能源危机和环境污染问题愈发突出，致使能源消耗较大的汽车行业的发展日益受到限制，因此开发新能源汽车已成为各国汽车公司的共识。国家对新能源车的优惠政策基本以电动车为主，包含纯电动车、增程式电动汽车和插电式混合动力汽车。其中纯电动汽车以零排放、低噪声、结构简单等优点获得了大众的青睐，但受到动力电池技术的限制，其难以达到传统燃油汽车的续驶里程，且一般的纯电动汽车成本较高，导致其难以较快发展与普及。而插电式混合动力车采用机械动力混合结构，离合器、变速箱等，结构复杂，且电池能量很小，只起到辅助驱动和刹车能量回收作用。增程式电动汽车与纯电动汽车相比增加了续驶里程，降低了成本；与插电式混合动力汽车相比，其増程器的工作状态与车辆行驶状态无关，可以始终在高效区工作，更适合负荷变化频繁的城市路况。故本期将简单针对增程式电车汽车进行简单介绍。
1. 增程式电动汽车的结构与原理
增程式电动汽车(Extended Range Electric Vehicle，EREV)是一种将发电与充电两种过程结合在一起的新型电动汽车，其基本结构如图1. 汽车内部配有小功率发动机，并且与发电机串联集成在一起共同组成増程器，起到发电并向动力电池充电的作用。EREV在行驶时可以在纯电动驱动与增程驱动两种工作模式下切换运行，切换的依据是蓄电池的荷电状态(State of Charge，SOC)阈值。
图1 增程式电动汽车基本结构
増程器的工作模式见表1。在纯电动模式下，蓄电池的SOC值在设定的正常范围内，运行模式如图2。此时增程式电动汽车与普通纯电动汽车运行原理基本相同，増程器不工作，蓄电池向驱动电机供电，电机产生的动力经减速器传递至车轮，驱动车辆行驶。在增程模式下，蓄电池的SOC值低于设定的最低阈值，运行模式如图3。此时増程器的发动机控制单元(Engine Control Unit，ECU)控制发动机启动并运行在最佳状况，使发电机发电，产生的电能首先进入功率分配装置，一部分供给电机，驱动车辆行驶，多余的电能储存在蓄电池中，并且当车辆停止时，可以利用市电为蓄电池充电。
增程式电动汽车电池容量一般可供纯电行驶几十公里，电池既可接入外部电源充电，也可由发动机来充电。其节能原理可归结为：（1）外部电源为电池提供一部分纯电里程；（2）增程模式下，发动机一直工作在最佳转速区间，且无频繁启动，效率高，达到节能目的。（3）刹车减速时的能量回收。
表1 增程器的工作模式
图2 纯电动驱动运行模式
图3 增程驱动运行模式
目前，增程式电动汽车均选用现有内燃机作为増程器发动机，而现有内燃机的设计制造是为了满足传统车辆全工况的动力及经济性要求，与増程器发动机的技术需求存在巨大差异，因此有必要为增程式电动汽车寻找更为适合的内燃机作为増程器发动机，以突出增程式电动汽车的优势。往复活塞式内燃机可靠性高，制造成本低，虽然其效率有待提高，但在目前研究现状下增压发动机仍然是最佳选择。提升往复活塞式内燃机效率的方法有两种，一是使用阿特金森/米勒循环，二是使用均质充量压缩燃烧（HCCI）技术。
虽然阿特金森/米勒循环发动机和HCCI发动机只能在中等转速或中等负荷条件下运行，不适宜在传统汽车上的应用，但由于增程式电动汽车的发动机与车轮完全解耦，不受车辆行驶状态的影响，可以始终工作在特定的工况上，因而适合阿特金森/米勒循环发动机和 HCCI 发动机的工作特点。因此，阿特金森/米勒循环发动机和 HCCI 发动机（或将二者结合组成米勒循环HCCI发动机）在增程式电动汽车上将会得到充分利用。
长安大学刘钊等对4种发动机最大效率及对应功率作了相关研究及仿真分析，结果见表2。 从仿真结果可知，当米勒循环HCCI发动机处于稳定工作状态时，能够有效提升发动机效率，降低燃油消耗。与传统发动机相比，米勒循环HCCI发动机由于工况单一，减少了传统发动机上一些用于改善全工况性能的附属机构，如可变配气相位、可变气门升程、可变进气歧管等，在一定程度上使得发动机结构更加简单，提高了可靠性，降低了发动机的制造和维护成本。
3. 增程式电动车动力部件的选型比较
(1)驱动电机的选型比较
增程式电动汽车驱动电机的配置与纯电动汽车的配置相同。电动汽车比较高效，且常用的驱动电机有交流三相感应电机、表贴永磁同步电机、内置式永磁同步电机、开关磁阻电机等。增程式电动车以纯电驱动为主的城市道路作为主要应用环境，电机效率和功率密度被作为主要考量标准。在相似工况环境和驱动系统功率情况下，几种适用电动车的驱动电机效率比较如图4所示。
图4 不同驱动电机选型对比
由于电机的性能受到气隙、极弧系数、磁钢性能、极对数等因素的影响，电机的优劣比较具有较大争议。尽管如此，内置式永磁同步电机效率高、调速范围宽的优势仍然得以体现，是当前增程式电动汽车驱动电机的较优选择。
（2）动力电池的选型比较
电池技术是电动汽车发展的主要瓶颈技术。伴随着阳极材料、阴极材料、隔膜以及电解液材料等电池主要部件的新材料和新工艺的研发，电池性能不断得到提升。不同材料的电压和容量的特性如图5所示。
图5 电池技术发展趋势与代表性材料对比
锂电池磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂及其复合材料是当前动力电池正极材料的主流。其中，磷酸铁锂电池相对于钴酸锂、锰酸锂具有较高的比容量，较长的寿命周期和较低的成本。负极材料中，碳和石墨材料是主流，钛酸锂、锂单质负极材料也已经得到应用。磷酸铁锂和碳材料组成的电池单体，是当前增程式电动汽车电池较为理想的选择。随着三元复合材料、固溶体材料组成的新型电池，以及金属锂材料组成的空气锂电池技术的完善与推广，将会带来动力电池性能的大幅提升，也是未来增程式和纯电动汽车动力电池的发展趋势。
来源：内燃机学报
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