混动百科 | 「增程器」到底是什么？

“本文3477字，阅读约需10至15分钟"

导读

近年来，带有"增程"概念的车型逐渐受到关注，同时"增程式汽车"的定义也变得模糊起来。事实上，这并不是一个新的概念，包括日产、宝马、通用、理想等主机厂在过去都使用过"增程"来描述他们的产品。在本文中，我们将分两期内容，首先从"串联式"混合动力汽车开始，浅谈一下"增程"汽车到底是什么。

在之前的讨论中，我们提到了"串联式"混合动力的基本结构，其中"发动机"、"发电机"和"电动马达"（统称为"电动机"）这三个核心组件被串联在一个动力传输路径上，形成了一条独特的"独木桥"。

增程器系统的定义示意图

在这个结构中，由"发动机"和"发电机"组成的辅助发电单元被称为"增程器系统"（Ranger-Extender，简称为"增程器"）。它的主要作用是为纯电动行驶提供额外的电能。

在"串联式"结构中，"增程器"与"电池"和"电动马达"之间的关系可以类比为动力必须经过一个缓冲的"储水池"（即"电池"）。动力（在这里指的是能量）必须通过"注水口"（即"增程器"）流入"储水池"，最后通过"放水口"（即"逆变控制器"）流出，供应给终点目的地（即"电机"）。

「增程器」的开山鼻祖：保时捷Lohner-Porsche

保时捷Lohner-Porsche原型车设计图纸示意图（手绘）

「保时捷Lohner-Porsche」原型车的设计中，采用了两台「DeDion Bouton水冷汽油发动机」作为动力来源，每台发动机的功率约为3.5马力（2.6千瓦），这两台发动机被安装在车身中间。它们的作用是驱动两台发电机。每台发电机能够以90伏电压输出20安培的电流（每台发电机的功率约为2.5马力，相当于1.84千瓦）。这些发电机直接驱动轮毂电机，也被称为轮边驱动电机，用于提供动力。同时，多余的电能会流入车厢下方的铅酸电池中进行储存。

保时捷Lohner-Porsche原型车

作为混合动力汽车的先驱，「保时捷Lohner-Porsche」以其独特的「发动机+发电机」组合，完美地体现了「增程器」的概念。该车的设计实现了「增程器」为电池充电，而电池则驱动轮毂电机（或称为P4电机），是典型的「串联式」结构，堪称纯粹的典范。

只能用来发电的「发动机」：宝马i3增程版

宝马i3增程版（2014）混动系统示意图

接下来，让我们来了解一下基于纯电动版宝马i3改造的串联式车型——宝马i3增程版。它的结构非常简单明了：发动机、发电机、电池和电机都在一条动力传输线上串联起来。

宝马i3增程版（2014）示意图

然而，就车而言，第一代宝马i3增程版在推出后并没有给用户带来特别好的体验，原因主要如下：

车身小组件过多：宝马i3纯电动版本身的车身结构并不大，而现在又要在后备箱中添加一个增程器，这导致只有一个结果——妥协。因此，为了容纳这个增程器，出现了容量为0.6升的两缸发动机。
效果不佳：为了防止车辆电量过快消耗，两缸发动机必须长时间运转。这不仅让发动机变成了一个纯粹的充电设备，无法直接驱动电机，还带来了难以控制的噪音问题。
受限于政策：为了满足当时加州政府对电动车政策的要求，宝马i3增程版的油箱容量被限制在7升以下。这导致了一个问题，要么在加油的路上，要么在补充电力的途中，无法得到真正的解决。

没有捷径的蓄水水池

而宝马i3增程版具有一个显著特点，即电能通过电池作为缓冲区，不存在其他捷径可供电能流动。这意味着：

不能直驱电机的纯粹系统

发动机不直接驱动车轮：车辆完全依赖电机来驱动，发动机不再与车轮直接连接，它的主要作用是驱动发电机为电池充电（串联式特点）。
发动机不直接驱动电机：在结构和能量流向上，增程器位于电池之后，电池的主要作用是能量过渡，而不是能量储存（宝马i3增程版的特点）。

纯电版显然更适合宝马i3这样的车身

总的来说，第一代宝马i3增程版可以说是销量的噩梦，也是用户的噩梦。尽管之后进行了一些改进，据说体验有所提升，但可以说这是一个并不太成功的市场尝试。然而，通过宝马i3增程版，我们获得了一些宝贵的经验。例如：

