解析正道汽車增程式混動系統
豪華電動汽車H600正式亮相于3月7日的日內瓦車展,也是正道汽車首次對外亮相,它標志著中國汽車工業傳奇人物仰融在汽車行業的回歸。我們之前已經對正道汽車做了很多分析與報道,所以關于正道汽車這里就不再贅述。

本屆上海車展,正道汽車帶來3款新能源概念車,分別是豪華轎車H600、5座SUV K550、7座SUV K750。如標題所示,這篇文章是正道汽車“技術解毒”,由于以上三款車采用的是同一套被正道汽車冠以“微型渦輪發電機+超級電池”的黃金動力組合,所以我們重點對動力總成系統進行技術解析。
不談“療效”的技術不是好技術,所以,我們先從這3款車的性能說起:
H600

1、極速250公里/小時
2、百公里加速2.9秒
3、驅動電機最大功率600千瓦(816馬力)
4、NEDC混合工況超過1000公里續航里程
K550

1、極速250公里/小時
2、百公里加速小于5秒
3、驅動電機最大功率超過500千瓦(680馬力)
4、NEDC混合工況超過1000公里續航里程
K750

1、極速250公里/小時
2、百公里加速小于5秒
3、驅動電機最大功率超過500千瓦(680馬力)
4、NEDC混合工況超過1000公里續航里程
正道三款概念車采用了增程式混動系統,原理與一般的增程混動系統一樣,即發動機負責發電不參與驅動,車載儲能裝置給驅動電機供電,驅動電機則負責驅動車輪行駛。不過,正道汽車的不同點在于,它沒有采用發動機來發電,而是“微型渦輪發電機”,儲能裝置被正道稱為“超級電池”。
什么是“微型渦輪發電機”?
渦輪發電機是功能命名,行業術語叫燃氣渦輪發動機,一般稱為燃氣輪機。
廣義上的燃氣輪機是一種原理與活塞式發動機類似,同樣是通過進氣-壓縮-燃燒-做功的四個行程,兩者的進氣環節基本類似,但是燃氣輪機的空氣并非進入氣缸,而是經過一個葉片式壓縮機進行壓縮,然后再進入燃燒室,在燃燒室與燃油混合之后會被點燃,燃燒排出的氣體經過渦輪,推動渦輪轉動,從而產生動力。狹義的燃氣輪機指的是用在船舶、特殊車輛(比如坦克、工程車等)和發電機組上的發動機,飛機上的發動機都屬于燃氣輪機,只不過會根據組成部件有更具體的分類,比如渦扇發動機、渦軸發動機等等。
一般在設計汽車用的燃氣輪機時,都會將一個發電用的電動機集成在一起,這就是“渦輪發電機”名稱的來源。
正道的“微型渦輪發電機”怎么樣?
相比傳統發動機,正道的微型渦輪發電機體積小、重量輕,只有65公斤,輸出功率穩定,均衡輸出60千瓦,由于是渦輪驅動,正道的渦輪發電機最高轉速可以達到每分鐘10萬轉,設計壽命長達5萬小時,熱效應高達40%。另外,40%熱效應似乎與內燃機持平沒什么特別?那就錯了,根據正道汽車的資料顯示,借助其中的換熱器還可以實現對多余的熱力的循環利用,將綜合熱效率提升至80%左右,這就十分恐怖了。
除了這些凸出特性,加上出色的動能回收系統,能量回收率達到30%,使得正道三款新能源汽車綜合續航在1000公里以上,綜合油耗卻不到5L。由于這套增程器零部件少、結構簡單、缸內無摩擦,無需額外散熱與潤滑系統,這給日常保養提供很大方便。
據悉,正道微型渦輪發電機為“可選”燃料系統,包括汽油、柴油、乙醇、天然氣等多種燃料,都能帶動“增程器”高效運轉。


