超级电容器未来能否代替锂电池？
来源：宝鄂实业
2019-03-19 11:07
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作为电动汽车的心脏，动力电池的发展一直都是消费者关注的焦点问题，毕竟电池容量的大小直接影响着续航里程的长短和电动汽车的发展，但是我们现在的锂电池因受材料特性的影响导致电池产业的止步不前。所以，寻找新的能源储存装置代替锂电池将是未来发展的必然趋势。于是我们便会想，为什么不用超级电容来做动力电池，它究竟能不能在未来代替锂电池呢？
所谓超级电容器，又称电化学电容器，是近年来越来越流行的一种储能系统。它可以被认为是类似于普通电容器和电池的混合体，但又不同于两者。就像电池一样，超级电容器也具有由电解质隔开的正极和负极。但是，与电池不同的是，超级电容器像电容器一样以静电的方式储存能量，而不是像电池那样以化学的方式储存能量。此外，超级电容器还拥有锂电池无可比拟的优点，比如它在很小的体积下能存储很大的电容量；循环使用寿命长，可以反复充放电数十万次；充放电时间短；超低温特性好；大电流放电能力强等。
如此看来，超级电容器才是作为电动汽车动力来源的最好办法。但是，凡事都有利有弊，目前想用超级电容普遍代替锂电池还是做不到的，因为目前生产超级电容在技术上还不完全，生产成本高。另外，其能量密度低，不能在单位体积内存储更多的能量。如果纯电动车改用超级电容，那整车就得装载更多体积的超级电容。再有一点就是其不耐高温，不能放置在潮湿的环境中，否则会影响正常工作，甚至损坏电池。
如果我们光从优点来看，超级电容绝对是新能源汽车电池的一个替代方案。但是它的缺点也制约着它在新能源汽车中的发展。但是，我们相信在不久的将来，我们会攻克超级电容带来的不足，届时新能源汽车的动力电池将会有新的突破。
增程式电动车究竟是什么？
简单点来说就是在原来的纯电车上增加了一个由发动机带动的发电机。在电池没电时，发动机会带动发电机供电给电动车以及电池，从而驱动车辆行驶，扩展车辆的续航里程，但发动机全程不直接驱动车辆。
从上图就可以看出，增程式电动车相比于纯电车，多了一个增程器（实际上就是发动机+发电机），相比混合动力车结构更简单。增程式电动车使用的是串联式结构，而混合动力车型会有串联/并联/混联多种样式的结构。
增程式电动车实际是纯电车的一种过渡性产品，在目前动力电池、充电桩、充电配套设施尚未成熟时可以有效提升纯电车的续航里程。但如果未来电池及充电配套成熟以后，增程式电动车的存在感也就会愈发淡薄。
同为增程式但细节大不同
本质上来看，增程式电动车的结构和原理并不复杂，但不同品牌在具体在技术细节上还是有不少的区别。
理想智造ONE在电池电量充足时，不会启动汽油增程器发电。只有在全力加速时才会启动增程器和电池共同为电机供电。在电池电量不足时，增程器就会启动发电驱动电机，并且在电量满足电机需求后将剩余电量储存到电池中。另外电池可以进行外部充电，并且在制动时可以回收电能。
日产在2017年推出了e-POWER增程式系统。整体的工作模式与理想智造ONE相似，只是在电量不足时，Note e-POWER的增程器发电不会直接驱动电机，而是会给电池供电，然后再由电池供电给驱动电机。但日产Note e-POWER由于电池容量十分小，因此并不需要插电来为电池充电，实际上相当于一台混合动力车，事实上日产也是拿它当混动车型来开发。
宝马i3
宝马i3更加简单，增程器只有电池电量不足时才会启动给电池供电，其他工况下增程器均不会启动发电。宝马对增程器的定位十分清晰，只为电量不足时提供电量服务，并不会像日产那样在全力输出时启动与电池共同供电。另外宝马i3需要外部电源插电给电池组充电。
三款车型参数对比理想智造ONE宝马i3日产Note e-POWER电机功率(kW) 24012540电池组容量(kWh)40.5331.5发动机排量(L)1.2L(涡轮增压)0.65L1.2L 从上表参数中也可以看出，不同厂商使用增程技术思路是完全不一样的。理想智造ONE与宝马i3增程型均使用大容量电池以及高功率电机，这样可以使用外部充电，使得车辆拥有良好的纯电续航表现。
