概述

在新能源汽车的众多技术中，串联式增程混合动力技术凭借其易于控制、结构简明、成本亲民以及节能环保等优点，受到了众多汽车制造商的青睐。这种技术的广泛应用，使得增程式车辆逐渐成为市场上备受用户喜爱的插入式混合动力（PHEV）车型。为了更深入地了解增程式动力系统，本文将从系统层面对其进行全面的剖析。

系统架构

增程式动力系统主要由内燃机（ICE）、启动/发电一体机（ISG）、发电机控制器（GCU）以及发动机控制系统（EMS）等核心部件构成。在这些部件中，发动机控制系统负责发动机的稳定运行，发电机控制器则负责管理ISG的工作状态。此外，增程动力系统的控制策略会因各企业的EEA（能量管理系统）而有所不同，这些策略可能被部署在EMS、GCU、VCU或动力域等不同位置，从而形成各种电气架构下的增程动力系统。

系统效率

增程器效率特性

在增程动力系统中，增程器的效率特性至关重要。通常，分布式增程器总成采用单质量飞轮、双质量飞轮或扭转减振器等部件将发动机与ISG电机轴间连接，以实现“共速”的结构。而为了减轻产品整体质量，集成式增程器则常采用“共轴”设计，即发动机与ISG电机共用同一根轴，从而取消了飞轮组件。这些设计选择都会直接影响系统的效率。
图2展示了分布式增程器的组成。由于增程器总成是由发动机与ISG电机连接而成的，而这两者各自具有独特的特性和转换效率，因此增程器的输出效率与它们密不可分。为了更具体地说明这一点，我们选取了一款产品的图示作为示例。例如，某发动机及ISG电机的效率MAP图如下：
图3展示了某发动机和ISG电机的效率MAP图。由于发动机与ISG电机的高效工作区间在转速和扭矩上存在差异，因此，在单纯的物理组合下，如果不进行产品效率区间的标定，以使二者的高效区间尽可能地重合，那么增程器产品的总体效率将会非常低。这也是过去“增程器”效率不佳的重要原因之一。

图4展示了未标定效率区间的增程器。接下来，我们将探讨如何提升其效率。其中，系统标定是关键环节。尽管增程器中包含内燃机，但其车载应用与传统内燃机有所不同。在增程器的工作过程中，内燃机并不直接参与整车的动力驱动，因此，其运行的转速和扭矩区间无需覆盖整个MAP，只需确保在高效区间内即可。这种优化使得增程应用的内燃机能够摆脱低效运行区域，进而在油耗等方面表现出色。同时，通过对照发动机的万有特性对ISG电机的效率区间进行标定，可以实现与发动机高效区间的更好重合，从而进一步提升增程器的输出效率。
图5展示了经过高效区间标定的增程器。通过调整ISG电机的效率区间，增程器的性能得到了显著提升，效率至少提升了一倍。然而，由于这款增程器所采用的发动机是经过传统发动机改制而来，因此其高效区间范围仍受到发动机万有特性的限制，难以进一步扩展。

2 专用发动机开发
为了更广泛地提升增程器的效率区间，专用发动机的开发变得尤为重要。例如，通过采用高压缩比、阿特金森循环、燃油直喷、废气再循环（EGR）以及优化冷却和润滑系统等技术手段，可以在某一较大转速和扭矩区间内显著提升发动机的效率。这是当前许多汽车制造商所采用的主流技术策略。

此外，水平对置发动机因其独特的结构设计，如重心低、体积小、平衡性好以及震动小等特点，使得该类型发动机在中低转速区间内具有出色的输出扭矩。这一特性恰好与增程器的应用需求相契合，从而使得增程器能够输出低损耗、低噪音的电能。

因此，在增程领域应用水平对置发动机，相较于常规直列发动机，可以进一步提高油电转换效率。例如，常规直列发动机应用的增程器油电转换率大约在8kw.h/L至2kw.h/L之间，而水平对置发动机应用的增程器则能达到5kw.h/L至8kw.h/L的水平，同时运行噪音也控制在约55分贝以内。

然而，目前水平对置发动机的高成本和偏磨等问题仍困扰着大多数汽车制造商。能够攻克这些技术难题并实现成本降低的企业寥寥无几。因此，基于水平对置发动机开发的增程器在车载领域的应用尚未形成大规模生产。

图6展示了水平对置增程器的应用。由于ISG电机的高效区间通常远高于内燃机，因此在增程器领域，发动机高效区的提升对整体效率的提升至关重要。然而，尽管增程器的优势明显，但其在实际应用中并未受到与传统内燃机相同的重视。这背后涉及诸多复杂因素，如技术导入成本、行业认知、企业文化等。尽管如此，增程器在油耗和效率方面的改进已不容忽视。

3 结构改进
增程器的输出功率与转速和扭矩紧密相关。在传统的方案中，发动机与ISG电机的转速保持一致，因此需要对两者的高效区进行精细匹配。进一步来说，增程器的输出功率主要受ISG电机（集成起动机和发电机）的转速与扭矩影响。提升ISG电机的转速是提高增程器输出功率的关键，这需要通过在发动机与ISG电机之间增加升速比齿轮来实现，使ISG电机能够达到比发动机更高的转速。

尽管这种结构改进简化了ISG电机效率区间的标定工作，但同时也带来了成本、工艺以及系统控制方面的挑战。因此，在权衡成本与应用之间的关系时，需要综合考虑各种因素。总的来说，增程器的效率提升是一个多方面的复杂问题，其中发动机与ISG电机的性能共同发挥着关键作用。
图7展示了增程器中发动机与ISG电机的关系。在传统的增程器设计中，发动机与ISG电机的转速保持一致，这限制了两者高效区的匹配。为了提升增程器的效率，需要改变这种设计，使ISG电机能够达到比发动机更高的转速。这可以通过在发动机与ISG电机之间增加升速比齿轮来实现，从而简化ISG电机效率区间的标定工作。然而，这种结构改进也带来了成本、工艺以及系统控制方面的挑战，需要在权衡成本与应用时综合考虑。总的来说，增程器的效率提升需要发动机与ISG电机共同优化，以实现整体性能的提升。