增程式電動汽車技術及市場詳解 - 副本

一、何為增程式電動汽車在我國根據(jù)《GB∕T19596-2017電動汽車術語》對增程式電動汽車的定義（增程二字定義中英文解釋是rangeextended，縮寫是RE，有些車企用的是“ER”）是這樣的：依據(jù)標準的解釋，增程車輛應至少有兩種模式即純電模式與“增程補能模式”，且該“輔助供電裝置”是獨立于驅動系統(tǒng)的（即不參與任何車輛驅動的直接傳動，也就是僅用于給電池充電，可以簡單理解為“充電寶”）。而美國的CARB該類汽車的要求是這樣的：主要是在續(xù)航與排放方面的要求。

很多人會將增程與插電混動相混淆，我們用張簡圖對比一下：中間的示意圖可以看出，增程器與整車傳動并無機械連接僅有電氣連接，而插電混合動力車輛的發(fā)動機是與傳動有直接連接的。二、增程器與電氣架構2.1增程器我們已經(jīng)了解了增程式電動汽車的概念了，那么增程器又是什么呢？其實很簡單，增程器就是“發(fā)動機+發(fā)電機”，只是該發(fā)動機與傳統(tǒng)發(fā)動機有些區(qū)別（因為增程器工作的工況無需覆蓋傳統(tǒng)車上的所有工況，比如傳統(tǒng)車上發(fā)動機的啟動需要起動機，而增程發(fā)動機的啟動是由發(fā)電機（或叫集成啟動發(fā)電一體機IntegratedStarterGenerator）完成的，所以該發(fā)動機上是不需要起動機的），為了提高系統(tǒng)效率往往需要對傳統(tǒng)發(fā)動機進行優(yōu)化設計，如使用阿特金森循環(huán)的發(fā)動機、提高壓縮比等優(yōu)化方式，有些企業(yè)在開發(fā)前期還是會直接使用傳統(tǒng)發(fā)動機進行增程器開發(fā)，這樣的產(chǎn)品效率往往極低。而發(fā)電機則有內轉子電機、外轉子電機、平行軸集成電機等，這一切都是為了提升效率而進行的開發(fā)。電機與發(fā)動機通過雙質量飛輪（老式的也有單質量飛輪+離合器）連接后的總成即為增程器。吉利新能源E-power增程器上圖即使用雙質量飛輪連接，在增程器工作時發(fā)動機的轉速與電機轉速基本是一致的。我們知道功率的一個公式——功率=（轉速*扭矩）/9550——為了達到同樣的功率，要么通過提高轉速要么加大輸出扭矩，而電機的大部分成本是在線圈，所以有些企業(yè)通過差速裝置將發(fā)動機與電機異構連接，假設速比為5:1，那么發(fā)動機1000r時，電機轉速就可以達到5000r，這樣就可以降低扭矩的輸出從而降低電機的成本，但同時提高了對于機械的要求。2.2電氣架構市面上存在三種增程式電氣架構（簡圖僅體現(xiàn)CAN拓撲），我們畫個簡圖：架構一，REMS（增程管理系統(tǒng)）掛于整車公共CAN上，接收電池和整車的信息，然后控制協(xié)調EMS（發(fā)動機管理系統(tǒng)）和GCU（發(fā)電機控制器），從而進行增程器發(fā)電給電池充電。此類架構較為分布，原有零部件供應商工作量小，只需進行REMS開發(fā)即可，EMS、GCU不直接接入公共CAN，而是通過REMS進行轉發(fā)。架構二，取消REMS，將增程控制功能集成到EMS、GCU或VCU中，根據(jù)各家車企對于各零部件的協(xié)調程度與開發(fā)費用而定（私為客戶開發(fā)過其中兩種），無特別優(yōu)劣之分，制造成本降低（少個節(jié)點），但同時對于軟/硬件要求提高，往往需要付出一筆不菲的開發(fā)費。架構三，取消EMS、REMS，將發(fā)動機控制功能與增程控制功能集成到VCU中，需對VCU進行重新開發(fā)（此時的VCU已經(jīng)是一個動力域了，私正在進行），硬/軟件要求進一步提升，降低了生產(chǎn)制造成本。個人觀點：GCU畢竟涉及高壓，高壓器件整合到高壓的“多合一”中，EMS這類低壓件集成到低壓節(jié)點會更合適。2.3系統(tǒng)軟件增程系統(tǒng)軟件采用模型開發(fā)（也有企業(yè)采用代碼形式）。