Ist die erweiterte Reichweite eine rückständige Technologie?
Letzte Woche sagte Huawei Yu Chengdong in einem Interview: „Es ist Unsinn zu sagen, dass Fahrzeuge mit erweiterter Reichweite nicht fortschrittlich genug seien. Der Modus mit erweiterter Reichweite ist derzeit der am besten geeignete Modus für Fahrzeuge mit neuer Energie.“
Diese Aussage löste erneut eine hitzige Diskussion zwischen Industrie und Verbrauchern über die erweiterte Hybridtechnologie (im Folgenden „erweiterter Prozess“) aus. Mehrere Automobilkonzernchefs, darunter Ideal-CEO Li Xiang, Weima-CEO Shen Hui und WeiPai-CEO Li Ruifeng, äußerten sich dazu.
Li Ruifeng, CEO der Marke Wei, sprach direkt mit Yu Chengdong auf Weibo und sagte: „Es muss immer noch hart sein, Eisen herzustellen, und es besteht Branchenkonsens, dass die Hybridtechnologie zum Hinzufügen von Programmen rückständig ist.“ Darüber hinaus kaufte der CEO der Marke Wei sofort einen M5 zum Testen, was der Diskussion einen weiteren Hauch von Schießpulver hinzufügte.
Tatsächlich gab es vor dieser Diskussionswelle darüber, ob die Erhöhung rückwärts gerichtet sei, auch zwischen den Führungskräften von Ideal und Volkswagen eine hitzige Diskussion zu diesem Thema. Feng Sihan, CEO von Volkswagen China, sagte unverblümt: „Das Erhöhungsprogramm ist die schlechteste Lösung.“
Betrachtet man den inländischen Automarkt der letzten Jahre, so zeigt sich, dass Neuwagen in der Regel zwischen den Antriebsarten Reichweitenerhöhung und reiner Elektroantrieb wählen und selten auf Plug-in-Hybridantrieb setzen. Traditionelle Automobilhersteller hingegen bieten ihre neuen Energieprodukte entweder als reinen Elektroantrieb oder als Plug-in-Hybrid an und legen keinen Wert auf die Reichweitenerhöhung.
Da jedoch immer mehr Neuwagen auf den Markt kommen, die über ein System mit erweiterter Reichweite verfügen, und so beliebte Autos wie der Ideal One und der Enjie M5 auf den Markt kommen, wird die erweiterte Reichweite bei den Verbrauchern allmählich bekannter und ist heute auf dem Markt zu einer gängigen Hybridform geworden.
Der schnelle Anstieg der Reichweitensteigerung wird sich zwangsläufig auf die Verkaufszahlen von Benzin- und Hybridmodellen traditioneller Autohersteller auswirken, was die Wurzel des Streits zwischen den oben genannten traditionellen Autoherstellern und neu gebauten Autos ist.
Ist die erweiterte Reichweite also eine rückständige Technologie? Was ist der Unterschied zu Plug-in-Hybriden? Warum entscheiden sich Neuwagen für eine erweiterte Reichweite? Auf diese Fragen fand Che Dongxi nach eingehender Untersuchung der beiden technischen Ansätze einige Antworten.
1. Der erweiterte Bereich und das Plug-In-Mixing haben dieselbe Wurzel, und die erweiterte Bereichsstruktur ist einfacher
Bevor wir über erweiterte Reichweite und Plug-in-Hybrid sprechen, wollen wir zunächst diese beiden Antriebsformen vorstellen.
Gemäß dem nationalen Standarddokument „Terminologie für Elektrofahrzeuge“ (gb/t 19596-2017) werden Elektrofahrzeuge in reine Elektrofahrzeuge (nachfolgend als reine Elektrofahrzeuge bezeichnet) und Hybridelektrofahrzeuge (nachfolgend als Hybridelektrofahrzeuge bezeichnet) unterteilt.
Das Hybridfahrzeug kann je nach Leistungsstruktur in Serien-, Parallel- und Hybridfahrzeuge unterteilt werden. Dabei bedeutet Serientyp, dass die Antriebskraft des Fahrzeugs ausschließlich vom Motor kommt; Paralleltyp bedeutet, dass die Antriebskraft des Fahrzeugs gleichzeitig oder getrennt vom Motor und der Maschine bereitgestellt wird; Der Hybridtyp bezieht sich auf zwei Fahrmodi: Serien-/Parallelbetrieb gleichzeitig.
Der Range Extender ist ein serieller Hybrid. Der aus Motor und Generator bestehende Range Extender lädt die Batterie, und die Batterie treibt die Räder an, oder der Range Extender versorgt den Motor direkt mit Strom, um das Fahrzeug anzutreiben.
