更省油，關于LY混動車增程系統(tǒng)發(fā)動機燃油效率的討論

摘要：

A LY混動車的增程系統(tǒng)核心是小排量內燃發(fā)動機。其燃油熱效率較低，但不會對LY混動車整體效率有決定性影響。

B 增程系統(tǒng)小排量發(fā)動機效率的提升，可再生燃料獲得成本的降低。這兩個方向將使得LY混動車更具競爭力

C LY混動車增程系統(tǒng)的STS（太陽能到服務人類生產生活solar to service）的有效效率更高。是符合能源發(fā)展規(guī)律的。

一直以來人們覺得，增程式電動車最沒效率。增程式，混動車只是中間過度車型，純電動車氫燃料才是未來發(fā)展方向。

這些似是而非、自以為是的觀點阻礙了電動車設計。

為了用最通俗的方式說明這個話題，我們先確定一個觀點。不管什么形態(tài)的交通能源，什么結構的車輛。判斷其是否有競爭力，至少滿足以下內容：

①從A 地點到B地點的轉移能量

②經濟成本。

③工程實現(xiàn)難易程度。

④單位能量轉化為車輛移動能力的效率。

⑤補能方式。

⑥重中之重的安全。

本文從這六個方面去說明LY混動車的小排量發(fā)動機盡管燃油效率更低，但整體效率（即燃料轉化為車輛移動能力的效率）卻更高。LY結構混動車的增程式車輛結構優(yōu)于大電池容量的電動車，氫能源汽車。

①②⑥這三個衡量標準在本文內暫時擱置。

從工程實現(xiàn)上說，氫能源高壓低溫，能源形態(tài)多次變換。氫能車輛，不管是燃料電池，還是氫能內燃機的或其他的形式。在作者看來都是沒有優(yōu)勢。故本文直接忽略氫能量。

下面從電池車、傳統(tǒng)燃油車、各種混動車這三個車輛形式去論述LY混動車才是有效率的。

在當前工程技術水平下，從A地點到B地點相同質量車輛轉移需求能量是一定的。折算為電能設為y度：

y＝與能源轉化無關質量消耗能量＋與能源轉化有關質量消耗能量。

如車身結構，車上載荷，儀表，安全配置等等是與能源轉化無關的，相對來說這一部分質量是固定，或相差無幾的。這是一個穩(wěn)定因子。

設y1＝能源轉化相關質量消耗能量。先看清楚能量轉化有關部件、則有電池車為電池、電機、電控、熱控、減速箱、傳動等等。燃油車為發(fā)動機、油箱、燃料、變速器、傳動和機械控制等等?；靹榆嚨南嚓P質量為電池車、燃油車的綜合。

就實際情況而言，這些部件都是無法直接比較的，因為不是同類項。

為此，我們將電池車、燃油車、混動車抽象化。全部抽象為混動車。這個混動車含有兩個儲能部件 電池系統(tǒng)、油箱燃料系統(tǒng)。兩個能量轉換裝置：電機系統(tǒng)、發(fā)動機系統(tǒng)，一個機械裝置：變（減）速箱＋傳動裝置。總共是5個子系統(tǒng)。

這5個系統(tǒng)的總質量，及綜合轉換效率。

一種新的數(shù)學工程方法“區(qū)間流”。區(qū)間流工程數(shù)學方法可以定義為，1到n個同質因子，通過不同路徑到達同一結果。每個路徑對不同因子的影響不同，流動通過率是比例關系或特定數(shù)學關系，只有減弱，存儲，或消耗作用。每個因子之間相互獨立，但流動通過率可以相互影響。利用這些數(shù)學關系，求一個最優(yōu)通過率、通過總量稱為區(qū)間流工程數(shù)學方法。

利用區(qū)間流。優(yōu)化混動車效率。如下圖1。

圖 1 電能、燃料車的綜合區(qū)間流效率優(yōu)化系統(tǒng)

這個區(qū)間流系統(tǒng)的輸入是兩個因子：電能、燃料。輸出是車輛移動能量耗能。

我們優(yōu)化的目標是5個系統(tǒng)的總質量最低，兩個因子的綜合轉換效率最高。

圖1的系統(tǒng)過程，每一個環(huán)節(jié)都能建立一個準確的數(shù)學表達，然后設定工況、通過計算機模擬方式計算出一個非常優(yōu)化的解。圖一還可以進一步簡化為圖2的抽象簡化圖。我們知道當混動能量整合輸出匹配車輛能源需求時，混動車最為有效。舉例說明，當車輛需求平均能量功率為14KW，我們使用15KWe的小型發(fā)電機用燃料發(fā)電，波動的能量需求由電池來平航。因燃料能量密度更高，我們將會得到最低5個系統(tǒng)總質量。

圖 2 混動車能量流抽象簡化圖

這個優(yōu)化過程是非常大工作量的。我試圖使用簡單數(shù)據(jù)證明，但缺乏可靠數(shù)據(jù)，并且計算量較大，半個多月也無法完成。即便使用數(shù)學方法表達出來，在自媒體上的讀者估計沒有幾個人能看明白。

