近年来，世界范围内都在大力发展新能源汽车，特别是我国，挂着绿色车牌的电动汽车早已在大街上处处可见。虽然电动汽车行业在我国发展迅速，但这种新技术仍有待完善，人们在享受这种科技成果的同时，也为其旅程受限、充电不便等现实问题而烦恼。于是，增程电动技术应运而生。

    究竟何为增程电动技术，其具有什么特别优势，军事应用前景又如何？中国工程院院士、军事科学院首席特聘专家、防化研究院原研究员杨裕生为您深入解读。

    并联驱动，跳过热效率难关

    增程式电动车，顾名思义就是在纯电动车的基础上增加一台增程器，即由电池和发电机两种电源并联的纯电驱动车。增程器由一套小功率的内燃机、高性能发电机、控制器和变流装置共同组成，其发动机可以是传统的燃油内燃机，也可以是用天然气、醇燃料的内燃机或燃气轮机，还可以是用氢气的燃料电池。

    增程电动技术的工作原理并不复杂，以燃油发动机作为增程器的车辆为例，其有三种工作模式。模式一：内燃机工作带动发电机发电，发电机给电池充电，电池给电动机供电，电动机再来驱动车轮。模式二：内燃机带动发电机发电后，将电直接送到电动机，再由电动机驱动车轮。模式三：电池与发电机同时给电动机供电。其中的关键在于电池与发电机是并联关系，具体运行过程如下：当电池电量充足时，进入模式一，即整车驱动靠电池来供能；当电池电量低于一定的数值时，进入模式二，发电机直接给电动机供电，并同时给电池充电，当电量充到一定量，再进入模式一；当遇到陡坡或需紧急加速时，进入模式三，即由电池和发电机并联供能，此时可以提供的功率是两种电源功率之和。

增程电动原理示意图

    既然普通的燃油车可以直接烧燃料驱动，为什么还要增程式电动车先烧燃料，经过充电、发电，然后再驱动呢？是不是多此一举？

    答案显然是否定的。因为，增程式电动车的电池和发电机是并联关系，与相同体量的燃油车相比，可以节油50%以上。

    现行燃油车发动机的功率需要满足最高车速、最高坡度的行车需求，设计的发动机排量在大多数工况下过于富余，即俗称的“大马拉小车”，于是油耗高、重量大。增程式的电池和发电机并联，功率是两电源功率之和，于是发动机排量可以比相同体量燃油车减小一半，油耗相应节省。

    通过电池与发电机的并联驱动，发动机始终工作在热效率最高的转速。对于机械发动机来说，就是“输出多少机械功”与“燃烧多少燃料”之间的关系，这也是衡量发动机技术水平的一个重要数据。对于汽车常用的汽油发动机来说，想要降低油耗和排放，就只能不断提高它的热效率了。2000年前后，借助计算机辅助，汽车发动机开始采用电喷技术来精确控油，终于使得热效率突破30%的大关。但一直到今天，全球热效率最高的汽车发动机也不过41%。为什么发动机热效率普遍较低呢？因为发动机是一个把热能转换成动能的装置，燃料燃烧的总能量除了一小部分转化为机械能推动活塞运动之外，大部分都以热能的方式散失到外界。为此，人们通过种种技术手段试图提升发动机热效率。但传统往复活塞式发动机结构从发明至今已有一百多年的历史，经过不断优化，热效率的提升变得越来越困难。

    应该强调的是，这里所讨论的热效率特指“最大热效率”，也就是说一台发动机的热效率并不是一成不变，而是会随着工况变化而改变。燃油车发动机的实际热效率只能是不同行驶工况下高低不等的热效率的平均值，显然低于“最大热效率”。

    那么增程式电动车发动机的热效率如何呢？增程式电动车发动机是运行在恒定转速下的“最经济点”，不同行驶工况下高低不等的功率需求可由电池来均衡，即低速行驶时发电机发的电有余，多余的电就用来给电池充电；高速行驶时发电机发的电不够用，就由电池补给。于是增程式电动车发动机的“单点”热效率远高于燃油车的平均热效率。

    绿色环保，节能减排有绝招

    随着经济社会持续发展，我国机动车保有量基数越来越大，发展新能源电动汽车有利于构建清洁低碳、安全高效的能源体系，既是加快推动绿色低碳发展的重要举措之一，也是减少石油消耗、保证国家能源安全的必然要求。

    ——增程电动技术能解决纯电动汽车的“五大焦虑”。尽管我国新能源汽车行业发展迅速，但当前主流的纯电动汽车存在“五大焦虑”，即里程、安全、充电、电池、价格，这些问题已成为制约纯电动技术进一步发展的瓶颈。增程电动技术通过给电动汽车加装增程器，可以在电池亏电时，给电池充电或直接给驱动电机供电，且对电池容量要求不高，可以减轻车辆、降低成本，能够有效解决上述种种“焦虑”。