Das Konzept der Interpolation und Mischung ist jedoch relativ komplex. Bei Elektrofahrzeugen können Hybride je nach externer Ladekapazität auch in extern aufladbare Hybride und nicht extern aufladbare Hybride unterteilt werden.
Wie der Name schon sagt, handelt es sich, sofern ein Ladeanschluss vorhanden ist und extern aufgeladen werden kann, um einen extern aufladbaren Hybrid, der auch als „Plug-in-Hybrid“ bezeichnet werden kann. Nach diesem Klassifizierungsstandard ist die erweiterte Reichweite eine Art Interpolation und Mischung.
Ebenso verfügt der nicht extern aufladbare Hybrid über keinen Ladeanschluss und kann daher nicht extern aufgeladen werden. Die Batterie kann nur über den Motor, die Rückgewinnung kinetischer Energie und andere Methoden aufgeladen werden.
Derzeit unterscheidet sich der Hybridtyp jedoch hauptsächlich durch die Leistungsstruktur auf dem Markt. Das Plug-in-Hybridsystem ist derzeit ein Parallel- oder Hybrid-Hybridsystem. Im Vergleich zum erweiterten Bereich (Serientyp) kann der Plug-in-Hybridmotor (Hybrid) nicht nur elektrische Energie für Batterien und Motoren bereitstellen, sondern Fahrzeuge auch direkt über Hybridgetriebe (ECVT, DHT usw.) antreiben und eine gemeinsame Kraft mit dem Motor bilden, um Fahrzeuge anzutreiben.
Plug-in-Hybridsysteme wie das Great Wall Lemon Hybridsystem, das Geely Raytheon Hybridsystem und BYD DM-I sind allesamt Hybrid-Hybridsysteme.
Der Motor im Range Extender kann das Fahrzeug nicht direkt antreiben. Er muss über einen Generator Strom erzeugen, diesen in der Batterie speichern oder direkt an den Motor abgeben. Der Motor ist der einzige Abnehmer für die Antriebskraft des gesamten Fahrzeugs und versorgt das Fahrzeug mit Energie.
Daher sind die drei Hauptteile des Range-Extender-Systems – Range-Extender, Batterie und Motor – nicht mechanisch, sondern alle elektrisch verbunden, sodass die Gesamtstruktur relativ einfach ist. Die Struktur des Plug-in-Hybridsystems ist komplexer und erfordert eine Kopplung zwischen verschiedenen dynamischen Domänen durch mechanische Komponenten wie das Getriebe.
Generell weisen die meisten mechanischen Getriebekomponenten im Hybridsystem hohe technische Hürden, lange Anwendungszyklen und einen langen Patentpool auf. Es ist offensichtlich, dass neue Autos, die auf Geschwindigkeit aus sind, keine Zeit haben, mit den Gängen anzufangen.
Für traditionelle Unternehmen, die Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor herstellen, ist die mechanische Kraftübertragung jedoch eine ihrer Stärken, und sie verfügen über umfassende technische Erfahrung und Erfahrung in der Massenproduktion. Angesichts der bevorstehenden Elektrifizierung ist es für traditionelle Automobilunternehmen offensichtlich unmöglich, ihre jahrzehnte- oder gar jahrhundertelange Technologie aufzugeben und neu anzufangen.
Schließlich ist es schwierig, eine große Kehrtwende zu machen.
Daher ist eine einfachere Struktur mit erweiterter Reichweite zur besten Wahl für neue Fahrzeuge geworden, und Plug-in-Hybride, die nicht nur die Abwärme mechanischer Getriebe voll ausnutzen und den Energieverbrauch senken können, sind zur ersten Wahl für die Umstellung traditioneller Fahrzeugunternehmen geworden.
2. Die erweiterte Reichweite begann vor hundert Jahren, und die Motorbatterie war einst eine Schleppflasche
Nachdem der Unterschied zwischen Plug-in-Hybrid und erweiterter Reichweite geklärt wurde und warum bei Neuwagen im Allgemeinen eine erweiterte Reichweite gewählt wird, entscheiden sich traditionelle Automobilhersteller für Plug-in-Hybrid.
Bedeutet einfache Struktur also für den erweiterten Bereich Rückständigkeit?
Zunächst einmal ist die Reichweitenerweiterung zeitlich gesehen tatsächlich eine rückständige Technologie.
Die Geschichte der Reichweitenerhöhung lässt sich bis zum Ende des 19. Jahrhunderts zurückverfolgen, als Ferdinand Porsche, der Gründer von Porsche, das weltweit erste Serienhybridauto baute – Lohner Porsche.