(渦輪發電機剖面圖)
從結構圖上可以看出,發電機位置位于進氣道的中間,這么設計的目的,使得進入壓縮器的新鮮冷空氣能夠提前對發電機進行冷卻。另外,發電機、壓縮器與渦輪都由同一根軸連起來,當燃燒室排出的氣體推動渦輪旋轉時,渦輪的轉動會同步帶動同軸的壓縮機與發電機運轉。
(渦輪發電機工作原理圖)
從原理圖可以看出,新鮮的冷空氣從進氣道進入,被壓縮器壓縮成高壓冷卻氣體,接著在換熱器被高溫排氣進行“加熱”,較高溫度的進氣在燃燒室與燃油燃燒,產生的高溫高壓氣體推動渦輪機運轉,排出的高溫氣體再回到換熱器給進氣加熱,排出的高溫氣體可以供熱,或者直接排出。另外,渦輪機工作的同時,壓縮器與發電機同步工作,發電機輸出的是高頻交流電,所以,通常根據不同負載設備接入不同的轉換器。
相比傳統增程器,微型渦輪增程器的優點是布局緊湊與效率高等優勢,不過,也是由于緊湊,還有轉速太高,使得這套增程器的散熱是個問題,尤其是渦輪、壓縮器與轉子同軸固定。其實,電動君之前在主機廠時也見過類似裝置,但是因為散熱、質量與穩定性差等因素,使之看起來美好量產卻很難,負責這個項目的德國工程師還在年復一年的調試中。另外,英國的阿斯頓·馬丁也曾研究過這個技術,并在一款超級跑車上測試,但以失敗告終。所以,正道宣稱2020年能夠將這套增程器量產并應用在正道這三款新車上,電動君還是保持懷疑態度的。
“超級電池”怎么個超級法?

正道汽車的電池是以成熟的鈦酸鋰電池為基礎,功率密度為80Wh/kg左右,加入石墨烯改良成石墨烯鈦酸鋰電池,功率密度提高到150Wh/kg,這功率密度似乎談不上超級。2016年,有媒體報道正道汽車與美國加州大學合作研發出了石墨烯鋰硫電池,功率密度達到300Wh/kg,這應該就是正道汽車宣稱的超級電池。

正道表示,石墨烯超級電池是目前世界上最安全的電池之一,無一例失火爆炸,工作溫度范圍在-40攝氏度至55攝氏度之間,同時具備超長的循環壽命,可持續充放電高達5萬次與1萬小時免維護,而且可以進行50C大倍率瞬間充放電,只需10到15分鐘即可充滿,這也是為什么整備質量1850千克的H600百公里加速只要2.9秒。
雖然鈦酸鋰電池比較成熟,也有應用案例,比如董明珠夢寐以求的珠海銀隆,但是,目前業內很多對石墨烯的研究基本停留在實驗室階段。所以,以鈦酸鋰為基礎,再融合石墨烯的超級電池性能的確強悍,不過,由于這三臺概念車都未量產,還有公眾對石墨烯的嚴重懷疑,顯然,正道的超級電池想獲得認可,必須提供更多實例證明,就像剛剛刷新“紐北”量產車圈速記錄的蔚來EP9。
一般,新能源車企在宣傳時總會強調自己掌握了“三電”核心技術,而正道則掌握了“四電”技術:電機、電池、電控與增程器,通過上面的分析,與行業其它車企那重合度很高的“三電”技術相比,正道的電池與增程器技術的確有獨到之處。可能有“電粉”會問:那正道的電機與電控技術咋樣呢?
根據目前電動君搜集到的資料,只能確定正道汽車電機系統采用了四輪驅動與全輪扭矩矢量控制系統,它能夠根據不同工況分別控制四個車輪的扭矩輸出,進而對整車動力輸出進行智能優化控制。根據這個介紹,一般會判定它采用了四個小電機并自帶“變速箱”以驅動四個車輪,但是從網上找到一張正道汽車的透視圖,似乎并非如此,所以,由于缺乏更多介紹資料,這里也就不方便過多解讀。

最后就是整車電控技術,因為正道這套動力總成是“增程式混動系統”,融合了微型渦輪發電機、動力電池、驅動電機、行駛工況與運行條件,所以,它的VCU設計相比一般燃油汽車與純電動汽車設計更加復雜,尤其是控制策略,它要求控制算法更加成熟可靠。另外,從正道這三款車的前排到后排,有5、6個屏幕之多,這種設計非常罕見,由于正道汽車定位偏商務,一方面它能提高車廂的“科技感”,另一方面,正道表示根據需要,可以靈活、無縫地搭載各種ADAS功能模塊,表明這套車載系統不僅復雜還足夠先進,已經提前為自動駕駛等功能預留接口模塊。
不過,還是那句話,從動力總成詳細技術介紹,到具體應用實例與體驗等方面,正道汽車給大家的印象始終保持一種神秘感。所以,它的超級電池是否存在?微型渦輪發電機穩定性到底如何?電驅動架構是不是四電機四驅?車機系統真有那么先進?這些問題的模糊性,導致業內對正道汽車持懷疑態度居多。


但同時,不可否認,正道汽車的出現,一方面拓展了中國新能源汽車的技術路線,讓大家知道,除了主流的、甚至千篇一律的純電動系統,亦或比亞迪與上汽的插混系統,還有一種微型渦輪發電機的增程混動系統以及石墨烯動力電池。另一方面就是它的車載多屏幕設計,如果說特斯拉開創了單屏時代,那么正道則拓展到多屏時代。



























