新能源之增程动力系统（五）车载增程器发展趋势
七、车载增程器发展趋势新能源汽车的发展从其物理结构上看，当下正朝着集成化与轻量化方向演进，而从功能控制方面看，正逐渐向着智能化的方向推进，再观电气方面，800V高压架构的应用已完成整车搭载与量产。作为整车 ...
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| 七、车载增程器发展趋势 新能源汽车的发展从其物理结构上看，当下正朝着集成化与轻量化方向演进，而从功能控制方面看，正逐渐向着智能化的方向推进，再观电气方面，800V高压架构的应用已完成整车搭载与量产。 作为整车的一个零部件，增程器的发展趋势应与整车的发展方向同流，为此，这里同样从结构、控制以及电气架构等方面出发，梳理车载增程器可能的发展趋势。 7.1.集成化 我们知道，在传统的分布式增程架构中，由于控制节点、ISG电机、内燃机等分属于不同厂家，而为了实现产品总成的相关功能，便需要通过许多高/低压线束、飞轮组件、冷却水路等附件去实现系统之间的连接，此时的系统架构示意如下：  图20 分布式车载增程架构示意 此架构下的增程控制节点独立且分散，在车载布置时，需预留有足够空间以方便产品的安装及线束、冷水管路等附件的走线。同时，由于发动机的应用多以直列四缸为主，在此较大体积产品的作用下，便增加了车上空间的利用难度。 而在相关技术逐渐成熟及整车发展趋势影响的背景之下，作为车载组件之一，增程器在结构上的发展将犹如驱动电机、‘多合一’等零部件那般，从分布式往集成式方向进化。而此发展的第一步便是将增程系统的控制节点与增程器壳体进行集成，以完成产品物理结构上的合一，此方式在乘用车应用领域多已实现，其示意如下：  图21 集成式增程器示意 通过此物理结构的集成，可减少ISG与GCU之间的三相高压线、低压旋变线、缩短冷却管路以及其他低压控制线束，此举可让原产品在实现产品小型化、轻量化的同时，降低了对整车安装空间的需求。 同时，冷却管路的缩短，降低了冷却液的应用，这又进一步让总成产品在实际应用中的总重量得以更轻。不过，由于集成后的控制节点与发动机同处于一个空间环境中，这将让其始终运行于具有较高温度的环境下，此时对于系统热管理的要求将会有所提升。 在完成第一阶段物理结构集成的基础上，基于一体化发展趋势，通过将ICE与ISG的集成以进一步实现增程器产品的模块化，同时GCU与EMS通过‘同盒’实现‘one box’，以此让总成产品具有更高的功率密度，其示意如下：  图22 一体化增程器示意 7.2.轻量化 在产品高集成化的基础上想要进一步实现轻量化，需根据整车应用需求对影响产品总质量的关键即ICE进行重新匹配。我们知道，当下多数增程器产品所采用的内燃机多为直列四缸机型，此内燃机具有功率较高、体积较大的特点。基于其功率特性，主机厂或开发商多以功率跟随作为发电策略，而基于其大体积特性，则难以在轿车上实现搭载，因此，此类增程器常应用于具有较大空间的SUV等车型上。 但我们若从电量均衡角度出发，当下，增程器的输出功率在25kw.h以内时，便可覆盖绝大多数的应用场景，而此功率需求下的增程器发动机并无需采用具有较大输出功率的四缸类型，可通过小型发动机的应用实现车载需求的覆盖。 不过，可满足车规应用的小型发动机并不多，基于此，可在增程应用领域实现低油耗、低噪音等高性能的产品便更少了。另外，基于轿车低重心、搭载空间受限等应用特性，为增程应用而开发的水平对置发动机在此时或可很好地发挥其优势。 总之，通过权衡整车用电需求，以小功率、新类型发动机的应用，再匹配合适的发电策略，可在满足车载应用的同时，减小总成产品的体积，以此来进一步推动其轻量化进程。  图23 水平对置增程器在轿车上的布置示意 7.3.弱功能化 在讨论车载产品的功能发展时，首先需对此产品进行定位，即此产品归属于执行类还是控制类。从增程器的车载应用上看，此产品应归属于执行类，即其工作状态/时刻应由整车控制端定义。基于此产品定位，增程控制系统将被分为内外两部分，示意如下：  图24 增程相关系统 在此产品定位下，增程器被强定义为具有单一发电功能的执行器，就如车载大灯、传感器等执行器那般，增程器将只负责发电工作。此时，外系统将负责增程器的发电功率大小、启停、热管理等基本运行逻辑，而增程器的发电策略、控制策略将由内系统完成。除此之外，内系统将不会涉及整车其他控制节点的管理，如对动力电池状态的判断、整车运行模式的监控等。 通过此功能的划分，将避免作为执行器的增程器与整车其他控制节点产生功能抢夺，要知道一旦执行器参与了整车相关的控制功能，将导致整车的电子电气架构形式发生破坏，而此影响将会是让后续的中央集成式架构在此处难以应用。因此，执行器的定位对于增程器实现产品平台化与模块化起到至关重要的作用。 在此弱功能化的趋势下，如文章开始所介绍的多种增程系统架构将不再存在，而代之以统一的标准架构。对于此时的增程器应用而言，主机厂将无需再进行功率跟随或者电量跟随策略下的软件开发工作，仅需根据车辆用电需求，选用合适的发电策略，接着根据此策略对动力电池的SOC等进行限定，再通过匹配合适功率的增程器产品，根据其通讯矩阵，完成对增程器的基本工况请求与系统故障管理等工作即可。  图25 以执行器定位的增程器  图26 弱功能化的增程系统 7.4.高压化 在全栈800V高压架构的趋势下，增程器的高压系统将需要与整车高压系统实现同步进化，而在增程系统中与高压相关的节点有ISG及GCU，为此，满足800V高压应用的发电机控制器及ISG电机将需要被应用。 基于增程器产品的应用特性，新材料下的GCU、ISG将进一步实现小型化与轻量化，而与其匹配的发动机便需同步采用更为合适的产品，在此背景之下，现有内燃机的应用将需要得到较大程度的变革。 综上所述，在增程器的发展过程中，通过其执行器的产品定位，再结合集成化、轻量化、高压化的发展趋势，此产品最终将成为一种标准的组件，并依托其在车端较为简洁的开发方式，在新能源汽车发展的较长一段时间内，其产品或可如动力电池般，可与所有增程混动车型进行匹配应用。 对增程动力系统及发展趋势演进归纳如下：  图27 增程动力系统进化及发展趋势演进过程 |
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