解析正道汽車增程式混動系統(tǒng)
豪華電動汽車H600正式亮相于3月7日的日內(nèi)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(yè)傳奇人物仰融在汽車行業(yè)的回歸。我們之前已經(jīng)對正道汽車做了很多分析與報道，所以關(guān)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(shù)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(fā)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(tǒng)進行技術(shù)解析。
不談“療效”的技術(shù)不是好技術(shù)，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(qū)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(xù)航里程
K550
1、極速250公里/小時
2、百公里加速小于5秒
3、驅(qū)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(xù)航里程
K750
1、極速250公里/小時
2、百公里加速小于5秒
3、驅(qū)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(xù)航里程
正道三款概念車采用了增程式混動系統(tǒng)，原理與一般的增程混動系統(tǒng)一樣，即發(fā)動機負責發(fā)電不參與驅(qū)動，車載儲能裝置給驅(qū)動電機供電，驅(qū)動電機則負責驅(qū)動車輪行駛。不過，正道汽車的不同點在于，它沒有采用發(fā)動機來發(fā)電，而是“微型渦輪發(fā)電機”，儲能裝置被正道稱為“超級電池”。
什么是“微型渦輪發(fā)電機”？
渦輪發(fā)電機是功能命名，行業(yè)術(shù)語叫燃氣渦輪發(fā)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(fā)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(huán)節(jié)基本類似，但是燃氣輪機的空氣并非進入氣缸，而是經(jīng)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(jīng)過渦輪，推動渦輪轉(zhuǎn)動，從而產(chǎn)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(fā)電機組上的發(fā)動機，飛機上的發(fā)動機都屬于燃氣輪機，只不過會根據(jù)組成部件有更具體的分類，比如渦扇發(fā)動機、渦軸發(fā)動機等等。
一般在設(shè)計汽車用的燃氣輪機時，都會將一個發(fā)電用的電動機集成在一起，這就是“渦輪發(fā)電機”名稱的來源。
正道的“微型渦輪發(fā)電機”怎么樣？
相比傳統(tǒng)發(fā)動機，正道的微型渦輪發(fā)電機體積小、重量輕，只有65公斤，輸出功率穩(wěn)定，均衡輸出60千瓦，由于是渦輪驅(qū)動，正道的渦輪發(fā)電機最高轉(zhuǎn)速可以達到每分鐘10萬轉(zhuǎn)，設(shè)計壽命長達5萬小時，熱效應(yīng)高達40%。另外，40%熱效應(yīng)似乎與內(nèi)燃機持平?jīng)]什么特別？那就錯了，根據(jù)正道汽車的資料顯示，借助其中的換熱器還可以實現(xiàn)對多余的熱力的循環(huán)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(tǒng)，能量回收率達到30%，使得正道三款新能源汽車綜合續(xù)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(jié)構(gòu)簡單、缸內(nèi)無摩擦，無需額外散熱與潤滑系統(tǒng)，這給日常保養(yǎng)提供很大方便。
據(jù)悉，正道微型渦輪發(fā)電機為“可選”燃料系統(tǒng)，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(zhuǎn)。
（渦輪發(fā)電機剖面圖）
從結(jié)構(gòu)圖上可以看出，發(fā)電機位置位于進氣道的中間，這么設(shè)計的目的，使得進入壓縮器的新鮮冷空氣能夠提前對發(fā)電機進行冷卻。另外，發(fā)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(zhuǎn)時，渦輪的轉(zhuǎn)動會同步帶動同軸的壓縮機與發(fā)電機運轉(zhuǎn)。
（渦輪發(fā)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(chǎn)生的高溫高壓氣體推動渦輪機運轉(zhuǎn)，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(fā)電機同步工作，發(fā)電機輸出的是高頻交流電，所以，通常根據(jù)不同負載設(shè)備接入不同的轉(zhuǎn)換器。
相比傳統(tǒng)增程器，微型渦輪增程器的優(yōu)點是布局緊湊與效率高等優(yōu)勢，不過，也是由于緊湊，還有轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhì)量與穩(wěn)定性差等因素，使之看起來美好量產(chǎn)卻很難，負責這個項目的德國工程師還在年復一年的調(diào)試中。另外，英國的阿斯頓·馬丁也曾研究過這個技術(shù)，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?qū)⑦@套增程器量產(chǎn)并應(yīng)用在正道這三款新車上，電動君還是保持懷疑態(tài)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(chǔ)，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(fā)出了石墨烯鋰硫電池，功率密度達到300Wh/kg，這應(yīng)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(huán)壽命，可持續(xù)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(zhì)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(yīng)用案例，比如董明珠夢寐以求的珠海銀隆，但是，目前業(yè)內(nèi)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(chǔ)，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(chǎn)，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(chǎn)車圈速記錄的蔚來EP9。
一般，新能源車企在宣傳時總會強調(diào)自己掌握了“三電”核心技術(shù)，而正道則掌握了“四電”技術(shù)：電機、電池、電控與增程器，通過上面的分析，與行業(yè)其它車企那重合度很高的“三電”技術(shù)相比，正道的電池與增程器技術(shù)的確有獨到之處?？赡苡?ldquo;電粉”會問：那正道的電機與電控技術(shù)咋樣呢？
根據(jù)目前電動君搜集到的資料，只能確定正道汽車電機系統(tǒng)采用了四輪驅(qū)動與全輪扭矩矢量控制系統(tǒng)，它能夠根據(jù)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(yōu)化控制。根據(jù)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(qū)動四個車輪，但是從網(wǎng)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(shù)，因為正道這套動力總成是“增程式混動系統(tǒng)”，融合了微型渦輪發(fā)電機、動力電池、驅(qū)動電機、行駛工況與運行條件，所以，它的VCU設(shè)計相比一般燃油汽車與純電動汽車設(shè)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(shè)計非常罕見，由于正道汽車定位偏商務(wù)，一方面它能提高車廂的“科技感”，另一方面，正道表示根據(jù)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(tǒng)不僅復雜還足夠先進，已經(jīng)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(shù)介紹，到具體應(yīng)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(fā)電機穩(wěn)定性到底如何？電驅(qū)動架構(gòu)是不是四電機四驅(qū)？車機系統(tǒng)真有那么先進？這些問題的模糊性，導致業(yè)內(nèi)對正道汽車持懷疑態(tài)度居多。
但同時，不可否認，正道汽車的出現(xiàn)，一方面拓展了中國新能源汽車的技術(shù)路線，讓大家知道，除了主流的、甚至千篇一律的純電動系統(tǒng)，亦或比亞迪與上汽的插混系統(tǒng)，還有一種微型渦輪發(fā)電機的增程混動系統(tǒng)以及石墨烯動力電池。另一方面就是它的車載多屏幕設(shè)計，如果說特斯拉開創(chuàng)了單屏時代，那么正道則拓展到多屏時代。
