用油发电再用电驱动:两次转化与两次损耗的增程技术如何节油? 看全部

https://mbd.baidu.com/newspage/data/landingsuper?context=%7B%22nid%22%3A%22news_10204658221665561101%22%7D&n_type=0&p_from=1


「增程」顾名思义为增加行驶里程,对于电动汽车而言则是在行驶中均衡电耗;说白了就是在行驶中发电,且发电量至少要能均衡行驶的电耗,超过电耗则能够在行驶中充电。

然而这个模式带来了两个思考,分别为:

能量转化过程是否存在损耗,两次转化的两次损耗是否会增加能耗?
相信对于热力学定律有些了解的读者都知道内燃机“不能守恒”,也就是燃烧产生的热能只有很小一部分能转化为机械能;剩余的大部分能量虽然不会凭空消失,但却会因冷却、运动、进排气等因素而转化为“无用功”。

这就是燃油汽车的内燃机往往只有30%-45%的热效率的原因,而且这还是峰值而非平均值;但是内燃机过大的损耗正是增程系统可以节油的原因,即使要用油发电再用电驱动、哪怕用电驱动还会有些损耗。


不同类型汽车能耗传递过程.jpeg


热效率的平均标准概念
各大品牌的发动机公布的热效率数值都是“峰值”的概念,在作为发动机使用的过程中,平均值其实是非常低的;因为最佳热效率只能在很窄的转速区间段内维持,行驶中的主要转速范围内都要下降很多。

所以按照最佳效率计算出的耗油量与真实油耗总会有很大差异,汽车起起停停和加速超车,即便是正常巡航的转速都有可能不在最佳范围内。所以燃油汽车是费油的,但当作增程器使用就能够节油。



燃料热效率损耗.jpeg
  • 2楼 bjnr
  • 2021-05-15 14:37

RE: 用油发电再用电驱动:两次转化与两次损耗的增程技术如何节油?

内燃机带动发电机运转时的转速并不会“大幅波动”,需要多高发电功率,转速只要按照功率需求的标准调整、之后则能稳定转速运转。电动汽车的电耗实际并不高,平均值在15kwh/100km左右——想要不损耗电池组容量的话,发电机只需要达到每小时发电15度即可,也就是实际功率达到15kw。

这并不是个很高的标准,假设某台内燃机的扭矩是230N·m(1500~4000rpm),在1500转时的功率就能够达到36kw,即使加上损耗也远超消耗标准了;所以一些中大型高性能车用的增程器也不过是1.5T的标准,甚至重卡也只用排量相当的柴油机——驾驶燃油汽车能不能做到全路段都以1500转运行呢?


至此应该了解增程技术是如何节油的了,说白了就是让内燃机稳定转速、并实现低转速的持续运转;发动机总会是转速越低能耗越低,不论是用油、用汽、还是用电,但这还是初级标准。

目前增程系统中能耗最低的阿特金森循环发动机本就有低耗油的特点,以低转速运行又能节油;重点是增程时的转速可以主要控制在最佳热效率的、窄窄的转速区间内,转化动力的损耗始终足够低则油耗当然会更低。







  • 3楼 bjnr
  • 2021-05-15 14:39

RE: 用油发电再用电驱动:两次转化与两次损耗的增程技术如何节油?

电机有什么优势呢?
汽油和电是可以换算的,按照热值换算的标准大致为「1L=3kwh」。

也就是三度电等于一升油,很多中大型车正常驾驶的电耗是15L/100km左右,折算为油耗仅仅为5L/100km;A0-B级的电动或混动汽车,电耗可以低至10kwh 3.3L/100km上下,然而整备质量和性能相当的燃油汽车,油耗分别在10-20L/100km。用电驱动的“油耗”远低于燃油汽车,这是如何实现的呢?

