更省油，关于LY混动车增程系统发动机燃油效率的讨论

摘要：

A LY混动车的增程系统核心是小排量内燃发动机。其燃油热效率较低，但不会对LY混动车整体效率有决定性影响。

B 增程系统小排量发动机效率的提升，可再生燃料获得成本的降低。这两个方向将使得LY混动车更具竞争力

C LY混动车增程系统的STS（太阳能到服务人类生产生活solar to service）的有效效率更高。是符合能源发展规律的。

一直以来人们觉得，增程式电动车最没效率。增程式，混动车只是中间过度车型，纯电动车氢燃料才是未来发展方向。

这些似是而非、自以为是的观点阻碍了电动车设计。

为了用最通俗的方式说明这个话题，我们先确定一个观点。不管什么形态的交通能源，什么结构的车辆。判断其是否有竞争力，至少满足以下内容：

①从A 地点到B地点的转移能量

②经济成本。

③工程实现难易程度。

④单位能量转化为车辆移动能力的效率。

⑤补能方式。

⑥重中之重的安全。

本文从这六个方面去说明LY混动车的小排量发动机尽管燃油效率更低，但整体效率（即燃料转化为车辆移动能力的效率）却更高。LY结构混动车的增程式车辆结构优于大电池容量的电动车，氢能源汽车。

①②⑥这三个衡量标准在本文内暂时搁置。

从工程实现上说，氢能源高压低温，能源形态多次变换。氢能车辆，不管是燃料电池，还是氢能内燃机的或其他的形式。在作者看来都是没有优势。故本文直接忽略氢能量。

下面从电池车、传统燃油车、各种混动车这三个车辆形式去论述LY混动车才是有效率的。

在当前工程技术水平下，从A地点到B地点相同质量车辆转移需求能量是一定的。折算为电能设为y度：

y＝与能源转化无关质量消耗能量＋与能源转化有关质量消耗能量。

如车身结构，车上载荷，仪表，安全配置等等是与能源转化无关的，相对来说这一部分质量是固定，或相差无几的。这是一个稳定因子。

设y1＝能源转化相关质量消耗能量。先看清楚能量转化有关部件、则有电池车为电池、电机、电控、热控、减速箱、传动等等。燃油车为发动机、油箱、燃料、变速器、传动和机械控制等等。混动车的相关质量为电池车、燃油车的综合。

就实际情况而言，这些部件都是无法直接比较的，因为不是同类项。

为此，我们将电池车、燃油车、混动车抽象化。全部抽象为混动车。这个混动车含有两个储能部件 电池系统、油箱燃料系统。两个能量转换装置：电机系统、发动机系统，一个机械装置：变（减）速箱＋传动装置。总共是5个子系统。

这5个系统的总质量，及综合转换效率。

一种新的数学工程方法“区间流”。区间流工程数学方法可以定义为，1到n个同质因子，通过不同路径到达同一结果。每个路径对不同因子的影响不同，流动通过率是比例关系或特定数学关系，只有减弱，存储，或消耗作用。每个因子之间相互独立，但流动通过率可以相互影响。利用这些数学关系，求一个最优通过率、通过总量称为区间流工程数学方法。

利用区间流。优化混动车效率。如下图1。

图 1 电能、燃料车的综合区间流效率优化系统

这个区间流系统的输入是两个因子：电能、燃料。输出是车辆移动能量耗能。

我们优化的目标是5个系统的总质量最低，两个因子的综合转换效率最高。

图1的系统过程，每一个环节都能建立一个准确的数学表达，然后设定工况、通过计算机模拟方式计算出一个非常优化的解。图一还可以进一步简化为图2的抽象简化图。我们知道当混动能量整合输出匹配车辆能源需求时，混动车最为有效。举例说明，当车辆需求平均能量功率为14KW，我们使用15KWe的小型发电机用燃料发电，波动的能量需求由电池来平航。因燃料能量密度更高，我们将会得到最低5个系统总质量。

图 2 混动车能量流抽象简化图

这个优化过程是非常大工作量的。我试图使用简单数据证明，但缺乏可靠数据，并且计算量较大，半个多月也无法完成。即便使用数学方法表达出来，在自媒体上的读者估计没有几个人能看明白。

