2020年12月3-4日，由蓋世汽車主辦，上海市嘉定區經濟委員會特別支持的「2020中國汽車動力總成電氣化國際峰會」在上海汽車城瑞立隆重召開。峰會期間，天際汽車增程電動系統標定總監 戴西槐先生發表了精彩演講。
天際汽車增程電動系統標定總監 戴西槐先生
以下為演講實錄：
謝謝蓋世汽車把天際放在小鵬和蔚來後面，大家對天際不是很熟，做一個小廣告，天際汽車是上汽大眾前總經理張海亮出來創業成立的一家公司，我們9月份純電ME7已經上市了，這輛車有幾個特點，一個是我們的顏值比較高，因為我們的設計師來自於保時捷的首席設計師；我們的智能座艙做得比較有特色：五屏聯動，人臉識別，語音交互做得比較好。我們在上海靜安區有一個天際中心，歡迎大家去試駕。
我的演講有三個部分：第一部分是混動技術簡介，第二部分是增程式電動汽車增程器的關鍵技術，第三是展望一下未來增程式電驅動技術的發展方向。
電動汽車的電動化驅動力有兩個方面的來源，一個是來自國家政策，一個是來自市場。國家政策方面包括減緩氣候變暖，國家能源安全和環保要求，現在大家應該發現空氣品質越來越好了。另外一方面就是市場的要求，消費者對汽車的要求越來越高，需要體驗好、成本低，所以企業在國家和市場需求兩方面的壓力下，特別是雙積分，新能源汽車積分和油耗積分的要求，必須實現汽車電動化。
這兩張圖是豐田和國際能源署對未來汽車市場的預測，它們一致認為HEV和PHEV在未來十年、二十年甚至三十年還是佔主導地位，到2050年還會有60%-70%的佔有量，增程器既可以用增程式上，也可以用串聯式上，所以它的應用場景很廣闊。
這張圖就是電動汽車不同形式的比較，我們從結構、主要關注的問題（特別是高低溫）、技術壁壘、經濟、油耗方面進行比較，我們得出的結論就是純電動的成本高，裡程有焦慮，電池技術還需要進一步提高，但是它的前景發展是看好的。增程式電動汽車續航100-150km，短途用電，長途用油。它解決了純電動的續航焦慮的缺點，同時它的駕駛品質跟純電動是一樣的，因為它是跟整車解耦的。插電式混合動力車純電續航短，只有50km左右，但它有一個優點就是高速的時候是直驅，也沒有焦慮。因此增程式和插電式混動在未來都有優勢。
這是一個混動的結構，第一個是串聯式的、第二個是並聯式的、第三個是混聯式的，增程在串聯的形式下加一個外接充電。燃油車的綜合效率不是很高，為什麼它的發動機效率高但是整車效率比較低？因為發動機跟整車是不解耦的，它要考慮動力和油耗的平衡，用到的經濟區很小。插混在部分區域進行解耦，特別是豐田Ths和本田的IMD，用到部分油耗經濟區。增程式可以完全與整車解耦，它可以運行在高效區，所以它有幾個優勢：第一，它的運行區域可以收窄，第二，它的動力性要求比較低，因為它的瞬態大功率可以通過電池來提供，不需要兼顧動力，所以可以在油耗方面做得更好，比如說它可以用高壓縮比、阿特金森或者是米勒循環。第三，它的尺寸可以更小、重量可以更輕。第四，它大部分在穩態工況運行，NVH可以做得更好，最後，一些複雜的技術不需要去用，所以成本會很低。
這張圖是混動結構的架構，前面是增程式，後面是串聯式的。增程式是在串聯加一個外接充電，如果發動機換成燃料電池那就變成了燃料電池汽車了。增程現在有多家車企在做，包括理想、金康、吉利、東風、長城和寶能等。理想今年賣得很好，前11個月銷量近2.4萬輛，所以說市場是認可增程路線的。最近電動車路線圖2.0版本也倡導百花齊放，不要約束企業往哪一個方向發展，讓市場去決定。理想在增程這個方面做得很好，我們也會朝這個方向去發展。
第二塊我講一下電動增程器的關鍵技術，大家看其實增程式電動汽車就是一個純電動車加一個充電寶，如果把增程器拿掉的話就是一個純電動。這是系統組成圖，我們在純電動的平臺上把發動機、發動機控制器、發電機，發電機控制器、進排氣系統和燃油系統放進去。這是它的實物圖，藍色的是進排氣，還包括燃油系統、發動機和發電機。
