增程式电动汽车产业浅析

新能源汽车是未来汽车产业转型发展的重要方向。我国新能源汽车前期发展取得了突出的成绩，产销量位居世界首位。但目前产业发展正面临新形势，未来一段时期内将由“政策驱动”转向“政策 + 市场双驱动”。到 2021 年购置补贴完全退出后的后补贴时代，如何保障新能源汽车产业的健康、可持续发展，值得人们共同思考，开发什么类型的产品才能更好地满足消费者的需求，值得行业企业考虑。

在2020年1-11月份期间，理想ONE的销量超越蔚来汽车成为中国新能源SUV的累计时段销量冠军，风头一时无两。随着增程式汽车理想ONE的热销，理想汽车在汽车消费市场和资本市场都取得了令人瞩目的成绩。曾被广泛质疑的增程式技术路线重新被大众审视或者效仿。

图1 理想ONE累计销量统计表

1 引言

增程式电动汽车一直是国家重点鼓励发展的新能源汽车技术路线之一，但前几年发展的速度是远低于纯电动汽车的，其中有购置补贴、特殊路权等相关支持政策力度稍显不足的原因，也有分类方式、测试规范有待完善和增程式产品自身的一些因素。

针对增程式电动汽车的技术路线，在行业内一直存在争议。部分行业知名院士专家一直在呼吁发展增程式技术路线，众多企业也陆续加快布局和发展增程式电动汽车，媒体对增程式的发展及管理分类也一直有所争论。

图2 理想ONE底盘布置图

随着购置补贴的退出，后补贴政策体系的重新构建和2035 年规划的加快制定，增程式电动汽车凭借其无里程焦虑、电池用量少、不依赖充电基础设施、综合油耗低等特点，可能会实现快速增长。最近一段时间，万钢、欧阳明高等行业专家正呼吁“及时推动插电式向增程式方向发展”，吉利、理想汽车等企业也在加快研发布局增程式电动汽车。

增程式电动汽车的大规模推广仍然存在一些问题，如分类方式的合理性、油耗测试方式的适用性，以及在使用环节的政策障碍等。

1990 年代，汽车电动化发展趋势明显。日本虽紧盯美国政策，但在技术路线上并不激进，本田专注于清洁发动机，丰田则做出了一款经典的混合动力汽车普锐斯 (Prius)，2003 年 到 2007 年，这一代普锐斯卖出了 30 万辆。日本的日产为了对抗丰田的普锐斯的 THS 系统，研究了 e-Power 混动系统，该系统用一个小型汽油发动机给一个小电池组充电，然后电池供电给电机驱动车辆。

之后，美国通用汽车推出了沃蓝达(Volt)车型，既有内燃机也能充电，发动机直接驱动车轮。通用 Volt 的发动机与车轮之间有离合器，通过设计的一种控制策略，使发动机永远不驱动车轮。

图3 沃蓝达(Volt)混动系统展示图

德国推出宝马 i3，油箱通过软件由 10L 强行限制为7.2L，燃油续航 120km，而纯电续航 116km。

从第一代沃蓝达开始，增程式电动汽车在北美市场发展得相对平稳，第一代 Volt 整个生命周期销量超过了 10 万台。2016 年推出第二代沃蓝达，年均销量 2 万辆左右，之后还以“别克 Velite 5”的名称进入中国市场并国产化。只是由于中国市场并不区分插电式混合动力汽车（PHEV）和增程式电动汽车（EREV），这很大程度阻碍了增程式电动车在国内的普及。

图4 沃蓝达(Volt)电驱系统结构图

当前，由于纯电动汽车存在一些如里程等方面的焦虑，增程式电动汽车开始回归到主流视野。在 2019 年的上海车展上，增程式电动汽车产品有理想 ONE、Karma、Revero GT、金康赛力斯 SF5 增程型等。随着中国成为全球新能源汽车的第一大市场，增程式电动汽车浪潮或将以中国市场为中心。