Der Lohner Porsche ist ein Elektrofahrzeug. Zwei Radnabenmotoren an der Vorderachse sorgen für den Antrieb. Aufgrund der geringen Reichweite installierte Ferdinand Porsche jedoch zwei Generatoren, um die Reichweite des Fahrzeugs zu erhöhen. Dadurch entstand ein serielles Hybridsystem, das zum Vorläufer der Reichweitensteigerung wurde.
Warum hat sich die Technologie zur Reichweitenerweiterung nicht rasch weiterentwickelt, obwohl sie bereits seit über 120 Jahren existiert?
Erstens ist beim System mit erweiterter Reichweite der Motor die einzige Kraftquelle am Rad, und das Gerät mit erweiterter Reichweite kann als großer Solarladeschatz betrachtet werden. Ersteres nimmt fossile Brennstoffe auf und gibt elektrische Energie ab, während letzteres Solarenergie aufnimmt und elektrische Energie abgibt.
Daher besteht die wesentliche Funktion des Range Extenders darin, die Energieart umzuwandeln, indem zunächst die chemische Energie in fossilen Brennstoffen in elektrische Energie umgewandelt wird und dann die elektrische Energie durch den Motor in kinetische Energie umgewandelt wird.
Nach physikalischen Grundkenntnissen entsteht bei der Energieumwandlung zwangsläufig ein gewisser Verbrauch. Im gesamten System mit erweiterter Reichweite sind mindestens zwei Energieumwandlungen (chemische Energie, elektrische Energie, kinetische Energie) beteiligt, sodass die Energieeffizienz der erweiterten Reichweite relativ gering ist.
Im Zeitalter der rasanten Entwicklung von Kraftstofffahrzeugen konzentrieren sich traditionelle Automobilhersteller auf die Entwicklung von Motoren mit höherer Kraftstoffeffizienz und Getrieben mit höherer Übertragungseffizienz. Welches Unternehmen konnte damals den thermischen Wirkungsgrad des Motors um 1 % verbessern oder hätte damit auch nur annähernd den Nobelpreis gewonnen?
Aus diesem Grund wurde die Leistungsstruktur mit erweiterter Reichweite, die die Energieeffizienz nicht verbessern, sondern verringern kann, von vielen Automobilherstellern vernachlässigt und ignoriert.
Zweitens sind neben der geringen Energieeffizienz auch Motoren und Batterien zwei Hauptgründe, die die Entwicklung von Reichweitenerweiterungen einschränken.
Beim System mit erweiterter Reichweite ist der Motor die einzige Antriebsquelle für das Fahrzeug. Vor 20 bis 30 Jahren war die Technologie für Fahrzeugantriebsmotoren jedoch noch nicht ausgereift, die Kosten waren hoch, das Volumen relativ groß und die Leistung reichte nicht aus, um das Fahrzeug allein anzutreiben.
Damals war die Situation bei Batterien ähnlich wie bei Motoren. Weder die Energiedichte noch die Einzelkapazität waren mit der aktuellen Batterietechnologie vergleichbar. Für eine hohe Kapazität war ein größeres Volumen erforderlich, was höhere Kosten und ein höheres Fahrzeuggewicht mit sich brachte.
Stellen Sie sich vor, wenn Sie vor 30 Jahren ein Fahrzeug mit erweiterter Reichweite nach den drei elektrischen Indikatoren des Idealmodells zusammengebaut hätten, wären die Kosten sofort in die Höhe geschossen.
Die Reichweitenerhöhung wird jedoch vollständig vom Motor angetrieben, und der Motor bietet die Vorteile, dass er keine Drehmomenthysterese aufweist, leise ist usw. Bevor die Reichweitenerhöhung im Personenkraftwagenbereich populär wurde, wurde sie daher eher bei Fahrzeugen und Schiffen wie Panzern, riesigen Bergbaufahrzeugen und U-Booten eingesetzt, bei denen es nicht auf Kosten und Volumen ankommt und die höhere Anforderungen an Leistung, Geräuscharmut, sofortiges Drehmoment usw. stellen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der CEO von Wei Pai und Volkswagen die Reichweitenerhöhung als rückständige Technologie bezeichnet. Im Zeitalter boomender Benzinfahrzeuge ist eine Reichweitenerhöhung mit höheren Kosten und geringerer Effizienz tatsächlich eine rückständige Technologie. Volkswagen und Great Wall (Marke Wei) sind ebenfalls zwei Traditionsmarken, die im Benzinzeitalter groß geworden sind.