其实答案很简单,在“能量值”相同的前提下, 将能量转化为机械能的过程中的损耗越低,则车辆的行驶里程就会越长——反之损耗越高行驶里程越短,同样行驶100公里,损耗很大的燃油汽车假设需要消耗10升汽油;电机的损耗能够低三倍的话,3.3升汽油-「10度电」就能行驶100公里,而电机真的能比内燃机的“热效率”高三倍。



电机分为异步交流电机和永磁同步电机,在乘用车型中几乎使用异步电机的选项了,因其效率还是低了一些;但即使是异步电机也能够超过80%,只是同步电机最高可以超过97%。消耗相同的能量的电机可以只损耗3%,而内燃机的最佳标准也会损耗60%左右,平均值的差距就更大了。

这才是增程式汽车能省油的核心因素,说白了就是“给内燃机减负”,低转速运行发电量就能满足车辆相对激烈的驾驶——打个效率差是省油的基础。实测DM-p带有发电电机的插电混动汽车,在低效率增程的前提下,混动行驶中可以用电机驱动、 每小时仍能补充电能7kwh左右;以增程位置的DM-i会更高,纯增程汽车也会足够低。



高速跑的少就可以,多了不行
  • 5楼 ATD
  • 2021-05-15 17:11
引用: 晓寒轻 发表于 2021-05-15 16:34
高速跑的少就可以,多了不行

主要是高速油车效率高了,显得增程式费油了,实际上虽然有高速电机效率下降的问题(加档位可以解决,最多三档,大部分情况二档就够),不过油耗的增长还是比较线性的。。。所以DMi高速用发动机直驱。。。
  • 6楼 ATD
  • 2021-05-15 17:12
不过理想用那个三缸机增程器有点太差了。。。
  • 7楼 ATD
  • 2021-05-15 17:24
其实给电机加档位,虽然在控制上不利于发挥电驱动的全部优势,不过在油车的角度,电机变速箱的换档平顺性是相当突出的,别说没顿挫,论文里说都可以取消同步器,毕竟电机可能精确控制转速。。。

YY过一个方案,给电机配10档变速箱,减速比跨度15以上,行车只用最高三档,减速比跨度不到2,后面的档位都给动能回收用,好让电机在5-120的速度区间都能保持接近一致的动能回收力度,而5以下的速度让电机停转的力度就可以刹停,线性的软刹车控制,让行车过程基本不需要用机械刹车,除了紧急制动。。。
  • 8楼 bjnr
  • 2021-05-15 19:37

RE: 用油发电再用电驱动:两次转化与两次损耗的增程技术如何节油?

引用: ATD 发表于 2021-05-15 17:24
其实给电机加档位,虽然在控制上不利于发挥电驱动的全部优势,不过在油车的角度,电机变速箱的换档平顺性是 ...

看着有点像赛车
个人看法,卡罗拉双擎那种形式,目前才是最节能,最环保,性价比最高。。。。

RE: 用油发电再用电驱动:两次转化与两次损耗的增程技术如何节油?

  可以这样说,在一般状况下,车辆燃油发动机的功率都是过剩的,发动机在运行时应对变速箱的不停变化,供油也在不停的变化而且制动又浪费了能量,而如果是増程方式,油机只要以一种恒定的经济转速驱动发电机,且制动是反向充电而电机本身的传动环节少,这些都是节电的因素。
  • 11楼 ATD
  • 2021-05-16 16:16
引用: 牛巫片 发表于 2021-05-16 07:43
个人看法,卡罗拉双擎那种形式,目前才是最节能,最环保,性价比最高。。。。

电池太小,导致没有DMi油耗低,动力性能也差。。。单就发电驱动部分,混动发展到现在,差距都不大了,无论是比亚迪DMi/本田iMMD,丰田THS,还是准备要出的奇瑞DHT什么的,能量传递上都没有什么差距,主要是差在档位设置上。。。相比之下,电池大小对混动的性能影响更大,不仅是影响纯电里程,对亏电油耗,动力表现影响也很大,尤其影响能量回收能力。。。
  • 12楼 ATD
  • 2021-05-16 16:29
引用: bjnr 发表于 2021-05-15 19:37
看着有点像赛车

不知道安徽是跟谁有合作项目,合肥大学出了一系列平行轴双离合的论文,论文里叫选择性换档双离合变速箱,用行星齿轮的双离合,够怪的。。。电车也可以用这种平行轴双离合或者多离合来控制变速箱尺寸,不用行星齿轮用固定轴也可以,比如弄个三输入轴的三离合,A轴1,4,7,10档,B轴2,5,8档,C轴3,6,9档。8,9,10三档行车用,其他都给能量回收用,甚至可以配能量回收专用电机。。。

RE: 用油发电再用电驱动:两次转化与两次损耗的增程技术如何节油?