这样做法也没有必要。不只是因为这个计算，仿真过于复杂。而是因为实际工程中，是批次，逐个型号来选型的。确定了产品，就可以通过定向、定性地优化。

下面我们仍旧以比亚迪纯电元，和燃油版元为例说明LY混动车才是最有效的。

表 1 比亚迪元 纯电 燃油车型数据

更正：2017款 1．5L 自动酷炫互联型车自重1325KG。2017款 1．5L 自动酷炫时尚型车自重1395KG。2017款 1．5TID 自动运动版 1430KG。（不同车型重量差别还是挺大，但为了更好说明，我们必需设定除了这五个系统以外的车体质量是完全相同的。）

为了更好说明，我们将纯电与性能最好的2017款 1．5TID 自动运动版进行优化。

元EV535动力电池总成能量密度160Wh／kg。可以计算出，电池系统重量为约340KG。当纯电车型与燃油车型总质量相同，为1430KG时。电池重量为120KG。

有没有可能造成一个混动车使得车辆的有效能源密度最大呢？而且车辆自重还要低于纯电、燃油版？

混动车有很多分类，如电动机位置分为P0～P4，按电池燃油系统分串联、并联和混联，按能源占比分强－中－弱混动。

这些划分各有好处，这里只需要从部件自重这个角度去考虑。混动车的5个能源部件质量最低，就是最优的混动车。

因燃油的能量密度最大，我们必需要尽可以将燃油作为主要的能源。元EV535 百公里耗电13．5度。如果我们使用一个12KWe的增程系统。市面上的苏州达思灵12KWe的增程器（完整包含油箱、发电机、发动机）自重102KG。其中发电机和控制器重42KG。如果我们将元EV535原本的120KW动力或70kw，改为70KW电动机＋15KWe发电电动机。那么车辆动力性能更好，发电机功能上得到分时复用。增加了减掉发电电动机质量后增程系统质量为60KG，设LY混动车为1430仍有60KG用来增加电池组，电量为9．6度。

在这样的情况。LY混动车整体质量与燃油车相当。其续航里程已经超过了元EV535。

当然我们仍可以将LY混动车重量增加到纯电版1650KG。那么电池电容量为44度。足够形式330公里。LY混动车的增程系统，一直放在车上。在这样的配置情况下，LY混动车使用35L油箱，其综合续航也比50L的元燃油版续航高。超过850公里

上面我们从混动车的能量配置，及储能相关部件轻量化的角度说明。LY混动车的增程系统是有效率的。

接下来我们还需要从增程系统的热效率上去说明。即便增程发动机热效率低于传统燃油的热效率。但在LY混动车上，小排量发动机仍然有优势。

我们知道中国大部分国土在北回归线以北，也就是说会有寒冷的冬天。冬天车辆必须要取暖，大排量燃油车的余热，给车辆供暖已经超过了车辆需求，而小排量的LY混动车，可以通过控制发动机的启停。调节合适的供暖。在所有的热电联产中，热效率可以高达60％以上，也就是说小排量的LY混动车在这样的应用场景下。效率远高出传统燃油，高了将近一倍。

此外，大排量的燃油车较小排量增程发动机效率高，是近百年不断工程优化的结果。也许，未来数年，小排量发动机的热效率也会随着不断优化而达到当前燃油车的效果，并且小排量增程发动机工作工况更稳定。其效率超过传统燃油车是可以期待的。

至于，LY混动车发动机的燃料问题，有人会说，石油总会耗尽。LY混动车有可能将交通消耗的石油总量降低到15％以内，根据BP公司能源年报，已探明石油储量按2018年消耗量将会在41年耗尽，一旦石油消耗总量降低到2018年的15％，石油就足够使用250年以上。这还没算上储量数倍于常规石油的页岩油储量。而使用生物质为原料、太阳能为能量源的光液技术成熟，将解决太阳能的储能问题，并使得甲醇、二甲醚的生产成本大幅降低。燃料的来源有足够多的保证。

LY混动车增程系统的STS（太阳能到服务人类生产生活solar to service）的有效效率更高。这才是LY混动车的增程发动机最大的优势，其应用场景有，白天使用聚光光热加热导热油到400℃，并存储起来。夜晚使用增程发电机、增程发动机及甲醇200℃热重整得到一氧化碳、氢气复合气体。燃烧发电，其太阳能净发电效率可以非常高。而且只是利用了LY混动车的闲置时间，成本也是非常低廉的。

基于以上分析，可以得出一个结论，LY混动车即便在当前技术条件下，因其带来整车轻量化贡献高，可以进行余热利用等等优点，LY混动车增程发动机即便在较低热效率的情况下。仍比纯电动车、传统燃油车更有效率。

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