面披露的C级车型高了不少。
需要指出的是这个ESG报告中并未披露其产品的碳排放的范围和对应的排放系数选择。
而这个又是最重要的数据,选不一样的范围和排放系数计算出来的结果甚至有可能相差数量级也不足为奇。
根据一项由国际能源署(IEA)在2020年发布的报告(来自:IEA (2020), Global EV Outlook 2020, IEA, Paris,若需要获取报告能关注,留言或),就全球平均情况去看,纯电动汽车的全生命周期碳排放比内燃机汽车低大约30%,而增程式电动汽车的全生命周期碳排放则在两者之间。
具体来说,报告说明,考虑到电池生产、电力生产以及车辆使用的过程中的能源消耗,一辆中型纯电动汽车的全生命周期碳排放比同类别的内燃机汽车低30%。
而对于增程式电动汽车,由于其在部分行驶里程中仍需燃烧汽油或柴油,因此其全生命周期碳排放通常会略高于纯电动汽车,但仍然低于同类别的内燃机汽车。
不过必须要格外注意的是,这一些数据是基于全球平均电力生成碳强度计算的。在电力供应更清洁的地区,例如大量使用风能、太阳能或核能的地区,电动汽车的全生命周期碳排放会更低。
总的来说,无论是纯电动汽车还是增程式电动汽车,其全生命周期碳排放都明显低于同类别的内燃机汽车,并且随着电力供应变得更清洁,这种优势将进一步扩大。
汽油假设按照8元/升计算,目前增程式电动汽车汽油加95号的比较多,目前大概也在8元左右。
汽油的单位体积内的包含的能量:约为31.54 MJ/L(MJ指的是兆焦耳,热量单位,兆是10的六次方,一度电的热量为3.6MJ)
首先,我们应该计算内燃机从每升汽油中获取的能量。这能够最终靠汽油的单位体积内的包含的能量和内燃机的效率来计算:
然后,我们应该计算发电机从内燃机获取的能量。这能够最终靠内燃机的能量输出和发电机的效率来计算:
接下来,我们应该将能量转换为电力。1度电等于1千瓦时(kWh),而1 kWh等于3.6 MJ。所以,我们大家可以将能量转换为电力:
最后,我们大家可以计算每度电的成本。这能够最终靠汽油的价格和每升汽油产生的电力来计算:
这个结果也会根据具体的设备效率、汽油价格、以及其他因素有所变化,计算的数据仅供参考。
这意味着如果采用增程模式发电,如由这个增程器来发电的成本是目前市场上充电电价的2-3倍价格。因此只要跨市稍微远一点距离需要采用增程模式的就并不省钱。
增程式电动汽车和纯电汽车在随着电力供应越来越绿色化的趋势下整车的碳排放会慢慢的低于燃油车。增程式电动汽车由于有增程器整体碳排放相比还是比纯电碳排放高一些。
增程式电动汽车由于有驱动电机的能量回收模式在燃油的经济性上相比燃油车还是有一定的优势,但是在一些特殊的亏电的情况下燃油的经济性也不见得一定优于燃油车。
市内短距离纯电模式使用时,增程式电动汽车和纯电比相差不大,比燃油车还是经济非常多。但是由于各种限制,实际纯电续航非常短。
但是跨市的长距离,由于增程器和电池的限制使得增程器会启动,一旦启动每度电的成本可达到3-4元,这种成本情况下跑起来相比较燃油车就绝对没优势了。