増程发动机是如何打败锂硫固态电池

2018年8月15日出版的《变频器世界》里第46、47页名为《一种改变当前能源结构的混动车结构原理》，及2018年9月15日，发改委学术期刊《中国战略新兴产业》里介绍的lightyear混动车结构。

图一、双电机lightyear混动车结构

Lightyear混动车，在前机舱不放置增程发动机的情况下，双电机动力过剩。具备跑车的性能。

Lightyear混动车，在前机舱放置增程发动机的情况下，増程发动机的能量密度具有超越锂硫固态电池的性能。而实现这些优点的技术都成熟的。

下面以广汽传祺GS4PHEV的改良版GS4LYEV，来说明如何实现这些优点。

首先，我们从汽车之家查询到的数据如下。

表1、三种配置下的主要参数对比，使用大于或小于的参数是估算值

GS4LYEV是在GS4PHEV卸载燃油发动机、发电机及其附属装置的情况下在前轴安装一台22KW发电电动机。这是一台直流无刷电动机。在外力的带动下，直流无刷电动机变为直流发电机。所发电量直接接到后驱电机的变频器直流母排，用来驱动后轮。当电量过剩时，变频器逆向给电池充电。

由上表对比发现。当前的技术条件下lightyear结构已经比燃油车更优越、具备普及电动车的技术要求。

増程发动机系统的能量密度为什么已经超过了锂硫固态电池。

这里选取两种规格的増程发动机，分别是20KWe和7KWe．

图二、宝马i3增程发动机由摩托车改造来

20KWe的发动机采用宝马I3的增程器。无法查询到增城系统的重量。根据相关数据在不含发电机的，20KWe増程发动机和35L92＃汽油，及液冷系统总重量不会超过150kg。（根据摩托车总重估计）

而35L92＃汽油能量密度约12kwh／kg．锂硫固态电池的理论比容量和理论比能量分别达1．672kwh／kg和2．6kwh／kg。而做成电池后最大能量密度不会达到理论值的40％。由此，增程发电机系统的能量密度为35L＊汽油0．725kg／L＊12kwh／kg÷150kg＊0．3效率＝0．6kwh／kg。4．5小时油箱汽油耗尽。接近目前实验室的锂硫固态电池能量密度。

采用直接风冷，换热，电子涡轮等技术，效率提升为40％。整个增程系统不会超过100kg。得到增程系统的能量密度为1．2kwh／kg。远比最佳的锂硫固态电池要好。6小时汽油耗尽。

假定，电动车百公里时速，百公里耗电量为20kwh，电池组是20kwh。当平均车速超过100km／h时，消耗功率增加，电池内的电量得不到补充，假定耗电功率增加为原来的1．2倍。发电的电量完全用来驱动电机。5小时内电动车只能按照20kw功率驱动的最高速度行驶。如果巡航功率一直超20kw，电池电能得不到补充。电动车无法提速。

由此可知，电池组能量密度低，越少越好，增程发动机比功率越大越好，油箱储量根据续航不低于500km来选择。

最高发电机功率，适宜为大于或者等于百公里时速工况下的百公里电耗除以1小时。如选择偏小会导致电池电量耗尽车辆无法提速。

为了增加增程系统的能量密度，选用小功率发电机，就需要增加电池容量。比如40kwh电量，百里电耗20kwh，发电机功率10kw。会出现电池电量耗尽。车辆无法提速的情况。这个时候需要停车，让增程器发电补充电池组电量。

这样能量密度的增程系统，实现长续航。利用现有加油站的便利性，解决了充电难等问题。显然，更重要的一点是lightyear使用了现有成熟的技术。而锂硫固态电池还不懂猴年马月才开发出来。