引用: ATD 发表于 2021-05-16 16:16
电池太小,导致没有DMi油耗低,动力性能也差。。。单就发电驱动部分,混动发展到现在,差距都不大了,无 ...

是啊,说来说去,还是纠结在电池啊。。。纯电根本就不环保,也不节能,甚至比燃油更胜。。。

我个人是看好看卡罗拉双擎这种形式,因为这种方式和军舰坦克未来发展的“全电”方式很类似。
  • 14楼 ATD
  • 2021-05-16 17:44
引用: 牛巫片 发表于 2021-05-16 17:40
是啊,说来说去,还是纠结在电池啊。。。纯电根本就不环保,也不节能,甚至比燃油更胜。。。

我个人是 ...

不一样啊,丰田THS是发动机直驱,同时按比例分配发电功率,跟舰艇的全电完全不同,舰艇那种更类似的是理想one,增程式,不过那个是超大电池+小发动机,和全电舰反过来了。。。

RE: 用油发电再用电驱动:两次转化与两次损耗的增程技术如何节油?

引用: ATD 发表于 2021-05-16 17:44
不一样啊,丰田THS是发动机直驱,同时按比例分配发电功率,跟舰艇的全电完全不同,舰艇那种更类似的是理 ...

要是普通的民用车,也可以有类似军舰那种“全电”系统,那就好了。小型燃气引擎一直运行在最佳转速,发的电部分输送到电池存储,一部分通过电池直接输出。。。。这样应该是最完美的吧
  • 16楼 ATD
  • 2021-05-16 18:14
引用: 牛巫片 发表于 2021-05-16 17:47
要是普通的民用车,也可以有类似军舰那种“全电”系统,那就好了。小型燃气引擎一直运行在最佳转速,发的 ...

高速不行,电机高速效率下降,导致高速油耗大于燃油车,比如理想one。。。所以DMi选择高速直驱,丰田THS,本田iMMD也是不同程度加入直驱的策略。。。

然后就是,军舰这么干一是有多发动机,不同需求时开不同数量和功率的发动机,控制富裕发电量,二也是有大储能,才能保证多发的电不浪费。否则低速只需要10的功率,发电量却有20,多的电没地去,要不降发动机功率降低经济性,要不就得通过电阻发热把多余的电消耗掉,同样增加油耗。。。

小型汽车没有条件搞多发动机,不搞大电池的话,低速只能频繁启动发动机发电,并且工况不理想,经济性不高,加速/爬坡的时候又得给发动机拉高转,提高发电功率,好让电机发出更大动力来加速/爬坡,噪音大,也不经济。。。

所以现在的做法,是配大电池,然后按平均需求设定发动机功率。低速就发动机工作5分钟充电,车行进20分钟这样,让发动机工作在经济工况,电池来缓冲。加速工况就发动机发电+电池供电,两边的电都给电机,提高电机功率。高速发动机直驱,中速巡航工况可以串联发电,直驱同时给车用电器供电,高速巡航工况发动机全力直驱,电池给车用电器供电,中高速加速工况,发动机直驱,电机并联辅助驱动加速,电池供电,以此来让发动机本身工作稳定。。。以上都是需要大电池才能良好发挥。。。
  • 17楼 ATD
  • 2021-05-16 18:34
引用: 牛巫片 发表于 2021-05-16 17:47
要是普通的民用车,也可以有类似军舰那种“全电”系统,那就好了。小型燃气引擎一直运行在最佳转速,发的 ...

