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上海大学教授罗建:新能源汽车动力系统与分布式驱动

2018-12-12 16:23 来源: 盖世汽车

解决这个问题有两个方向,一个方向就是,在电池没有解决之前,我们有十年、二十年机会去做,从 P0 电机到 P1 电机、P2 电机、P3 电机等等。但是不管是哪个系统,其硬件、控制方面看起来都比较复杂,这个复杂一方面带来成本,另一方面就是整个制造技术要跟得上。串联混合性动力系统是将来的发展趋势,我相信有一天电池的问题是可以解决的,在解决之前我们可能需要接受整车的重量、体积以及电机的成本。

从长远来看,燃料电池也是增程器,其实并没有所谓的燃料电池车,燃料电池是电池的一部分,就是使用燃料电池的电动车。燃料电池很贵的,一般的车在高速开的是二十五千瓦,我们买的车峰值功率大概是一百多千瓦,一百多千瓦的燃料电池和二十五千瓦的燃料电池显然不是一个价钱,现在也没有可能性实现大规模应用。

所以要解决增程器的问题有三个措施:第一就是电动车有了增程器,油耗怎么算?理论是很简单的,三百公里的电车,加满油可以开六百公里,哪怕增程器的油耗是百公里 10L,平均算起来也是增程电动车的油耗是 5 升;第二个,既然有三百公里的行驶里程,那么在使用期间内,有多大的可能去点燃增程器呢?可能 10% 或者更少;这样平均使用油耗岂不是 0.5L/ 百公里?多好!第三,使用增程器一定会费油?不会,为什么呢?不管是国外还是国内的某些企业,装了增程器的感觉都不好,当其实根本原因在于,我们拿了一台现有的、可变工况的发动机装在电动机上面,然后就说它是增程器发动机,这样效率不可能做高,成本也不可能做下来。

这是另外一个研究方向,这个工况就是小工况区域、极小体积、极高效率、极低成本的。举个例子来讲,丰田现在最高做到 42%,有柴油机做到 50% 了,从发动机出来经过发电机、电动机到轮子,这部分损失 10%,其实 50% 乘以 0.9 等于 45%,还是比丰田最高的工作点 42% 高。就算点了增程器,总的损耗也不见得比燃油车高,为什么?因为电动车在城里开时,电动车的整个油耗和电耗比燃油车好多了。 但是问题在哪里呢?前两天某品牌车上高速后相关的问题就爆出来了,这么大的车、这么大的阻力,所有的电耗直线上升,续驶里程大大缩水,怎么办?平均 25 千瓦的功率,搞一个 24 千瓦的增程器,上高速就点着,保证整个油耗比燃油车还低。因为用的是专门针对 24 千瓦开发的增程器发动机,相比把 100、200 千瓦的发动机,运行在 24 千瓦的工况,效率显然不可同日而语。同时还要平均耗电 1 度, 50 度电可以开 50 个小时,还有什么续驶里程问题?

另一个是发电机的问题,发电机效率现在可以做到 97%,下一步可以到 98%,能不能做到 99%?没有把握,但可能存在。再一个是微型燃气轮机,速度可以转到 5 万转、6 万转。微型燃气轮机技术并不是汽车搞的,但现在国内有些公司汽车涡轮增压器搞得很好,所以就推动了这个可能性。现在又搞电动的,这是一个电动的涡轮增压器。反过来也就是微型燃气轮机发电机,这个技术是成熟的,而且成本也不见得很高,电动增压器成本不太高,增程器就比较好解决,解决了增程器才可以解决能源问题,解决了增程器问题才能说车的动力系统将来会有各种各样的发展。

扁线电机方面其实带来几个可能性,一个是提高效率,现在扁线电机确实是降低了电阻,但在这个上面,国外企业和中国企业做事不一样。国外企业一开始就说好合作,供应商把生产线设备铺下来,我肯定就卖给你,我不会找别人。中国企业则不同,中国企业找一个企业合作时,就问有没有现成的扁线电机?拿过来我看看。供应商试投了几千万的设备后,搞出扁线电机了,对方说这个电机太长了,回去要改全部的模具。然后说别家的性能好一点,就不跟你玩了,你的设备就白投了,所以没有办法做。

另外,我们讲理想美好的,现实很骨感,投下去之后,订单不足,怎么办?所以自动化是好事,但不是万能的。目前的扁线电机基本上每个槽是半封闭的口,把线圈插进去,像左下角一样,然后焊起来,在焊接的过程当中需要很多设备。退一步半自动化,我可以开一个槽,这个绕组不是插进去,而是放进去,这样绕组就可以做成波绕组,波绕组是连续的就不需要焊了。这也是扁线电机方面可能的发展。

现在回到分布式系统,为什么要提出分布?如果就是要按集中驱动的东西,肯定是最快的。分布式不一样,有各种各样的路况要考虑,现在我们知道车多重和轮子上的摩擦极限在哪里,能够产生最大的转矩是多少,这就是分布的问题。如果分布了,适应性比较。机器人也是这个分布概念。刚才谈到小车 1000 牛米、1500 就够了,大型车辆转矩要求就增加了,不同车辆和不同的加速系统,以及不同的控制系统,对于轴转矩要求是不一样的。这个大车要把一个机械系统动力分配在八个轮子上是很困难的事情,但电机分别控制就可能性更高了。另外小型车,小型车的空间非常紧凑,如果发动机放在轮子上整个驾乘感受好、驾驶空间会很大,这也是分布系统的好处。

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