增程式技术如何实现超低油耗？二代e-power增程技术解析

混合动力汽车是介于燃油车和纯电车中间的油电混合产品，目前由油电混合方式不同产生了各个流派的技术路线，如油电混合、串联混动（增程式）、串并联混动，而由油电混合的程度不同又孪生了更多的分支流派。其中，增程式一直是颇受争议的技术，主要原因是有人认为增程式技术存在多级能量传递浪费，属于“吃咸鱼占酱油”的智商税。而实际到底是怎么样？下面作者将以日产的e-power增程技术跟大家介绍增程式如何实现低油耗？

为什么要选择e-power作为例子，主要原因是日产把这项技术优势开发到了极致，实现发动机“点工况”运行与众多主流增程技术相比属于剑走偏锋的打法，非常具有代表性。在开始e-power技术解析前我们先看看增程式为何能够省油？

增程式省油的核心—拿捏发动机的万有特性

我们日常使用燃油车时会发现高速油耗比市区油耗低，特别是车辆100km/h巡航时油耗更低。按电动汽车高速续航打折的逻辑来看，高速车辆的运行阻力增大，油耗应该提高。为何燃油车不增反降？我们需了解的一个概念是发动机的万有特性！发动机根据搭载车型的定位和性能设计，其综合性能体现在万有特性图上。举个例子，下图为本田3.5LV6涡轮增压发动机万有特性：

本田3.5LV6涡轮增压发动机万有特性

可以看到，发动机的最低燃油消耗率为232g/（kW.h），该点为发动机理想工作点，对应转矩420N.m，转速2250r/min。也就是说本田3.5LV6涡轮增压发动机在该点运行时油耗最低。在实际运用时，控制器会在满足转矩的前提下通过挡位匹配将转速调节到最佳运行区（深蓝紫色区域）内，最终呈现高速低油耗的现象，但在日常市区行驶时车辆对扭矩和速度需求都不高，发动机工作在离最佳工作点较远的地方，油耗随之增长！

增程式混合动力省油的核心正是抓住发动机万有特性开展设计，配备电池的目的是调节发动机转速，让其始终运行在高效区并将多余的能量存入电池。即使是纯电模式运行，增程式汽车用的电能也是发动机高效区发出的，综合下来达到了比发动机低效区（常出现在城市低速、堵车路况）直接驱动更节油的效果。

e-power增程技术的“点工况”运行

通过上述的分析可知，如果发动机能够长时间稳定运行在最佳运行区就好了，本文分析的e-power技术走的正是这条路线，采用固定转速的“点工况”发电+小容量(约2kW.h)充放倍率电池的方案简直是增程界的一股清流，跟绝大多数采用多转速工作区发电+大容量电池（40kW.h以上）+插电的新能源方案不同。那么以固定转速“点工况”来满足绝大部分的驾驶场景是如何实现的呢？我们先看看增程系统的主要的工况：

增程式工况

从工况来看，发动机若要以“点工况”应对外部多变的场景比传统内燃机技术困难许多，比如面对相同的扭力要求时，常规的内燃机会有更多的速度组合可以选择，只要求运行工况落在高效区附近即可，而实际车辆低速时并不会在高效区。而传统增程技术加入了大容量电池避免了这个情况，同时由于电池容量大，不需要过多担心电池满电过压或亏电欠压的情况，电池可以大开大合的吸收和释放能量以调节发动机转速让其工作在高效区间。总体来看，传统增程技术由于存在大容量电池系统设计相对简单，但增加了电池成本。

理想汽车底盘下的大电池

e-power小电池

对于e-power技术，其系统设定的速度只有低功率时的2100r/min和高功率时的2400r/min（地板油加速除外）两点，需要强调的是该技术却配备的是小容量2kW.h倍率电池，这意味着充放电管理需要时刻关注电池SOC情况，以控制充放电来补充固定转速下可选扭矩有限的动力需求。换句话说就是，控制必须细腻，不允许大开大合的控制方式，需要充分将发出的电能用于驱动，而不是储存在电池当中，系统控制设计复杂。而小容量电池需保证8年12万公里的质保，那么其充放电和寿命管理的技术要求就很高了。总体来看，e-power技术将硬件性能压缩到了极致。通过算法控制，以小系统+发动机“点工况”来满足车辆工况需求。

工况运行对比

高效率发电和充电

如果只是通过点工况来实现低油耗那还说不上极致，日产的这套增程技术除了在燃烧控制以外，在发动机热效率和电机效率上也下了功夫。对于发动机，与其说是一台发动机倒不如说是发电机（增程器），因为增程技术的发动机完全不参与直驱车辆，不需要考虑传统发动机动力性能的要求，特别是对于低速高扭的发动机高爆区并不存在，着重对经济转速点做效率最大化设计才是众多，最终e-power的增程器的综合热效率达到50%。同样，对于电机只需针对确定的经济转速匹配做出在该转速时效率最大的电机特性。形成了高效的燃油发电和电机驱动系统，进一步降低增程油耗。

总结

通过上述对e-power增程技术的分析可见，系统整体与主流的增程式技术有很多不同的地方。整体设计风格处处透露着极致节约的风格，小电驱、小电池、小发动机的选型都很“日系”，最终成就了增程式城市百公里3.9L的低油耗。但是凡事都有两面性，该项技术的一个致命的弱点，由于其对于“点工况”的极致最求，在高速时其节油特性一般。这项技术好不好用只能说见仁见智！