增程器的關鍵技術包括三個方面：發動機技術、發電機技術和電控技術。發動機技術有幾個方面：功率選擇、系統布置、系統效率，NVH，最後是系統集成。發電機也要考慮低速發電效率，因為大家知道驅動電機的效率在高轉速區，但是發動機的效率是在4千轉以下效率最高，如何把這兩個疊加起來？用傳統的發動機不進行任何設計改裝是很難做到的。電控技術包括控制策略、能量管理、熱管理和OBD符合性。
首先我們要開發一個增程器，必須要做一些需求的計算和仿真，需求輸入包括整車需求，也就是你的加速、功率、爬坡性能，還有車輛特性、整車質量、風阻係數等等，我們不會用實車去搭建，我們會在整車模型裡面把這些輸入參數放進去，同時把我們的基本控制策略放進去，仿真計算得到我們需要多大功率的增程器，需要多大容量的電池。
這張圖裡面有幾個關鍵的技術參數，第一個是功率需求，是從模型裡面仿真計算出來的，我們發現一個緊湊型的SUV，增程器只需30千瓦額定充電功率就夠了，中大型SUV，40千瓦就夠了，如果是MPV甚至是商用車，50千瓦就夠了，這是功率這一塊的要求。第二個參數是布置尺寸，尺寸是越小越好。第三個就是NVH，因為我們是基於純電動平臺上面做的，所以增程器最多比純電動高1-2個db。最後一個參數是油耗，因為發電機要在低速區與發動機高效重合，所以需要定製，把發電機高效區從4千轉以上挪到4千轉以下來。
這張圖是我們發動機的選型，這6種動力源都可以用來做增程器。第一個是燃料電池，它的響應比較慢，所以在乘用車上面用起來滿足不了百公裡加速的要求；自由活塞的是一個未來的發展方向，因為現在技術還不是很成熟；太陽能電池體積比較大；轉子發動機和燃氣輪機它的效率不是很高；目前往複式活塞發動機是我們的首選。
這張圖是6種動力源的比較，我們從幾個方面進行比較，分別是效率，功率密度、布置、成熟度、基礎設施的配套以及靈活燃料，我們得到一個結論就是汽油機是第一代增程器的主要路徑，它作為第一款進入市場的增程器，風險低，比較穩定可靠，但是未來如果技術更成熟，配套設施更完善的話，自由活塞和燃料電池是未來的一個發展方向。
這張圖是汽油機三缸、兩缸、四缸的比較，基於成本、NVH、效率、體積和重量等方面，我們得到的結論是四缸自然吸氣目前有比較大的優勢，是增程器目前的一個首選。
剛才講了發動機的選型，接下來這是發電機的選型，也包括尺寸和NVH、複雜程度、效率，關鍵要跟發電機的高效率配起來。
有了發電機和發動機之後，需要把它們集成在一起。現在連接方式有直連和通過變速器連接兩種方式，我們也通過幾個維度進行比較，包括連接零件的個數、複雜程度、質量、體積、NVH，我們發現直連的方式優於變速器連接方式。通過變速器連接，變速器有一個降速和升速的過程，它的效率會下降，同時NVH也會差。
這一張圖是電控技術的軟體功能定義，在增程器上面除了整車控制器VCU以外，還有發動機控制器EMS，以及發電機控制器GCU。VCU要控制整車扭矩協調，控制EMS和GCU，控制跟GCU和EMS相關的熱管理，增程器的能量管理。EMS負責傳統的那一塊：排放、油耗，和國6法規的符合性，還有就是增程器上包括混動車子上面應用的一個高壓油箱的控制等其他附件功能。GCU的功能：響應VCU的扭矩和轉速的請求，自身基礎功能和OBD法規的一些要求。
這一張圖是增程器的控制策略，其實控制策略有很多，從車子啟動、加速、丟油門、到停機，需要涵蓋整個過程，所以這個控制策略裡面有起停、起動、怠速和減速斷油、功率分配和發電機角標和發動機下線控制等等。角標是一個特殊的功能，一般產品出廠就會做好，但是如果電機定子和轉子拿到主機廠來組裝的話，發電機的電零位角和機械零位角差異要重新學一下。
