盖瑞特技术谈：涡轮增压的电动化策略 ——2019上海车展热门技术前瞻

导言：汽车进化的“CASE”革命，又称“新四化”，指智能网联汽车(Connected Car)、自动驾驶(Autonomous Driving)、共享化(Sharing)，电动化(Electrification),势必成为2019上海车展最吸引眼球的创新技术主战场。

经过媒体的长期普及，新四化中的前三化都在消费者中已达成清晰的共识，但“汽车电动化（automotive electrification）”和一词之差的“电动汽车(electric vehicles)”，却让很多人混为一谈。

涡轮增压与电动增压技术的领导者盖瑞特将在上海车展上展出适用于燃油车、混合动力汽车和氢燃料汽车的全系列增压动力方案，为低碳社会和彻底零排放提供高性能、更可靠和高性价比的解决方案。盖瑞特卓越商务运营与战略高级副总裁Pierre Barthelet也发表署名文章，介绍盖瑞特眼中的汽车“电动化”动力解决方案和增压技术创造的价值。

一词之差大不同,电动汽车只是汽车电动化发展趋势下的一种选择

在汽车诞生的100多年来，对汽车或卡车中的发动机进行描述是件很简单的事情,例如发动机的气缸数V8、V6、直喷四缸，或用不同燃料（主要是柴油或汽油）。

然而今天，在“传统燃油车”之外，我们用一种全新的语言区分表示汽车的动力，例如EV（电动汽车）、BEV（纯电动汽车）、PHEV（插电式混合动力汽车）、以及各种混合动力汽车（轻混、中混、全混）和氢燃料电动汽车。通过下图，我们可以较为清晰的看到它们在中国市场的定义分类。

我们熟悉的发动机是内燃机，由于两种燃料的点燃方式不同––汽油火花塞和柴油压缩点火，因此汽油发动机和柴油发动机的结构略有不同。在超过65年的时间里，盖瑞特一直利用涡轮增压技术帮助汽车制造商提高发动机的功率和性能。近几十年来，要求提高燃料效率和减少排放的全球宏观策略使涡轮增压和发动机小型化几乎成为所有车型的最不牺牲性能且极具性价比的解决方案。在中国，节能汽车和新能源汽车是推行汽车“低碳化”的两大技术路线。

当主机厂将“电动化”谈论为新发展周期时，通常是通过以下两种技术方案一实现汽车的“低碳化”目标。第一种是将电力引入动力系统配置，在机械和电气系统之间创造混合动力，提升燃油经济性并降低排放水平。另一种则是（纯）电动汽车，用电池代替油箱，用电动机和逆变器（控制器）代替内燃机，在将碳排放转移到其他环节，不直接产生二氧化碳。

混动技术加速布局，电动增压大有可为

随着对燃油效率提升的研发深入，业内分析机构普遍认为电动化的混合动力系统代表了最大的增长机会。行业分析机构IHS预测，到2025年，全球轻型汽车产量预计将接近每年1.1亿辆。其中混合动力汽车将达到3300万辆，或在全球新车占比达到30%。 为了提升小型化发动机的动力表现，76%的混合动力汽车将使用涡轮增压技术。有趣的是，这一比例甚至高于涡轮增压在纯内燃机车辆的渗透比例！电动汽车的份额也将增加,但估计在5%-10%之间。

图片说明：汽车动力技术方案和涡轮增压占比

电动增压需求将持续增长

盖瑞特对正在形成的需求浪潮作出了预估，早在15年前就开始投资电动增压技术。混合动力汽车的内燃机若要达到最佳油耗表现，涡轮增压技术至关重要。

实际上，盖瑞特电动增压技术带来的功效倍增（bootstrapping）可以测算。主机厂（OEM）从再生制动系统回收的1kW电力，可利用它直接驱动车轮。或相反，将这1kW能量驱动电动涡轮增压器泵取更多空气注入引擎，同时增加喷油量，进而增大发动机动力输出。在实验室测试中显示，在此情况下，应用于电动涡轮增压器的1kW可在发动机曲轴上产生10kW以上的功率。（*参见下文注释）该技术可以进一步释放发动机潜能，帮助发动机输出更高的功率或实现发动机小型化。

图片说明：混合动力用电的两种效用： 1 Vs.10

为了进一步提升效用，盖瑞特开发了两款通过电机驱动增压系统的产品，可以减少高达10%的二氧化碳排放：

• 电动压缩机—电动压缩机是与传统涡轮增压器结合使用的独立装置。在传统涡轮增压器中，涡轮由源自汽车废气的能量驱动。当这种能量用于旋转涡轮时，其通过轴连接至另一端的压缩机轮，压缩机轮充当进气风扇将更多的压缩空气推入发动机中。