這樣做法也沒有必要。不只是因為這個計算，仿真過于復雜。而是因為實際工程中，是批次，逐個型號來選型的。確定了產品，就可以通過定向、定性地優(yōu)化。

下面我們仍舊以比亞迪純電元，和燃油版元為例說明LY混動車才是最有效的。

表 1 比亞迪元 純電 燃油車型數(shù)據(jù)

更正：2017款 1．5L 自動酷炫互聯(lián)型車自重1325KG。2017款 1．5L 自動酷炫時尚型車自重1395KG。2017款 1．5TID 自動運動版 1430KG。（不同車型重量差別還是挺大，但為了更好說明，我們必需設定除了這五個系統(tǒng)以外的車體質量是完全相同的。）

為了更好說明，我們將純電與性能最好的2017款 1．5TID 自動運動版進行優(yōu)化。

元EV535動力電池總成能量密度160Wh／kg?？梢杂嬎愠?，電池系統(tǒng)重量為約340KG。當純電車型與燃油車型總質量相同，為1430KG時。電池重量為120KG。

有沒有可能造成一個混動車使得車輛的有效能源密度最大呢？而且車輛自重還要低于純電、燃油版？

混動車有很多分類，如電動機位置分為P0～P4，按電池燃油系統(tǒng)分串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)，按能源占比分強－中－弱混動。

這些劃分各有好處，這里只需要從部件自重這個角度去考慮。混動車的5個能源部件質量最低，就是最優(yōu)的混動車。

因燃油的能量密度最大，我們必需要盡可以將燃油作為主要的能源。元EV535 百公里耗電13．5度。如果我們使用一個12KWe的增程系統(tǒng)。市面上的蘇州達思靈12KWe的增程器（完整包含油箱、發(fā)電機、發(fā)動機）自重102KG。其中發(fā)電機和控制器重42KG。如果我們將元EV535原本的120KW動力或70kw，改為70KW電動機＋15KWe發(fā)電電動機。那么車輛動力性能更好，發(fā)電機功能上得到分時復用。增加了減掉發(fā)電電動機質量后增程系統(tǒng)質量為60KG，設LY混動車為1430仍有60KG用來增加電池組，電量為9．6度。

在這樣的情況。LY混動車整體質量與燃油車相當。其續(xù)航里程已經超過了元EV535。

當然我們仍可以將LY混動車重量增加到純電版1650KG。那么電池電容量為44度。足夠形式330公里。LY混動車的增程系統(tǒng)，一直放在車上。在這樣的配置情況下，LY混動車使用35L油箱，其綜合續(xù)航也比50L的元燃油版續(xù)航高。超過850公里

上面我們從混動車的能量配置，及儲能相關部件輕量化的角度說明。LY混動車的增程系統(tǒng)是有效率的。

接下來我們還需要從增程系統(tǒng)的熱效率上去說明。即便增程發(fā)動機熱效率低于傳統(tǒng)燃油的熱效率。但在LY混動車上，小排量發(fā)動機仍然有優(yōu)勢。

我們知道中國大部分國土在北回歸線以北，也就是說會有寒冷的冬天。冬天車輛必須要取暖，大排量燃油車的余熱，給車輛供暖已經超過了車輛需求，而小排量的LY混動車，可以通過控制發(fā)動機的啟停。調節(jié)合適的供暖。在所有的熱電聯(lián)產中，熱效率可以高達60％以上，也就是說小排量的LY混動車在這樣的應用場景下。效率遠高出傳統(tǒng)燃油，高了將近一倍。

此外，大排量的燃油車較小排量增程發(fā)動機效率高，是近百年不斷工程優(yōu)化的結果。也許，未來數(shù)年，小排量發(fā)動機的熱效率也會隨著不斷優(yōu)化而達到當前燃油車的效果，并且小排量增程發(fā)動機工作工況更穩(wěn)定。其效率超過傳統(tǒng)燃油車是可以期待的。

至于，LY混動車發(fā)動機的燃料問題，有人會說，石油總會耗盡。LY混動車有可能將交通消耗的石油總量降低到15％以內，根據(jù)BP公司能源年報，已探明石油儲量按2018年消耗量將會在41年耗盡，一旦石油消耗總量降低到2018年的15％，石油就足夠使用250年以上。這還沒算上儲量數(shù)倍于常規(guī)石油的頁巖油儲量。而使用生物質為原料、太陽能為能量源的光液技術成熟，將解決太陽能的儲能問題，并使得甲醇、二甲醚的生產成本大幅降低。燃料的來源有足夠多的保證。

LY混動車增程系統(tǒng)的STS（太陽能到服務人類生產生活solar to service）的有效效率更高。這才是LY混動車的增程發(fā)動機最大的優(yōu)勢，其應用場景有，白天使用聚光光熱加熱導熱油到400℃，并存儲起來。夜晚使用增程發(fā)電機、增程發(fā)動機及甲醇200℃熱重整得到一氧化碳、氫氣復合氣體。燃燒發(fā)電，其太陽能凈發(fā)電效率可以非常高。而且只是利用了LY混動車的閑置時間，成本也是非常低廉的。

基于以上分析，可以得出一個結論，LY混動車即便在當前技術條件下，因其帶來整車輕量化貢獻高，可以進行余熱利用等等優(yōu)點，LY混動車增程發(fā)動機即便在較低熱效率的情況下。仍比純電動車、傳統(tǒng)燃油車更有效率。