Die Zeit ist in der Gegenwart angekommen. Obwohl es grundsätzlich keinen qualitativen Unterschied zwischen der aktuellen Reichweitenverlängerungstechnologie und der Reichweitenverlängerungstechnologie vor über 100 Jahren gibt, handelt es sich bei der Stromerzeugung durch Generatoren mit erweiterter Reichweite und motorbetriebenen Fahrzeugen immer noch um eine „rückständige Technologie“.
Nach einem Jahrhundert ist die Technologie mit erweiterter Reichweite jedoch endlich angekommen. Mit der rasanten Entwicklung der Motor- und Batterietechnologie sind die ursprünglichen beiden Mops zu ihrer wichtigsten Wettbewerbsfähigkeit geworden, wodurch die Nachteile der erweiterten Reichweite im Kraftstoffzeitalter beseitigt und der Kraftstoffmarkt erobert wird.
3. Selektives Plug-In-Mischen unter städtischen Arbeitsbedingungen und Hochgeschwindigkeits-Arbeitsbedingungen mit erweiterter Reichweite
Für die Verbraucher ist es nicht wichtig, ob die erweiterte Reichweite eine rückständige Technologie ist, sondern welche kraftstoffsparender und komfortabler zu fahren ist.
Wie oben erwähnt, handelt es sich beim Range Extender um eine Reihenstruktur. Der Range Extender kann das Fahrzeug nicht direkt antreiben, die gesamte Leistung kommt vom Motor.
Dadurch bieten Fahrzeuge mit Reichweitenverlängerung ein ähnliches Fahrgefühl und ähnliche Fahreigenschaften wie reine Straßenbahnen. Auch hinsichtlich des Stromverbrauchs ist die Reichweitenverlängerung mit einem reinen Elektrofahrzeug vergleichbar: geringer Stromverbrauch im Stadtverkehr und hoher Stromverbrauch bei hoher Geschwindigkeit.
Da der Range Extender lediglich die Batterie lädt oder den Motor mit Strom versorgt, kann er die meiste Zeit in einem relativ sparsamen Geschwindigkeitsbereich gehalten werden. Selbst im rein elektrischen Vorrangmodus (wobei zunächst die Batterie verbraucht wird) kann der Range Extender nicht starten und verbraucht auch keinen Kraftstoff. Der Motor eines Benzinfahrzeugs kann jedoch nicht immer in einem festen Drehzahlbereich arbeiten. Zum Überholen und Beschleunigen muss die Geschwindigkeit erhöht werden, und im Stau steht der Motor lange im Leerlauf.
Daher ist der Energieverbrauch (Kraftstoffverbrauch) eines Fahrzeugs mit erweiterter Reichweite auf langsamen Stadtstraßen unter normalen Fahrbedingungen im Allgemeinen niedriger als der von Kraftstofffahrzeugen, die mit dem gleichen Hubraummotor ausgestattet sind.
Allerdings ist, wie bei reinem Strom, der Energieverbrauch bei hohen Geschwindigkeiten höher als bei niedrigen Geschwindigkeiten; im Gegensatz dazu ist der Energieverbrauch von Kraftstofffahrzeugen bei hohen Geschwindigkeiten niedriger als im Stadtverkehr.
Dies bedeutet, dass bei hohen Geschwindigkeiten der Energieverbrauch des Motors höher ist, die Batterieleistung schneller verbraucht wird und der Range Extender lange Zeit unter Volllast arbeiten muss. Darüber hinaus ist das Fahrzeuggewicht von Fahrzeugen mit erweiterter Reichweite bei gleicher Größe aufgrund der vorhandenen Batteriepakete im Allgemeinen größer als das von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor.
Kraftstofffahrzeuge profitieren von der Existenz des Getriebes. Bei hohen Geschwindigkeiten kann das Fahrzeug in einen höheren Gang schalten, sodass der Motor mit einer wirtschaftlichen Drehzahl läuft und der Energieverbrauch relativ geringer ist.
Daher ist der Energieverbrauch bei hoher Geschwindigkeit und erweiterter Reichweite im Allgemeinen fast derselbe wie bei Kraftstofffahrzeugen mit gleichem Hubraum oder sogar höher.
Nachdem wir über die Energieverbrauchseigenschaften von erweiterter Reichweite und Kraftstoff gesprochen haben: Gibt es eine Hybridtechnologie, die die Vorteile des Energieverbrauchs bei niedriger Geschwindigkeit von Fahrzeugen mit erweiterter Reichweite und des Energieverbrauchs bei niedriger Geschwindigkeit von Fahrzeugen mit Kraftstoff kombiniert und in einem größeren Geschwindigkeitsbereich einen sparsameren Energieverbrauch aufweist?