电动压缩机通过高速电机取代传统增压器进“热”空气的涡轮侧，用电机提高另一端压缩机轮的响应时间，以满足汽车行驶体验的需求，并提升燃油经济性和排放表现。电动压缩机可以通过新增的独立装置提供单一涡轮增压器无法做到的额外增压，并更精确地控制进气。

• 电动涡轮增压器—另一个解决方案是更完美的“合二为一”设计，将一台高速电机直接安装在涡轮增压器轴上，不再要额外设备。和电动压缩机一样，使用电力可以加速轴的转速，更加精确控制进气量，但它的整合还带来更大的额外效益。

将电机和涡轮增压器一体化集成，不仅降低系统复杂性和封装，而且将多余的废气能再转化成电能，用于电池充电或直接驱动车辆。这一能量回收技术将涡轮增压器的作用演变成在系统层级维持混合动力汽车动力系统的关键技术解决方案。该技术可进一步缩小电池尺寸，降低电池成本以及减少充电频率（甚至无需充电）。2021年，采用该技术的首位客户将在量产乘用车上使用包括由电动涡轮增压器、控制器和所需软件组成的盖瑞特综合解决方案。

真正零排放的电动汽车：氢燃料电动车

“道路千万条，环保第一条”。环保作为车辆出行的一个长期趋势，氢燃料电池车的潜力非常巨大。与将排放环节转移的纯电动汽车不同，氢燃料电池属于电化学电池，通过使用纯氢作为“燃料”，发电时得到两种产物：电和纯水。氢燃料（氢罐）可将能量储存起来（代替电池），在需要时进行能量形式转化。产生的电能驱动汽车中的电机运行，不产生任何排放。此外，与需要一定时间来充电的纯电动车不同，氢燃料电池汽车同现在的燃油车一样，备有一个燃料箱，你可在3到5分钟内补充液态氢。此外，它的体验也更接近燃油车，一次充满燃料可以行驶400至600公里。

燃料电池也必须呼吸空气，而盖瑞特已经在为主机厂带来了更加小尺寸和效率更高的技术解决方案。2016年，盖瑞特的两级电动压缩机搭载在本田Clarity燃料电池汽车，采用了包括超高速电动机和先进电子动力学等高新技术。正如盖瑞特始终以解决行业痛点为目标，提供差异化的技术方案，该系统还采用了差异化的技术设计，例如空气轴承应用，杜绝了压缩机中的任何油脂污染，也减低了燃料电池受污染的相关风险。

迄今为止，盖瑞特参与了10多个OEM项目，为氢燃料电池汽车开发电动压缩机。行业发展也需要政府支持。2020年，在中国对新能源汽车的财政补贴完全消失后，燃料电池汽车将成为唯一获得补贴的新能源汽车技术路线。

随着各国政府对氢能源的重视和加氢站等基础设施的投资计划，有效氢气供应的情况将迅速得到改善。中国已将氢能和燃料电池技术纳入政府的《“十三五”国家科技创新规划》，该规划旨在为中国的工业发展革命开发领先技术。

在中国,在商用车领域特别是氢燃料城市公交和城市物流车的规划和支持政策纷纷出台，为氢燃料汽车的正式商业化早日到来创造了有利条件。加氢站等基础设施也有了整体性的规划方案。

将“电动化”进行到底

展望未来，“盖瑞特——智行为来，炫动无限”将继续投资开发包括硬件和软件相结合的解决方案，提升车辆动力性能和系统表现，对客户有高度价值，并满足世界各地日益严格的排放法规。

盖瑞特世界一流技术解决方案正在推动混合电动化和燃料电池化的新时代。这些创新解决方案使我们的客户能够在车辆性能方面设定新基准，同时大大提高燃油效率和碳排放水平。盖瑞特将开展广泛技术合作，以探索在汽车和交通系统中应用混合动力和氢燃料等技术的机会，致力于帮助创造一个更加美好的环境。

*注：尽管燃烧更多燃料并不会直接提高效率，但发动机按需额外提供10kW功率的能力（这种情况罕见）允许设计小型发动机。这种小型发动机在工况道路循环加权的基础上，确实能够转化为可测量的燃料经济性提升。

（本文作者系盖瑞特战略高级副总裁 Pierre Barthelet）

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