听说燃气轮机引擎装车上,有种在你耳边开超大功率吸尘器的感觉,高频噪音让人难以忍受。。。这条就不好推广了,除非只搞小功率的增程器,比如那个燃机超跑,就装50千瓦的微型燃机,而且远离人员。。。
最近对PHEV车型很有兴趣,这种类型有没有价值?

RE: 用油发电再用电驱动:两次转化与两次损耗的增程技术如何节油?

引用: ATD 发表于 2021-05-15 17:12
不过理想用那个三缸机增程器有点太差了。。。

理想用的只是一台普普通通的三缸机~  所以整套增程系统的效率的表现不是很好~

如果换成一台比亚迪dmi所用的那种高热效率发动机的话~   情况就大有不同了~
  • 20楼 ATD
  • 2021-05-16 23:09
引用: 艾柏斯 发表于 2021-05-16 23:06
理想用的只是一台普普通通的三缸机~  所以整套增程系统的效率的表现不是很好~

如果换成一台比亚迪dmi ...

理想那么大的车,用个2.0L/1.5T的增程器差不多,目前这个功率都不算足。追求更高热效率就上2.0L的,直驱没有也罢,给电机加个档位也可以。。。
  • 21楼 ATD
  • 2021-05-16 23:14
引用: 尼米兹 发表于 2021-05-16 22:49
最近对PHEV车型很有兴趣,这种类型有没有价值?

看别人的解读是,HEV是油车为了省油向电车方向做的妥协,PHEV是电车为了里程向油车方向做的妥协,虽然系统差不多,但是基础和导向不同,所以目前政策更支持插混。。。不过现在对绿牌要收紧,买绿牌插混的要赶紧了。。。

系统上最新的都没啥差距了,老一些的某些有点落后,如果不急,再等两年,等各厂的新一代混动系统铺开了,优缺点都暴露了再下手,急的话目前DMi算一枝独秀。。。

RE: 用油发电再用电驱动:两次转化与两次损耗的增程技术如何节油?

引用: ATD 发表于 2021-05-16 23:09
理想那么大的车,用个2.0L/1.5T的增程器差不多,目前这个功率都不算足。追求更高热效率就上2.0L的,直驱 ...

确实~  哪怕不用那种高热效率的发动机~  也至少应该用2.0L的普通发动机才能有足够的发电功率~
引用: 牛巫片 发表于 2021-05-16 07:43
个人看法,卡罗拉双擎那种形式,目前才是最节能,最环保,性价比最高。。。。

IMMD/DMI都比行星强。固体电池才是王道。
为什么那个压缩空气的没有人搞了?我认为可行,汽车最费油的是启步,平时回收的动能制造压缩空气,起步时候释放出来。这个很符合逻辑呀
引用: ATD 发表于 2021-05-15 17:24
其实给电机加档位,虽然在控制上不利于发挥电驱动的全部优势,不过在油车的角度,电机变速箱的换档平顺性是 ...

我一直认为即使纯电车也应该增加一个变速箱。开过弟弟的某拉和其他朋友的国产电动,单纯加速的线性和平顺性没的说,但是一旦遇到城市路况,我不喜欢这种纯电动机直连的驾驶感受,缺少变速箱导致电动机本来低速大扭矩的优势,在走走停停的城市路况下变成不舒服,再加上松油门开关后的回收功能,导致整体驾驶缺少内燃车那种松油门后,滑行的自然感。
  • 26楼 ATD
  • 2021-05-17 13:15
引用: 超级霉菌 发表于 2021-05-17 13:05
为什么那个压缩空气的没有人搞了?我认为可行,汽车最费油的是启步,平时回收的动能制造压缩空气,起步时候 ...

其实压缩气体储能最适合的是液压传动。。。
  • 27楼 ATD
  • 2021-05-17 13:21
引用: robinlb1900 发表于 2021-05-17 13:12
我一直认为即使纯电车也应该增加一个变速箱。开过弟弟的某拉和其他朋友的国产电动,单纯加速的线性和平顺 ...


