未来趋势:百公里油耗小于3升,零百加速破5秒,恒定功率增程汽车

导读:

1.增程车与增程器的关系

2.发动机的万有特性

3.恒定功率发动机增程器

4.顶级增程的控制及功能拓展

5.问题与解决方案

增程电动车的能源系统由电池+增程器组成,它的能源供应来自于三个途径:1.外接插电 2.增程器发电 3.动能回收。

增程电动车的外接插电所获得的能量,相当于预设能源,当一次充电距离下一次充电间隔较久时,预设能源消耗到一定程度之后,所有的能量便都来自于增程器,不管电池有多少电,以及电池参不参与供电,从总体来看,所有的能量都来自于增程器。可以看出,这又回到了内燃机的圈子里了。

简单理解一下,跑到最后,比的就是谁的增程器效率高,当增程器效率高到极点时,那么这辆车的油耗将会突破大家的想象,可以吊打国外主流混动车,增程是很有前景的,既可以用电网的电,又能用油管的油,并且能做到最高效率。

那么,增程器怎样才能达到最高效率呢?

前面说了,这个话题又回到了内燃机的圈子里,那么就要从内燃机入手。

我们先来了解一下发动机的燃油消耗率(BSFC),它又称为【比油耗】,单位是g/kwh,字面意思就是发动机生产1千瓦时的能量需要消耗多少克燃油。发动机在不同转速,以及每个转速挂不同负载时的燃油消耗率都是不一样的,BSFC越低就意味着越高效省油。

工程师们把不同转速不同扭矩下的燃油消耗率标出来,并且把相同的燃油消耗率点连起来,做成一个类似“等高线”的图,便是大名鼎鼎的万有特性曲线图。

举例讲解:

如图所示,是本田某款2.0自然吸气发动机的万有特性图,横坐标是转速的变化,纵坐标是扭矩的变化,中间分布着无穷个燃油消耗率的点,可以看到蓝色区域效率较高,深蓝区域效率更高,反之同理。当转速2000转、输出扭矩120牛米时,该发动机达到最高效率,燃油消耗率低至208.1g/kwh,再计算一下,可以算出此时的输出功率为25kw。

通过以上可以看到,最高效率只有一个点,一个固定的转速扭矩输出时才能达到。为了让增程器实现最高效率,那么只能恒定转速扭矩功率发电了。即发动机一点火就直达XXXX转,挂XXX牛米的负载,用XXkw功率发电,不管你的车是停是跑还是快跑,只要发动机一点火,就恒定工作。

在传统汽车上,这是不能实现的,但是在增程结构下,是可以实现的。增程车内的大容量电池,可以作为缓冲。

控制逻辑:

1.启动-检查电量-电量大于20%-用电池驱动

2.电量低于20%-增程器点火发电-一部分用于驱动车辆一部分用于充电

3.电量达到100%-增程器停机-转电池驱动-电量低于20%-转至第2

拓展功能:

超级加速:方向盘上设置类似换挡拨片的加速拨片,双手同时hold住左右拨片时踩油门,增程器+电池同时向电机输出,直至电量低于20%或达到预设极速,此时电池退出,相当于技能冷却,过一会儿又可以超级加速了!

问题与解决方案:

1.来自增程器发动机的问题。

这种顶级高效增程车必须要保证法规极速的连续行驶,法规极速取120kph,也就是说增程器的恒定功率必须要大于该车以120kph行驶时所需要的功率。假设该车120巡航需要50kw,还记得前面那个本田某2.0自然吸气发动机吗?它的最佳效率恒定功率只有25kw,那么如果要达到50kwh,可能就需要一台4.0升发动机了。为了节约成本,可以使用稍小排量涡轮增压发动机,或着缩小车辆的体型降低风阻之类的,这个问题是可以解决的。

并且,这种恒定功率发动机是单一工况的,不需要VVT可变这个可变那个的设备,发动机大为简化,重量轻造价少,反而是一项优势。

2.来自电池的问题。

一位业内大佬和我说,现在的电池,不能承受太大的充电功率波动。比如增程器定功率50kw,那么充电的功率波动范围就是0~50kw,实在太大了,承受不起。

后来,我想到了一个解决方案,把电池分为N个单元,比如50个单元。

充电时,50个单元并联,每个单元只有2个状态0和1,0就是停止充电,1就恒定1kw充电,假设此时50kw的增程功率中20千瓦用于行驶,30千瓦用于充电,则开启30个电池单元接受电能,下一秒15千瓦用于行驶,则再开启5个电池单元用于充电,总体波动,对于每个单元来说没有任何波动。

放电时,这50个单元再先串联再并联以达到预设的输出电压。

充电时不能放电,放电时不能充电。

这样问题就解决了。

我觉得可以


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