増程發(fā)動(dòng)機(jī)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(yè)名為《一種改變當(dāng)前能源結(jié)構(gòu)的混動(dòng)車結(jié)構(gòu)原理》，及2018年9月15日，發(fā)改委學(xué)術(shù)期刊《中國(guó)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)》里介紹的lightyear混動(dòng)車結(jié)構(gòu)。

圖一、雙電機(jī)lightyear混動(dòng)車結(jié)構(gòu)

Lightyear混動(dòng)車，在前機(jī)艙不放置增程發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，雙電機(jī)動(dòng)力過(guò)剩。具備跑車的性能。

Lightyear混動(dòng)車，在前機(jī)艙放置增程發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，増程發(fā)動(dòng)機(jī)的能量密度具有超越鋰硫固態(tài)電池的性能。而實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)點(diǎn)的技術(shù)都成熟的。

下面以廣汽傳祺GS4 PHEV 的改良版GS4 LYEV，來(lái)說(shuō)明如何實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)點(diǎn)。

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(duì)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(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)及其附屬裝置的情況下在前軸安裝一臺(tái)22KW發(fā)電電動(dòng)機(jī)。這是一臺(tái)直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。在外力的帶動(dòng)下，直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)變?yōu)橹绷靼l(fā)電機(jī)。所發(fā)電量直接接到后驅(qū)電機(jī)的變頻器直流母排，用來(lái)驅(qū)動(dòng)后輪。當(dāng)電量過(guò)剩時(shí)，變頻器逆向給電池充電。

由上表對(duì)比發(fā)現(xiàn)。當(dāng)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(dòng)車的技術(shù)要求。

増程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的能量密度為什么已經(jīng)超過(guò)了鋰硫固態(tài)電池。

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

圖二、寶馬i3 增程發(fā)動(dòng)機(jī)由摩托車改造來(lái)

20KWe 的發(fā)動(dòng)機(jī)采用寶馬I3的增程器。無(wú)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(jī)的，20KWe増程發(fā)動(dòng)機(jī)和35L92＃汽油，及液冷系統(tǒng)總重量不會(huì)超過(guò)150kg。（根據(jù)摩托車總重估計(jì)）

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(dá)1．672kwh／kg和2．6kwh／kg。而做成電池后最大能量密度不會(huì)達(dá)到理論值的40％。由此，增程發(fā)電機(jī)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(shí)油箱汽油耗盡。接近目前實(shí)驗(yàn)室的鋰硫固態(tài)電池能量密度。

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

假定，電動(dòng)車百公里時(shí)速，百公里耗電量為20kwh，電池組是20kwh。當(dāng)平均車速超過(guò)100km／h時(shí)，消耗功率增加，電池內(nèi)的電量得不到補(bǔ)充，假定耗電功率增加為原來(lái)的1．2倍。發(fā)電的電量完全用來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。5小時(shí)內(nèi)電動(dòng)車只能按照20kw功率驅(qū)動(dòng)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(bǔ)充。電動(dòng)車無(wú)法提速。

由此可知，電池組能量密度低，越少越好，增程發(fā)動(dòng)機(jī)比功率越大越好，油箱儲(chǔ)量根據(jù)續(xù)航不低于500km來(lái)選擇。

最高發(fā)電機(jī)功率，適宜為大于或者等于百公里時(shí)速工況下的百公里電耗除以1小時(shí)。如選擇偏小會(huì)導(dǎo)致電池電量耗盡車輛無(wú)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(jī)，就需要增加電池容量。比如40kwh電量，百里電耗20kwh，發(fā)電機(jī)功率10kw。會(huì)出現(xiàn)電池電量耗盡。車輛無(wú)法提速的情況。這個(gè)時(shí)候需要停車，讓增程器發(fā)電補(bǔ)充電池組電量。

這樣能量密度的增程系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)續(xù)航。利用現(xiàn)有加油站的便利性，解決了充電難等問(wèn)題。顯然，更重要的一點(diǎn)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(kāi)發(fā)出來(lái)。