増程發(fā)動機是如何打敗鋰硫固態(tài)電池的？

2018年8月15日出版的《變頻器世界》里第46、47頁名為《一種改變當前能源結(jié)構(gòu)的混動車結(jié)構(gòu)原理》，及2018年9月15日，發(fā)改委學術(shù)期刊《中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)》里介紹的lightyear混動車結(jié)構(gòu)。

圖一、雙電機lightyear混動車結(jié)構(gòu)

Lightyear混動車，在前機艙不放置增程發(fā)動機的情況下，雙電機動力過剩。具備跑車的性能。

Lightyear混動車，在前機艙放置增程發(fā)動機的情況下，増程發(fā)動機的能量密度具有超越鋰硫固態(tài)電池的性能。而實現(xiàn)這些優(yōu)點的技術(shù)都成熟的。

下面以廣汽傳祺GS4 PHEV 的改良版GS4 LYEV，來說明如何實現(xiàn)這些優(yōu)點。

首先，我們從汽車之家查詢到的數(shù)據(jù)如下。

表1、三種配置下的主要參數(shù)對比，使用大于或小于的參數(shù)是估算值

GS4 LYEV是在GS4 PHEV 卸載燃油發(fā)動機、發(fā)電機及其附屬裝置的情況下在前軸安裝一臺22KW發(fā)電電動機。這是一臺直流無刷電動機。在外力的帶動下，直流無刷電動機變?yōu)橹绷靼l(fā)電機。所發(fā)電量直接接到后驅(qū)電機的變頻器直流母排，用來驅(qū)動后輪。當電量過剩時，變頻器逆向給電池充電。

由上表對比發(fā)現(xiàn)。當前的技術(shù)條件下lightyear結(jié)構(gòu)已經(jīng)比燃油車更優(yōu)越、具備普及電動車的技術(shù)要求。

増程發(fā)動機系統(tǒng)的能量密度為什么已經(jīng)超過了鋰硫固態(tài)電池。

這里選取兩種規(guī)格的増程發(fā)動機，分別是20KWe和7KWe．

圖二、寶馬i3 增程發(fā)動機由摩托車改造來

20KWe 的發(fā)動機采用寶馬I3的增程器。無法查詢到增城系統(tǒng)的重量。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)在不含發(fā)電機的，20KWe増程發(fā)動機和35L92＃汽油，及液冷系統(tǒng)總重量不會超過150kg。（根據(jù)摩托車總重估計）

而35L 92＃汽油能量密度約12kwh／kg．鋰硫固態(tài)電池的理論比容量和理論比能量分別達1．672kwh／kg和2．6kwh／kg。而做成電池后最大能量密度不會達到理論值的40％。由此，增程發(fā)電機系統(tǒng)的能量密度為35L＊汽油0．725kg／L＊12kwh／kg÷150kg＊0．3效率＝0．6kwh／kg。4．5小時油箱汽油耗盡。接近目前實驗室的鋰硫固態(tài)電池能量密度。

采用直接風冷，換熱，電子渦輪等技術(shù)，效率提升為40％。整個增程系統(tǒng)不會超過100kg。得到增程系統(tǒng)的能量密度為1．2kwh／kg。遠比最佳的鋰硫固態(tài)電池要好。6小時汽油耗盡。

假定，電動車百公里時速，百公里耗電量為20kwh，電池組是20kwh。當平均車速超過100km／h時，消耗功率增加，電池內(nèi)的電量得不到補充，假定耗電功率增加為原來的1．2倍。發(fā)電的電量完全用來驅(qū)動電機。5小時內(nèi)電動車只能按照20kw功率驅(qū)動的最高速度行駛。如果巡航功率一直超20kw，電池電能得不到補充。電動車無法提速。

由此可知，電池組能量密度低，越少越好，增程發(fā)動機比功率越大越好，油箱儲量根據(jù)續(xù)航不低于500km來選擇。

最高發(fā)電機功率，適宜為大于或者等于百公里時速工況下的百公里電耗除以1小時。如選擇偏小會導致電池電量耗盡車輛無法提速。

為了增加增程系統(tǒng)的能量密度，選用小功率發(fā)電機，就需要增加電池容量。比如40kwh電量，百里電耗20kwh，發(fā)電機功率10kw。會出現(xiàn)電池電量耗盡。車輛無法提速的情況。這個時候需要停車，讓增程器發(fā)電補充電池組電量。

這樣能量密度的增程系統(tǒng)，實現(xiàn)長續(xù)航。利用現(xiàn)有加油站的便利性，解決了充電難等問題。顯然，更重要的一點是lightyear使用了現(xiàn)有成熟的技術(shù)。而鋰硫固態(tài)電池還不懂猴年馬月才開發(fā)出來。