松油门滑行那就得把动能回收从油门里摘出来,要不给刹车踏板加一段行程,整合进刹车里,要不学大车的缓速器设置,在方向盘旁边加个拨杆/旋钮控制。。。

加档位的电车过两年应该可以看到了,目前论文已经出一大片,在出成品的前夜了。。。两档是主流,部分三档,四档就没有意义了。。。不过加档位的话,低速档减速比会更大啊,同样的电机低速轮上扭矩也会更大。还是你想说,到时候的电机设定会偏向高速大扭矩,提高高速加速能力,低速扭矩靠低档?
本帖最后由 robinlb1900 于 2021-05-17 13:28 编辑
引用: ATD 发表于 2021-05-17 13:21
松油门滑行那就得把动能回收从油门里摘出来,要不给刹车踏板加一段行程,整合进刹车里,要不学大车的缓 ...


我也不是这方面专业,纯粹业余从驾驶体验方面说的,总觉得目前厂家在电动车上更多考虑的是经济,节能,续航,然后就是百公里加速等等,我看很少有厂家关注驾乘体验。反正我目前的驾驶体验,别管多贵的电车,和多丰富的附加功能,但底子还是一电瓶车的感觉,呵呵
其实从产品周期角度来说,这些都是新能源平台初期阶段的特点。针对电动机的优劣势和特性,我认为未来完全可以开发出更好的驾乘体验的系统出来
  • 29楼 ATD
  • 2021-05-17 13:40
引用: robinlb1900 发表于 2021-05-17 13:26
我也不是这方面专业,纯粹业余从驾驶体验方面说的,总觉得目前厂家在电动车上更多考虑的是经济,节能, ...

其实搞单电机单档减速器,最主要的优点还是控制简单,就是搞双电机乃至多电机,控制上说不定都比加个二档变速箱简单,更别说搞更复杂的了。。。还有前后双电机/多电机的四驱,加变速箱后说不定也得加俩,成本,控制,可靠性都是几何增加的麻烦。而未来上轮边电机/轮毂电机,没地方上变速箱了,又是一个问题。。。

驾驶感受上,做好优化,有变速箱能和没变速箱做到一个感受,什么换档顿挫在电机精确控制转速下都不存在,论文里说电机控制换档能把同步器都去了,转速差太小了。。。而变速箱的减速比范围的变化能变相扩大恒扭矩区的转速区间,扩大油门线性区间,同时降低高速时电机的转速,提高高速时电机效率,其实更经济。。。

RE: 用油发电再用电驱动:两次转化与两次损耗的增程技术如何节油?

引用: ATD 发表于 2021-05-16 18:34
听说燃气轮机引擎装车上,有种在你耳边开超大功率吸尘器的感觉,高频噪音让人难以忍受。。。这条就不好推 ...

我也就是自己YY下。。。不过,好像前苏联的确有一种,用小型燃气轮机发电的“全电”车辆,是10轮(还是12轮)的重型运输越野车。

RE: 用油发电再用电驱动:两次转化与两次损耗的增程技术如何节油?

引用: 740159711 发表于 2021-05-17 12:40
IMMD/DMI都比行星强。固体电池才是王道。

外行。。我也就自己YY下。。
引用: ATD 发表于 2021-05-17 13:40
其实搞单电机单档减速器,最主要的优点还是控制简单,就是搞双电机乃至多电机,控制上说不定都比加个二档 ...


所以看你说的后一段,还是要加一个变速箱上去,但是肯定调校和设计要按照电动机的特性去做,
肯定能够找到在驾驶感受,经济节能之间的平衡点。这种理念其实油车的引擎与变速箱匹配与调校也是同样目的。再加上前面你说的一些油门和刹车踏板开关上附加的一些功能
特别是大部分国内城市路况通勤的特点下,目前过于简单化的电车动力系统部分,带来的驾乘感受并不理想。即使乘坐,身边不止一人反应坐电动车城里跑,时间稍长就容易晕车。
而目前油车自动挡情况下,城市内驾驶我感觉是比较成熟舒适的,跟车松油门自然滑行,或起步松制动,怠速缓慢前行跟车,手动模式1档时自带变速箱减速,大部分多档位自变箱其实所谓换挡顿挫也早就可接受了.........
  • 33楼 ATD
  • 2021-05-17 13:54
引用: 牛巫片 发表于 2021-05-17 13:47
我也就是自己YY下。。。不过,好像前苏联的确有一种,用小型燃气轮机发电的“全电”车辆,是10轮(还是12 ...