在国外，如通用、日产等巨头整车企业在增程式技术研发和产品开发方面均进行了较多的规划和布局。

日产在增程式技术路线的布局主要通过整合发动机、发电机、电池、逆变器及电机的动力总成系统 e-Power 展开。2016 年 11 月，搭载 e-Power 技术的首款车型 Note 在日本上市，凭借良好的性能和出色的节能减排效果，Note 上市11 个月，在日本累计销量超过 10 万辆，后来一度成为 2018年度日本市场最畅销车型，e-Power 技术也因此在日本市场得到了充分的验证和肯定。为加快 e-Power 导入中国市场，日产通过与东风合作将 e-Power 系统实现国产化。2019 年 7 月 5 日，东风汽车“日产电驱动电机国产化”战略项目落户湖北武汉经开区,将由东风电驱动主导生产 e-Power 驱动电机和电机控制单元。项目总投资超 10 亿元，预计 2023 年达到年 30 亿元的产值规模。根据日产规划，到 2022 年将实现每年销售 100 万辆新能源汽车和 e-Power 车型，中国市场销量占 30%。

图5 日产e-Power 驱动系统

通用布局增程式技术最早是在 2007 年，发布了一款沃蓝达概念车，这也是继纯电动车型 EV1 之后通用开发的第二款新能源车的雏形。

2010 年，第一代沃蓝达开始在美国销售，搭载了 Voltec混合动力系统，采用一台小型发动机（增程器）和两台电动机对车辆进行驱动，发动机仅仅用于发电，不直接提供动力，动力通过较大功率的电动机提供，而较小功率的电动机也是用作发电。

上市以来，沃蓝达在美国市场销量较好，据相关数据显示，2012 年，沃蓝达共销售 30090 辆，而后续推出的第二代沃蓝达也在 2016 年创造了 28296 辆的市场销售成绩。

2017 年，通用以别克 Velite 5 的身份将沃蓝达导入中国并实现国产化，搭载了一套由 1.5L 发动机和电动机所组成的混动系统，以及配备了容量为 18.4kWh 的电池组，并能实现最大约 676km 的续航里程。

图7 别克 Velite 5动力电池包

宝马于 2013 年 7 月在北京、伦敦、纽约同步推出新能源车型 i3，共包含纯电动和增程式两种动力类型。其中，增程式版车型搭载了一款 0.6L 两缸发动机，当汽车电池电量不足时与发电机配合为电池充电，综合续驶里程为 340km。2014 年 9 月，宝马 i3 正式在中国上市，两款车型的售价分别为 44.98万元和 51.68 万元（增程式）。

图8 宝马i3整车布置图

但后来由于较为昂贵的售价，i3 并没有在国内市场收到较好的回应，尤其是增程式车型，市场销量更不理想，这也令宝马开始逐渐放弃增程式路线。根据公开资料显示，欧洲市场将停产新款 i3 的增程式版本，只销售纯电车型。

在国内，如理想汽车、金康等乘用车企业正在探索增程式电动汽车技术路线，以应对未来多元化发展的市场趋势。与此同时，也有吉利商用车、陕汽等正在加快布局增程式商用车的开发，进一步提升商用车节能减排水平。

理想汽车最先布局的两款车型中，则含有增程式技术路线，旨在打造切实满足消费者需求的产品。2018 年 10 月，车和家发布旗下首款 SUV，搭载增程式电动驱动系统，综合续航里程超过 700km。

图9 理想ONE性能参数图

图10 理想ONE驱动系统实物展示图

金康 SERES 于 2019 年 4 月发布 SF5 车型，拥有纯电和增程电动两个版本，其中增程式版本的纯电续驶里程达150km，并配以高效能增程系统，通过控制系统能够让增程器始终保持在高效的运转区间，使整车动力、能耗、NVH 达到最佳平衡。

图11 金康 SERES

吉利商用车于 2016 年 10 月成立远程汽车品牌，并将增程式作为商用车发展的长期技术路线方向，在纯电动的基础上通过增加增程器以提升续航里程。2018 年 11 月，吉利商用车旗下远程汽车搭载 e-GAPF 动力系统的首款增程式轻卡产品 RE500 上市销售，售价 21.99 万元，配备 1.5T 汽油增程器，综合续航里程可达 500km。在推出增程式产品的基础上，吉利商用车计划开发更高效的增程器，目标实现 40%的节油率水平，以进一步降低货车运营成本。

图12 吉利e-GAPF 动力系统

陕汽早在 2011 年就已开始增程式重卡的技术研发，所主导的“增程式纯电动重型商用车开发”项目入选 2012 年度863 计划。2017 年 12 月，陕汽重卡 2018 商务年会上，陕汽推出首款增程式纯电动载货车———L6000，搭载由柴油增程器、锂电池、AMT 变速箱构成的动力系统。