    ——增程电动技术能真正做到绿色环保。在电网能源主要来自自燃煤的情况下，表面节油但耗电高的长里程纯电动车并不能够真正做到节能减排。同样，有着纯电动和内燃机两套动力系统的插电式混合动力车，由于车辆重而导致耗能增高，也不能做到节能减排；同时不少人因为指标原因而购买，买去当燃油车使用，反而多用能源、增加排放。相反，增程电动技术没有动力的混合，不依赖外部充电，通过电控优化电池和发动机的并联互补，减少了冗余设计，简化了传动机构，能够有效提高能量利用效率，做到真正全过程计算的节能减排。

    ——增程电动技术具备节能减排“五大法宝”。他们是：①在电池的配合下，内燃机的排量减小一半；②内燃机转速处于最节能范围，热效率高；③当遇红灯或堵车时关闭发动机，内燃机处于“零”效率或低效率状态；④行驶期间车辆可以回收刹车和下坡的能量；⑤通过优化节能的电力电子控制，做到从动力系统到整车控制器的节能。

    ——增程电动技术在现实应用中成效明显。近年来，增程式电动车的发展呈井喷势头，其应用领域被不断拓展。在英国，自2018年以来先后有2500辆LEVC新一代TX5电动出租车投入使用，里程总数已经达到3380万公里，减少二氧化碳排放6800吨，减少氮氧化合物排放量99.5%，节约化石燃料约85万升，降低使用成本385万英镑。同年，RE500增程式厢式运输车在广州国际商用车展览会发布，作为一款城市物流车，续航里程可达500公里，综合节油30%。加拿大已经广泛使用增程式卡车，百公里油耗17升，实现减排70%。此技术应用于拖船，降低运营成本25%，实现减排70%；应用于海洋供给船，降低碳排放20%。

12米增程式客车

    综上所述，增程电动技术在乘用车、农用机械、船舶等各类运输领域都有着美好的应用前景，将有利于推动实现绿色出行。

    可靠高效，助力装备性能提升

    在未来战争中，无论是长距离奔袭还是高能量作战，能源都是最基本的需求。可以说，战场能源的高效利用是现代化军事能源变革的重要方向，而发展高效增程电动技术则是优化战场能源利用的重要途径，将为提升装备综合性能发挥重要作用。

    ——增程电动技术能满足军事装备特殊需求。从军事车辆、船舰等装备的特殊能源需求看，其主要包括四个方面，即：不断增长的动力需要；高效率、低油耗、长续驶里程；高隐蔽性、低红外特征；强适应性、强生存能力。增程电动技术的特质使其在被引入军用车辆后，可以很好的满足以上四个方面的军事需求：多元动力、分布式驱动确保了车辆动力分布均匀且充沛；驱动电机低速大扭矩的特性使得车辆加速更快；当使用电池供能时，车辆零排放、无黑烟，噪音和红外特征低，可以实现静默行驶；增程器可以发电供能，确保车辆长距离行驶。

    ——增程电动技术具有广阔的军事应用前景。由于与军队装备需求的高契合度，增程电动技术在军用动力系统、全电化装备发展等军事领域具有广阔的应用前景。比如：通过适当的增程式电源系统设计，能够有效解决传统燃油车辆“高原降功”的问题；通过开启纯电运行模式，能够提升装备的隐蔽性能；可作为战场供电节点，通过组建供电网络，改善野战电能供给的可靠性。此外，增程电动技术能源补给包括电网充电和燃油加注两类，由于保障方式灵活不会增大给养压力。

美军重型扩展式机动战术车辆（HEMTT）的混合动力版本HEMTTA3

    ——增程电动技术是外军军用车辆重点发展方向。近年来，众多军事强国纷纷将眼光投向了这项特色鲜明、产业需求强烈、发展潜力巨大的应用技术。以美军为例，在美国国防部和海军研究办公室的资助下，基于增程电动技术，美军开发了Shadow RST-V高机动多用途轮式车辆，可在纯电动模式下静音、无热痕迹行驶60公里，具有很强的隐蔽性，被认为将可能取代现有的军用高机动多用途轮式车辆。此外，美军重型扩展式机动战术车辆（HEMTT）的混合动力版本HEMTTA3通过采用增程式架构，由450hp柴油发动机驱动335kW发电机、电池和电容组成储能单元进行供电，每个车桥由一个105kw交流感应电机驱动，与传统车辆相比，HEMTTA3的燃油效率将提升24%—36%，平均车速可提高50%，百公里油耗降低30%，红外隐身效果提升显著。

    来源：中国军网 作者：邱景义、朱灏、邵龙飞 责任编辑：李佳琦