军用就不怕了,离得远不说,燃机还能让总噪音更低呢(坦克能从120分贝降到106分贝)。。。
  • 34楼 ATD
  • 2021-05-17 13:58
引用: robinlb1900 发表于 2021-05-17 13:50
所以看你说的后一段,还是要加一个变速箱上去,但是肯定调校和设计要按照电动机的特性去做,
肯定能够 ...

电车档位少,而且低速段就一个档,油车的顿挫多是低速和堵车路况,频繁升降档引起的,这个对电车就不存在了。。。
  • 35楼 ATD
  • 2021-05-17 14:00
引用: robinlb1900 发表于 2021-05-17 13:50
所以看你说的后一段,还是要加一个变速箱上去,但是肯定调校和设计要按照电动机的特性去做,
肯定能够 ...

不过调校变速箱这事,对现在电车这波造车新势力有点难度,短期还是不指望了,传统企业到有点底子,不过在电车领域比较保守,过几年再试水。。。目前看论文,除了北理工什么的以外,重庆那边的比较多,估计长安会先试试?
引用: ATD 发表于 2021-05-17 13:58
电车档位少,而且低速段就一个档,油车的顿挫多是低速和堵车路况,频繁升降档引起的,这个对电车就不存在 ...

对,所以我开现在不少6速变速箱油车,有时还不如以前爱信老的四速箱的日系小车平顺性和好用,除了宣称的油耗些微的节省上
四速箱带手动模式时,城市行驶在2,3档足以。这个未来由电车的电机+少速变箱取代正合适。
另外,无非以后调校出几种模式,类似油车自变箱模式,比如雪地,运动,城市,温和等等。不过说这些似乎歪楼了,毕竟聊的是轻重混动吧
  • 37楼 ATD
  • 2021-05-17 19:20
刚查了一下一些已有的电机两档变速箱方案,我保守了啊,看的论文也有些保守。。。其中一个方案,给一档的总减速比15左右,二档直接降到5左右,跨度3倍。。。目前单档的减速比都在8-10区间,我还想在此基础上按油车的减速比,整个每档跨度1.3-1.4倍的。。。
  • 38楼 ATD
  • 2021-05-17 19:21
刚查了一下几个已有的电机两档变速箱方案,我保守了啊。。。其中一个方案,给一档的总减速比15左右,二档直接降到5左右,跨度3倍。。。
  • 39楼 ATD
  • 2021-05-17 19:24
引用: robinlb1900 发表于 2021-05-17 16:06
对,所以我开现在不少6速变速箱油车,有时还不如以前爱信老的四速箱的日系小车平顺性和好用,除了宣称的 ...

额,翻了一下,是我歪的。。。不过混动除了DMi,iMMD,THS等,大多也加档位了,比如上汽那个,搞个发动机6档+电机4档共10档(不过我查了一下,变速箱主要是发动机用的,多了个电机输入轴,和发动机输入轴共用中间轴齿轮,就分出4档了,主体就是一个6档AMT,不算复杂),奇瑞那也是,长城还要搞HAT,带9AT的混动。。。
引用: ATD 发表于 2021-05-17 19:24
额,翻了一下,是我歪的。。。不过混动除了DMi,iMMD,THS等,大多也加档位了,比如上汽那个,搞个发动机 ...

这个思路是对的,一套多档变速箱供油电引擎共用,这时候调校很重要,无论是效率还是感受上。
早晚老牌车企必须走向混动和纯电,这是大势所趋。目前阶段,我个人就实际感受,还是不能完全接受纯电,再换车还是内燃机油车,最多不插电混动
而纯电还需要相当一段时间改进和成熟完善
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