這個是能量管理，能量管理目前有兩個方式，一個是定點發電，一個是功率跟隨。定點發電，它的NVH會好一點；功率跟隨，它的效率會更高一點，但是NVH也是有辦法的。功率點切換的時候一定要考慮電量平衡和NVH的相互妥協。
大家看到右下角這張圖，增程器從滿電的時候SOC一直往下降，這個過程增程器提供穩態功率，瞬態功率都是由電池來彌補，電池起到削峰填谷的作用。到平衡點的時候，增程器要適時的起來，要考慮電量的平衡，不能讓車子把電使虧掉，同時NVH也要控制得比較好。
這一張圖是EMS OBD的符合性開發，混動和增程式電動車的開發中，關鍵診斷或排放電子動力控制單元（dec-ecus）需要滿足OBD的要求，診斷服務模式mode01到0A必須滿足SAEJ1979的要求。Dec-ecus包括發動機控制器EMS、發電機控制器GCU、驅動電機控制器MCU、直流轉直流控制器DCDC、充電機控制器OBC。
這一塊是發電機控制器GCU的基礎goon功能開發和OBD符合性開發，OBD符合性純電車沒有這個要求，是國六對增程式和插電式混動的特殊法規要求，需要做一些電路和性能的診斷，還包括扭矩安全的監控。
接下來我再對未來增程器電驅動技術做一個展望。我們比較了一下三角轉子、單缸、雙缸、燃料電池，從幾個維度來對比。首先是NVH，因為你是基於純電平臺開發的一個車子，NVH一定要好，第二個就是需求的空間比較小，不僅僅是要用在SUV上面，以後有可能用在轎車甚至跑車上面，所以它只會越來越小。然後價格也要便宜，排放一定要滿足國6b要求，甚至以後的歐7和國7的要求；最後你的油耗要更低，滿足更苛刻的油耗要求。比較下來發現三缸和四缸的尺寸比較大，認為兩缸機是一個折中的選擇。所以我們認為增程器電驅動未來的發展方向是：第一代用三缸機或者四缸機；第二代是兩缸機，它的集成度比較高，成本更低；第三代就是自由活塞，它的兩頭是活塞，中間是一個發電機，通過發動機左右運動切割磁力線發電，這個效率會很高，但現在的技術還不是很成熟，因為它的關鍵點是在它的位置控制精度要求很高，如果控制位置不準的話很容易穿缸。
未來發動機的效率會越來越高，如何提高效率，有幾個方面，昨天的專家也提到了，其實所有的措施都在這裡：包括燃燒效率、熱效率，換氣效率和機械效率。首先提高燃燒效率：你的霧化質量要更好，所以你的噴油壓力會越來越高；噴油器策略，現在有兩個噴油器的；點火能量越來越高；第二方面是提高熱效率：壓縮比會越來越大，目前高的是11.5或者12，未來可能會到14、15以上；另外一個是衝程排量比會越來越大；還有稀薄燃燒，空燃比會從現在的14.7提升到18以上；第三提高換氣效率：使用增壓技術、外部EGR、斷缸、減低氣路損失等；最後是提高機械效率：就是降低傳曲軸、活塞、氣閥、正時及附件的摩擦等等。
最後做一個總結，我們認為增程系統開發有幾項難點，首先NVH是難點，特別是小功率行車加速的時候，如果你用功率跟隨模式，控制會更加複雜；第二個是熱管理，熱管理有3套管路，一套是發動機的，一套是驅動電機、發電機及其控制器的，還有另外一套是電池的，這三套系統工作的溫度範圍都不一樣，所以會更複雜，而且是在低溫的時候你要實現雙路加熱。第三個是熱害，你在一個苛刻的條件下，你的電池在發熱、發動機在發熱，零部件受這些熱延輻射要保證你的材料滿足材料溫度要求；第四個是駕駛性，我剛才一直在強調增程式電動汽車是基於純電平臺上開發的，所以它在滿電和虧電的時候駕駛體驗都不能有差異；第五個是電量平衡，WLTC工況和市區工礦你要去平衡，電量平衡跟NVH永遠在打架；最後是OBD，因為它是和整車解耦的，所以失火診斷也是一個挑戰。
謝謝大家！我今天的分享就到此。