Die Antwort ist ja, das heißt, mischen Sie es.
Kurz gesagt: Das Plug-in-Hybridsystem ist komfortabler. Im Vergleich zum erweiterten Bereich kann das Fahrzeug bei hohen Geschwindigkeiten direkt vom Verbrennungsmotor angetrieben werden. Im Vergleich zum Kraftstoffverbrauch kann das Plug-in-Hybridsystem auch den erweiterten Bereich abdecken. Der Verbrennungsmotor versorgt den Elektromotor mit Energie und treibt das Fahrzeug an.
Darüber hinaus verfügt das Plug-in-Hybridsystem auch über Hybridgetriebe (ECVT, DHT), die eine „Integration“ der jeweiligen Leistung von Motor und Verbrennungsmotor ermöglichen, um schnelle Beschleunigungen oder hohe Leistungsanforderungen zu bewältigen.
Aber wie das Sprichwort sagt: Man kann nur etwas bekommen, wenn man es aufgibt.
Aufgrund des mechanischen Getriebemechanismus ist die Struktur des Plug-in-Hybrids komplexer und das Volumen vergleichsweise größer. Daher ist die Batteriekapazität von Plug-in-Hybrid- und Extended-Range-Modellen derselben Klasse größer als die von Plug-in-Hybrid-Modellen, was auch eine größere rein elektrische Reichweite ermöglicht. Bei ausschließlich innerstädtischem Pendelverkehr kann der Extended-Range-Hybrid sogar ohne Tankstopp aufgeladen werden.
Beispielsweise beträgt die Batteriekapazität des Idealmodells von 2021 40,5 kWh und die rein elektrische Dauerlaufleistung gemäß NEFZ beträgt 188 km. Die Batteriekapazität von Mercedes Benz gle 350 e (Plug-in-Hybridversion) und BMW X5 xdrive45e (Plug-in-Hybridversion) in ähnlicher Größe beträgt nur 31,2 kWh bzw. 24 kWh und die rein elektrische Dauerlaufleistung gemäß NEFZ beträgt nur 103 km bzw. 85 km.
Dass BYDs DM-I-Modell derzeit so beliebt ist, liegt vor allem daran, dass die Batteriekapazität des Vorgängermodells größer ist als die des alten DM-Modells und sogar die des vergleichbaren Modells mit erweiterter Reichweite übertrifft. Pendeln in der Stadt kann nur mit Strom und ohne Öl erfolgen, was die Kosten für die Autonutzung entsprechend senkt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Plug-in-Hybride (Hybriden) mit komplexerer Struktur bei neu gebauten Fahrzeugen nicht nur einen längeren Vorforschungs- und Entwicklungszyklus erfordern, sondern auch eine große Anzahl von Zuverlässigkeitstests des gesamten Plug-in-Hybridsystems, was offensichtlich nicht schnell genug geht.
Mit der rasanten Entwicklung der Batterie- und Motorentechnologie ist die Reichweitenerhöhung bei einfacherer Konstruktion zu einer „Abkürzung“ für Neuwagen geworden, die den schwierigsten Teil des Fahrzeugbaus, nämlich die Antriebstechnik, direkt umgeht.
Doch für die Energiewende wollen die traditionellen Automobilhersteller offensichtlich nicht auf die Antriebs-, Übertragungs- und anderen Systeme verzichten, in deren Forschung und Entwicklung sie viele Jahre Energie (menschliche und finanzielle Ressourcen) investiert haben, und dann bei Null anfangen.
Hybridtechnologie, wie etwa Plug-in-Hybride, die nicht nur die Abwärme von Fahrzeugkomponenten wie Motor und Getriebe optimal nutzen, sondern auch den Kraftstoffverbrauch erheblich senken können, ist bei traditionellen Fahrzeugherstellern im In- und Ausland zur gängigen Wahl geworden.
Ob Plug-in-Hybrid oder Extended Range – es handelt sich um eine Übergangslösung in der Engpassphase der aktuellen Batterietechnologie. Wenn die Probleme mit der Batteriereichweite und der Energienachladeeffizienz in Zukunft vollständig gelöst sind, wird der Kraftstoffverbrauch deutlich sinken. Hybridtechnologien wie Extended Range und Plug-in-Hybrid könnten zum Antriebsmodus einiger Sonderausstattungen werden.
Veröffentlichungszeit: 19. Juli 2022