顧名思義，增程式電動汽車是以提高純電動汽車的續駛里程為目的，在純電動汽車的基礎上增加增程器而成的。它的基本結構由增程器、動力電池、驅動電機及傳動系統組成，如圖6-7所示。增程器通常由發動機和發電機組成，當動力電池電量不足時，通過增程器發電為驅動電機提供電能。動力電池和驅動電機的類型與其他純電動汽車一致，動力電池電量充足時，為驅動電機提供電能。
通用公司的Volt增程式電動汽車結構如何？
美國通用公司的Volt增程式電動汽車于2010年7月在北美上市，是世界首款量產增程式汽車，基本結構如圖6-8所示。T型電池組包括增程器、主驅動電機、動力電池（內部含有220個電池，總重大約170千克，可提供16kW·h電量，如圖6-9所示）。增程器由1.4升汽油發動機和永磁直流發電機組成，如圖6-10所示。在Volt中，主驅動電機和發電機與行星齒輪機構集成設計，稱之為Voltec電力驅動系統，如圖6-11所示。兩臺電機通過行星齒輪機構驅動車輛。此外，Volt還包括3個離合器Cl、C2和C3。根據車輛不同的行駛模式，通過控制這些離合器使發電機處于不同的工作狀態。
通用公司的Volt增程式電動汽車是如何工作的？
Volt增程式電動汽車在動力系統方面，由一臺1.4升的阿特金森發動機、一臺發電機（可轉換成電動機）、一臺電動機這三個單元組成，它們通過一組行星齒輪與三個電控離合器連接，其中發動機通過離合器C3連接發電機，發電機通過離合器C2連接行星齒輪外齒圈，而電動機則剛性連接行星齒輪的太陽輪。離合器C1并不連接任何單元，用途是鎖止行星齒輪的外齒圈，而行星齒輪組中的行星架則剛性連接著輸出軸，傳動比例為7∶1。通過離合器的控制可以完成四種驅動模式的轉換，這四種工作模式分別為：低速單一電動機純電動行駛模式、高速雙電動機純電動行駛模式、低速單一電動機純燃油行駛模式、高速雙電動機純燃油行駛模式。具體而言，各工作狀態的動力系統參與模塊如下。
1）純電動工作模式一：低速單一電動機行駛模式。
在此模式中，離合器C1接合，C2和C3分離，行星齒輪齒圈鎖止。發動機處于關閉狀態，離合器C1鎖止行星齒輪外齒圈，離合器C2、C3都處于分離狀態，此時電池輸出電量至電動機驅動行星齒輪的太陽輪，由于行星齒輪的外齒圈鎖止，所以全部動力均輸出至行星架，通過行星架再輸出至輸出軸，最后到達車輪。發動機和發電機不工作，主驅動電機提供車輛所需的所有驅動力矩，如圖6-12所示。這是Volt增程式電動汽車最為重要的行駛模式，也是其區別于混合動力車型的要點。在該模式下，車輛只由主電機驅動，這時候的Volt增程式電動汽車是一臺不折不扣的電動汽車，在路況良好的情況下，電池的續航能力大約為80千米。
這種傳動方式非常簡單，由于沒有任何變速機構，所以車速與電動機的轉速有直接關系，當車輛達到較高時速時，電動機也只能被迫進入高轉速的低能效工況，這是目前電動車輛最頭疼的問題之一，所以工程師針對這種情況設計了高速雙電動機行駛模式。
2）純電動工作模式二：高速雙電動機行駛模式。
在此模式中，離合器C2接合，C1、C3分離。在該種工況下，發動機依然處于關閉狀態，系統會鎖止離合器C2，從而把發電機（可轉換成電動機）與行星齒輪的外齒圈連接，然后松開離合器C1，此時電子系統會把發電機轉換成小電動機，然后由電池組供電給電動機與小電動機（發電機轉換而成）分別驅動太陽輪以及外齒圈，以達到共同驅動行星架的目的。發電機變為電動機與主驅動電機共同為整車提供驅動力，這種方式提高了整個驅動系統的效率，能夠在車輛高速行駛時提供更多的行駛里程。為了應付高速巡航的需求，2臺電動機同時帶動車輛前進，如圖6-13所示。這樣的好處是讓單臺電動機的負荷減少，提高用電效率，減少用電量，增加航程。此時由于傳動比例的變化，電動機可以大幅度降低轉速，協同了小發電機一同工作又不用擔心改變齒數比后扭矩與功率的不足，在高速行駛模式下，該種工況可以比單一的電動機驅動工況讓Volt增程式電動汽車多行駛1.6～3.2千米。
3）純燃油工作模式一：低速單一電動機行駛模式。
當SOC低于預定閾值時，整車進入增程模式。在車速較低時，離合器C1、C3接合，C2分離。
此時發動機處于啟動狀態，這種工況就如同純電動模式下的單一電動機行駛模式，唯一的區別是鎖止的離合器C3連接了發動機與發電機，從而進行發電，產生的電量供給能源管理模塊后會再次供給電動機驅動整部車輛，如圖6-14所示。此模式下，只有主驅動電機提供整車行駛動力。發動機帶動發電機發電，維持電池SOC處于最小荷電狀態，待停車后使用電網為電池充電：增程器和動力電池共同為主驅動電機提供電能。這時候的車輛由主電機驅動，發電機只管為電池充電。這種模式只能用于電機中低負荷的運轉，畢竟發電量有限。
4）純燃油工作模式二：高速雙電動機行駛模式。
在此模式中，離合器C1分離，從而讓行星齒輪的外齒圈可以被驅動，待電動機轉速降低、發電機轉速上升之后，也可以說整個系統的轉速在行星齒輪組得到匹配之后，離合器C2、C3接合，進而把發動機、電動機都鎖止在外齒圈上，此時三個動力系統的單元都被剛性連接，均可以輸出動力到車輪，但此時電動機依然是主要的做工機構，發動機主要帶動發電機產生電能，以及輸出少量的動能到齒輪組驅動車輪，但由于整個行星齒輪組系統擁有配速功能，所以發動機的轉速與車輪轉速可以沒有直接關系。與混合動力汽車不同的是，如果沒有主電機參與驅動，發動機是不能直接驅動車輛的。這時候的發動機和電動機一起承擔了驅動車輛的任務，同時為電池充電，如圖6-15所示。
圖6-15 高速雙電動機純燃油行駛模式
該種模式主要應對純燃油模式在高速行駛時的工況，三個單元同時介入可以讓其比單一電動機工況能源效率提升10%～15%，這套系統雖然非常復雜，但是能夠獲得這樣的能源收益絕對稱得上是不錯的設計。
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