我们需要考虑如何在较小的车身空间中更合理地安装增程器。
我们还需要思考如何在安装增程器后更好地控制噪音、振动和刚度等问题（NVH）。

在解决这些空间和技术问题方面，日本汽车制造商勇敢地站了出来。

「串联式」的倔强：日产e-POWER混动系统

第二代日产e-POWER混动系统示意图

虽然「日产e-POWER混动系统」并非新技术，早在2007年的「日产骐达」上就首次搭载了第一代系统。然而，直到2021年，我们才在国内见到第二代系统首批应用于车型。

「日产e-POWER混动系统」与「串联式」的「宝马i3增程版」在工作原理上有许多相似之处，但也存在一个不同之处：在电量较低或需要急加速时，「增程器」不仅为「电池」充电，还可以直接为「电机」提供动力供应。

开了挂的蓄水水池

仍然以「蓄水水池」为比喻，现在「注水口」（即「发动机」）可以直接连接到「放水口」（即「逆变控制器」），这意味着「放水口」的「水流」（即「电能」）来自两个来源，即「注水口」（即「发动机」）和「蓄水水池」（即「电池」）。这样的设计带来了一个好处，即确保汽车具有相对良好的动力性能。

日产e-POWER混动系统的工况示意图

此外，第二代「日产e-POWER混动系统」相较于「宝马i3增程版」进行了一些改进:

提升混动动力总成的集成程度：采用集成化的「逆变控制器」，使其体积较前一代减少了40%，重量减轻了33%，解决了在小车身中安装「增程器」的空间问题。
缩短「增程器」介入时间：据主机厂的资料，相较于传统混动汽车，「发动机」介入时间缩短了10%，减少了「发动机」带来的噪音、振动和刚度问题（NVH）。
采用更大的「发动机」：由于「发动机」能直接驱动「电机」，因此需要使用排量更大、功率更强的「发动机」，例如1.2升三缸自然吸气「发动机」。

如何定义日产e-POWER混动系统？

根据主机厂的宣传资料，他们认为「日产e-POWER混动系统」更接近于纯电动汽车。对于这套混动系统，我的评价只有四个字——技术上正确。但是，这里的「正确」并不是指对错，而是指它采用了纯正的串联式纯电驱动混合动力技术，而不涉及其他混合动力技术。

开个玩笑，不过「日产e-POWER混动系统」仍然存在一些令人担心的问题：

电池：1.5kWh的电池对主机厂在电能控制方面带来了很大的压力。
动力性能：根据目前「日产轩逸e-POWER」的参数，1.2升发动机的最大功率为72马力，而电机的最大功率为136马力，不知道它是否会沦为一辆买菜车。

请注意，以上是对「日产e-POWER混动系统」的担忧和玩笑，并非对系统的实际表现做出评判。

日产e-POWER混动系统的工作原理

为「电」而「电」：理想ONE等

理想ONE的增程式混动系统结构示意图

目前国内以「理想ONE」为代表的增程车型，其整体结构和组件仍然保持着串联式车型的基本特征，包括增程器、电池和电机。例如，动力总成可以简化为两个基本模块。

理想ONE动力总成的两大模块示意图

1.「增程器」模块：包括「油箱」、「发动机」和「发电机」，其功能是产生电能，但不直接驱动车轮，而是将电能供给「电池」和「电机」。

2.「纯电驱动」模块：由「前驱电机」（即「P2电机」）和「后驱电机」（即「P4电机」）组成，用于直接驱动汽车。

理想ONE的混动系统示意图

在我看来，「理想ONE」车型的一些有趣之处包括：

超大的电池容量：以2021款「理想ONE」为例，其电池容量为40.5kWh。与「日产e-POWER混动系统」的1.5kWh电池相比，简直就像是汪洋大海。这样大容量的电池能够提供更长的纯电续航里程。
多个电机：拥有多个电机就意味着更强的性能。单单一个前驱电机无法充分发挥出超过2.3吨车身的潜力。因此，「理想ONE」配备了后驱的「P4电机」，实现了四驱系统，不仅实现了四轮驱动，还提升了整车的动力性能。可以说一举两得。