如今輕型車排放指標已經(jīng)達到第六階段，除功能外還需進行OBD系統(tǒng)的開發(fā)。整零部件節(jié)點凡失效時會對整車排放產(chǎn)生影響的皆需要進行該功能的開發(fā)（而并非只有發(fā)動機管理系統(tǒng)需要），例如整車儀表盤，若該節(jié)點部分功能異常了，但并不會對整車排放有影響，那么該節(jié)點就可以不考慮。但是像VCU、BMS這些節(jié)點，一旦功能異常了是會對整車動力產(chǎn)生影響的，從而會影響到排放，故而該類節(jié)點就需要進行規(guī)劃了。但重型車排放法規(guī)并未正式落地（且未有針對增程的）所以商用車有部分區(qū)別。三、增程式電動車市場及應用在進行市場分析之前，我們先來回顧一下由中國汽車工程學會牽頭組織編制的《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖2.0》中提到的新能源汽車在未來15年的發(fā)展。至2025年，汽車年產(chǎn)銷規(guī)模達3200萬輛，2030年汽車年產(chǎn)銷規(guī)模達3800萬輛，到2030年汽車年產(chǎn)銷規(guī)模將達4000萬輛。至2025年新能源汽車占總銷20%左右，3200*0.2=640萬輛/年,；2030年新能源占總銷量40%，3800*0.4=1520萬輛/年；2035年新能源汽車占總銷量50%，4000*0.5=2000萬/年；至2025年純電占90%，剩余10%為混動（含增程）+燃料電池汽車，640*0.1=64萬輛/年；2030年純電占93%，剩余7%為混動（含增程）+燃料電池汽車，1520*0.07=106.4萬輛/年；2035年純電占95%，剩余5%為混動（含增程）+燃料電池汽車,2000*0.05=100萬輛/年；2025年氫燃料電池車保有量（非銷量）為10萬，2030年到2035年保有量為100萬輛。減去氫燃料汽車的數(shù)量，混合動力是否就可以有個大概了呢？由于官方未發(fā)布2021全年的新能源汽車數(shù)據(jù)，我們暫且看一下到2021年11月份止的數(shù)據(jù)（趨勢不會有非常大的變化的）：而截止2021年11月份，新能源汽車累計生產(chǎn)302.2萬輛，插混占比為17.13%。而新能源乘用車為286.9萬輛（2021年1-12月新能源乘用車批發(fā)331.2萬輛），插混占比為17.95%。新能源商用車15.4萬輛，插混占比為19.48%。增程式電動汽車廠家的銷量（理想2021年全年銷量90491輛，其他車企銷量則遠遠低于理想）除理想外并無特別出色者。我們即使說增程會占到插混的一半，那么到2035年，那么按照《路線2.0》的預估增程（乘/商一起）年產(chǎn)銷應為100*0.5=50萬輛，理想已經(jīng)形成品牌效應，那么其他推出增程式汽車的車企又能有多少份額呢？而隨著電池技術的不斷突破（廣汽埃安LXPlus號稱全球最長里程的純電動，配備144.4kWh電池，電池密度205wh/kg），混動將面臨更大的挑戰(zhàn)（不過2022年電池要漲價20%左右，至少近幾年還是有市場的。）我們再看看國外分析公司IDTechEx

對增程市場的預測：按他們這個說法市場還是挺大的（但是不知為啥，后來這篇文章在官網(wǎng)找不到了）。所以私以為，增程在乘用車市場將得不到太持久的應用。那么在商用市場如何呢？私覺得在中型商用車和部分特種車輛上是有可作為的。我們先來看一下2022年的新能源汽車推廣補貼方案：商用與乘用不同，商用講究高效，“人停車不?！笔菫榱擞惠v200+km續(xù)航的純電動物流車往返于各站點，憑借其高承載率、路權優(yōu)勢在各大城市中可被廣泛應用。但對于跨城市的物流/生鮮配送，純電動物流車則就會顯的力不從心。而生鮮配送的冷藏車的使用更是對于用電量有極大的需求，純電動物流車在保證續(xù)航足夠的前提下還要去兼顧冷凍功能，對于電池來說是有極大壓力的。而市場的發(fā)展卻是不等人，據(jù)統(tǒng)計每年全球生鮮食品腐壞在路上的有近4000噸。