而日产的Note e-POWER则使用较小容量的电池（甚至比丰田本田混动电池组容量更小），电机功率也不算大，所以Note e-POWER不需要使用插电给电池供电，直接使用发动机就可以维持运转，并且借助电池和电机可以使发动机维持在一个较经济的工作区间内。
别克VELITE 5
VELITE 5的ECVT电子变速器可以通过行星齿轮与离合的控制，实现纯电行驶、发动机驱动行驶。其中在电池电量不足后，发动机会通过功率分流参与驱动车辆，简单点来说就是发动机会通过行星齿轮直接驱动车辆，另外电机也会辅助参与工作。发动机在此时的工作并非一个汽油发电机，而是动力输出端。这就是为什么VELITE 5与普通增程式电动车不同的地方，在电池电量不足时，发动机工作时实际上车辆变成了一台混合动力车而非增程式。
VELITE 5实际具有5种工作模式，其中3种模式发动机均参与直接驱动车轮，具体的工作模式之前在《广义增程式 别克VELITE 5技术解析》中已经进行过详细介绍，有兴趣的朋友可以点击了解。
之前别克的工程师表示，VELITE 5这种发动机可以直接参与驱动的混动形式，虽然更类似于插电式混合动力(PHEV)，但是VELITE 5与PHEV的区别是VELITE 5是基于一辆电动车的角度去研发，发动机在纯电的情况下即便是地板油发动机都不会启动，而电量不足时发动机才会进去增程模式，拓展续航里程。从这角度去理解，也就明白为什么官方将其定义为增程式混合动力车。
四款车型增程模式油耗对比理想智造ONE宝马i3日产Note e-POWER别克VELITE 5发动机排量(L)1.2L(涡轮增压)0.65L1.2L1.5L综合油耗（L/100km）5(市区)10(高速)5.252.695.08 对比四个车在增程模式下的油耗表现，不难看出日产Note e-POWER油耗表现最为优秀，但这个车实际上是当做混动来开发的，所以比较特殊。而其余的三款车的油耗表现各有高低，理想智造ONE高速巡航时油耗偏高、宝马i3增程型综合油耗也是不太客观。剩下的别克VELITE 5表现尚好，馈电时油耗为5.08L/100km，之前我们对VELITE 5进行过馈电油耗实测，为5.8L/100km。
增程式车在增程模式下油耗并不完美，即便是海外车型同样如此。市区内路况因为发动机不受路况影响所以油耗表现较好，但在高速巡航时因为增程式多了一个转化电能的过程，能量消耗相比直接驱动车轮要高，所以在巡航时增程式油耗会比市区更高（别克VELITE 5增程模式发动机可以直接驱动车辆，所以其整体能效较高）。
增程式电动车还有大未来吗？
想知道增程式未来还有没有发展，那么我们就要去看看为什么增程式过去没有得到大的发展。因为在过去十年中其他新能源路线都得到了发展，唯独是增程式并没有进展，这其中自然是有一定缘故的。
上面已经说过增程式车型在增程模式下高速巡航时由于能效问题，油耗会偏高。而插电式混合动力系统即便是在巡航时发动机也可以通过电机辅助来调整工作点，最终市区与高速的油耗表现都较好，不会像增程式那般偏科。所以从这里可以看到增程式车型的一个问题，那就是整体的能效并不比插电式混合动力要优秀。
另外在成本方面，一般增程式车均会搭载大容量电池，毕竟其本质还是以电驱为主。这样相比插电式混合动力车的成本就会更高。能效以及成本综合下来，也就是为什么增程式技术路线目前没有得到大发展的原因。
此外作为增程式车除了要在电池方面进行优化以外，还需要调校发动机的输出，要保证发动机输出的功率既能满足电机需求，同时油耗消耗率也要平衡。做一个可以带动发电机的发动机很容易，但是要做好它并不简单，这不仅仅需要成本去研发，更需要时间以及行业的支持，而这方面并目前并没有形成规模，只有零星的供应商做过增程专用发动机。
海外不少零部件巨头都做过增程式发动机的研发，例如马勒、莲花、FEV，他们均研发过用于增程式车的小排量发动机，但由于车企没有推行这一技术路线，最终也只能成了技术积累。所以说增程式这个技术路线原理简单，但要最好也是很不容易，真的要做好就需要有持续的发展环境、有更多的供应商以及资源投入去拓展市场。就好像纯电车为什么这几年发展如此迅猛？因为车企以及供应商都发力去投入研发，这样大家一起做的市场才会有迅速的发展以及未来。