图13 陕汽L6000增程式纯电动载货车

除了整车企业，一些零部件企业也在布局增程式电动汽车，主打高性能增程器产品。

东安动力于 2015 年，联合北汽申报“增程式乘用车用实用新型发动机开发及整车应用”项目，并通过国家科技部专家评审，成为了国家科技支撑计划支持的车用增程器项目。此增程器项目采用东安动力 DAM10 发动机，利用企业工程开发基础和高校理论研究能力优势互补，引进多项发动机先进技术，最终实现增程器与驱动系统一体化设计和整车集成化控制，性能指标达到国际先进水平，适合于乘用车的专用增程器产品。

项目开发完成后，将在北汽 A/B 级电动轿车平台上推广应用，形成产业化，为大力开拓新能源汽车市场打下了良好基础。苏州达思灵最早在 2012 年布局车用增程器的开发，随着几年时间的技术迭代与市场布局，已开发出并面向汽油、柴油和天然气等不同车型，包含 3kW、8kW、15kW、20kW、30kW 和 60kW 等不同功率的增程器供应于市场，且掌握了模块化、平台式开发技术，以实现快速开发更多规格的增程器。

图14 达思灵增程器参数介绍

2014 年，达思灵与奇瑞新能源签订采购协议，正式成为了奇瑞新能源汽车的增程器固定供应商，至今已累计配套3kW/72V 增程器达 3600 套。

4.1 纯电动汽车

纯电动汽车的动力系统主要包含有电池系统、动力电机、充电系统及控制器等。其中，电池系统是纯电动汽车的重要组成模块，也是车辆动力的提供源，其质量及储存电能的性能直接影响车辆续航能力，且占据整车成本较大的比例。

图15 保时捷Taycan底盘布置图

因此，纯电动汽车的性能及成本水平很大程度上受到动力电池技术和成本的影响。目前来看，纯电动汽车仍存在续驶里程不足、成本较高、对政策依赖程度较大等劣势，但由于充电费用较低，使得纯电动汽车在使用过程中的经济性较好。

插电式混合动力汽车搭载发动机、电机以及能够满足一定续驶里程的动力电池（GB/T 32694—2016《插电式混合动力电动乘用车技术条件》要求为 50km），一般有两种行驶状态：一是纯电行驶，由动力电池驱动电机来为车辆提供动力，发动机不参与动力输出；二是混合动力行驶，由发动机和电机共同为车辆提供动力，且通过设置 SOC 值，可使得发动机进行发电，以保持动力电池电量平稳。

图16 奥迪混动变速箱剖视图

插电式混合动力汽车在电量充足时，综合能耗较低，经济性较好，但若电池电量不足，则相当于负载一个较重的电池包行驶，则综合能耗较高，经济性较差。

增程式电动汽车搭载发动机、电机以及动力电池等，动力输出一直由电机完成，发动机不参与动力输出，而是通过与发电机组成增程器用于发电为电机提供电能。增程式电动汽车一直保持纯电驱动行驶状态，并由动力电池提供电能，当电量不足时，增程器可为动力电池进行充电，也能够直接为电机提供电能。

图17 理想ONE增程器实物图

增程式电动汽车的技术难点在于增程器，其功率密度、发电效率等性能对整车能耗、排放水平等影响较大。

普通混合动力汽车是由燃油发动机和电机共同为车辆提供动力，该技术路线一般被视为节能技术，而非中国定义的新能源汽车，其本质在于通过给燃油发动机匹配电机从而降低油耗。通过合理优化发动机和电机的动力匹配，使得发动机能够在不同工况下时刻保持在最佳工作区域，提高燃油效率。

图18 某款混合动力布置图

普通混合动力汽车往往搭载一块小的电池，因此，电池成本较少，其技术难点在于通过优化机电耦合系统以实现最佳能耗。

燃料电池汽车可以通过搭载的燃料电池系统将氢能直接转化为电能用于驱动车辆，具有转化效率高、续驶里程长、氢气加注时间短等优点。但是，燃料电池汽车技术尚未成熟，且成本较高、加氢站数量少，目前仍处于示范推广阶段。

图19 奔驰燃料电池汽车示意图