據(jù)中物聯(lián)冷鏈委數(shù)據(jù)，2020年我國冷鏈車市場保有量達27.5萬輛。2020年全年冷藏車銷量為67205，而柴油冷鏈車銷量為60150，占比89.5%，新能源（輕型純電動）銷量458輛，占比0.68%。從數(shù)據(jù)看，新能源冷鏈有著巨大的市場潛力。但是目前市場的增程商用車小問題頻出，嚴重影響了用戶體驗。同時由于商用車國六排放法規(guī)未正式落地更別說針對于增程的排放法規(guī)了，目前開發(fā)該車型的車企多借鑒輕型車國六法規(guī)，有些車企則只關注發(fā)動機排放而忽略了增程的排放與零部件的開發(fā)，總之開發(fā)技術及水平參差不齊。另外一些特種車輛對于電量需求極大，純電目前尚無法滿足需求，如清潔垃圾車、房車、消防特種車、應急補電車、中卡貨運等。重卡車輛由于電量需求大（500kWh+），充電目前尚是瓶頸，增程是一種解決方案，但該類型車換電（需考慮建設成本）也是不錯的選擇。從制造成本上看，我們大體初略估算一下（以N2類6米商用車為例）：6米廂式純電動貨車（總質量4.5T），以90kW.h電池的為例，目前電池系統(tǒng)成本按照1100元/kW.h計算，動力電池價格近10萬元，電機、電控、車身、底盤等按照7萬元計算，整車制造成本17萬元。采用增程方案，可以安裝20kW.h動力電池（5C放電），配合增程器，電池系統(tǒng)價格按照1500元/kW.h

計算，電池價格3萬元，增程器成本3萬元左右，合計6萬元，其它部件采用與純電動汽車采用相同的配置，總成本控制在13萬元，與傳統(tǒng)車差距縮小。相比純電動成本有4萬元的優(yōu)勢。相同載貨能力的傳統(tǒng)柴油車目前價格在10~13萬元，與傳統(tǒng)車輛對比，純電動和增程制造成本均有所上升。但隨著各地對路權的限制，純電動和增程可以依靠路權（可以掛綠牌）、各地逐步推出的運營補貼和使用成本優(yōu)勢來贏得客戶。相同配置的插電混動車型，其動力電池可選用與增程式車型同等容量的20kW.h電池，加一套動力系統(tǒng)，包含起動機機、發(fā)動機、離合器、變速箱以及傳動系統(tǒng)合計費用大約在6~7萬元，其它部件采用與純電動汽車采用相同的配置，總成本也可控制在13~14萬之間，與增程式價格不相伯仲。用戶購置及使用成本對比：項目傳統(tǒng)燃油車純電動增程式電動插電混合動力購置成本12191515日行駛里程（km）300300300300日能源使用量（L/kW.h/kg）36（L）90（kW.h）30kW.h+20L（汽油）30kW.h+22L（汽油）能源單價（元）6.81.21.2（電）+6.8（汽油）1.2（電）+6.8（汽油）年使用成本（300天/萬元）7.3443.245.165.568年車輛維護成本（萬元）10.50.80.85年后殘值（萬元）3122年綜合成本（萬元）7.344+1+(12-3)/5=10.1443.24+0.5+(19-1)/5=7.345.16+0.8+(15-2)/5=8.565.568+0.8+(15-2)/5=8.968說明：1）純電動車日行駛300公里需要兩次充電，受充電時間影響，實際運行300公里有難度；2）增程式無里程焦慮，電池淺充淺放，5年后不用考慮電池更新，純電車輛與插混車輛需要考慮更新；3）日運行里程越多，與傳統(tǒng)車輛比較純電動、增程式及插混的優(yōu)勢越明顯?？紤]后期運行補貼，純電動與增程式的優(yōu)勢更明顯；4）增程與插混的綜合使用成本接近，但對于電池而言，增程式車輛更加友好；5）就工況而言，插混更適合高速工況，發(fā)動機始終運行于效率最優(yōu)點。增程式車輛則更適合于工況頻繁變動的城際及礦區(qū)類作業(yè)，整體功率效率更高。我們以每公里運營利潤1.5元進行近似計算各車型的投資回報周期：項目傳統(tǒng)燃油車純電動增程式電動插電混合動力購置成本（萬元）12191515日行駛里程（km）300300300300年綜合成本（萬元）10.1447.348.568.968年運營利潤（萬元）13.513.513.513.5成本效益平衡（月）4337