1、增程式電動汽車第7章 7.1 增程式電動汽車概念與分類7.1.1 增程式電動汽車概念根據(jù)2018年5月1日生效的GBT 195962017電動汽車術(shù)語規(guī)定，增程式電動汽車（Extended-Range Electric Vehicle,E-REV）是一種在純電動模式下可以達(dá)到其所有動力性能，而當(dāng)車載可充電儲能系統(tǒng)無法滿足續(xù)航里程要求時，打開車載輔助供電裝置（增程器）為動力系統(tǒng)提供電能，以延長續(xù)航里程的電動汽車，且該車載輔助供電裝置與驅(qū)動系統(tǒng)沒有傳動軸（帶）等傳動連接。 發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)和發(fā)電機(jī)驅(qū)動控制裝置共同組成了一個增程器系統(tǒng)，增程器在功能上相當(dāng)于一個車載充電系統(tǒng)，它是增程式電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的

2、關(guān)鍵組件。發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)與驅(qū)動車輪在機(jī)械上是分離的，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩與車速和牽引轉(zhuǎn)矩的需求無關(guān)，因此可控制發(fā)動機(jī)運(yùn)行在最佳工況區(qū)，此時發(fā)動機(jī)的油耗和排放降到量低程度，可以實(shí)現(xiàn)最佳的發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。7.1.2 增程器的分類1.按布置位置分類增程器包括發(fā)電裝置和輔助能量存儲裝置，根據(jù)增程器與汽車的安裝關(guān)系，即增程器的安裝位置可以分為掛車式、插拔式和車載式三種。（1）掛車式增程器 掛車式增程器安裝在拖車上，根據(jù)行駛距離的不同來決定是否用增程器，出行前需要對出行距離做出預(yù)估，長距離行駛時需要拖掛增程器適時提供能量。(2)插拔式增程器 這種增程器需要將增程器系統(tǒng)模塊，包控制器和DC/DC轉(zhuǎn)換器集中

3、在一起，做成一個方便拆卸的獨(dú)立單元，在日常短途行駛時將增程器系統(tǒng)整體從車上拆下，長途行駛時，將增程器模塊通過機(jī)械及電氣接口與整車動力系統(tǒng)相連，增加續(xù)駛里程。 (3)車載式增程器 車載式增程器與純電動汽車的動力系統(tǒng)固定在一起，結(jié)構(gòu)形式簡單，動力系統(tǒng)可以方便地實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)布置，提高了整車的空間利用率。2按結(jié)構(gòu)組成分類 (1)大容量蓄電池增程器 大容量蓄電池增程器的優(yōu)點(diǎn)是便于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格，研發(fā)周期短，成本低，容易實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。但是由于這種增程器基于傳統(tǒng)的蓄電池，所以不可避免地存在能量密度較低、體積偏大、成本高等缺點(diǎn)。短距離行駛時的優(yōu)勢明顯不足。(2)燃料電池增程器 為了達(dá)到盡量避免使用燃油、實(shí)現(xiàn)零排放的目

4、標(biāo)，燃料電池增裎器成為一種新的選擇?？梢圆捎霉β蕿?lOkW的小型燃料電池作為增程器，與車載主動力蓄電池協(xié)同工作，延長電動汽車的續(xù)駛里程，燃料電池增程器的動力結(jié)構(gòu)如圖所示。以用氫燃料電池的增程器為例，把燃料電池增程器分為電源及其管理系統(tǒng)、氫氣系統(tǒng)、燃料電池及其控制系統(tǒng)三個模塊。其中電源及其管理系統(tǒng)子模塊主要由壓力傳感器、電壓傳感器、電流傳感器、DCDC轉(zhuǎn)換器、繼電器、控制器鋁盒、控制器接插件集合而成。氫氣系統(tǒng)子模塊主要由氫瓶、氫傳感器、氫氣管路、減壓閥集成。燃料電池及其控制系統(tǒng)子模塊由電堆、電堆控制器、電池閥、單片檢測接頭、電堆輸出端導(dǎo)線、燃料電池風(fēng)扇DCDC組成，可以很方便地實(shí)現(xiàn)拆裝。采用模

5、塊化布置法的氫燃料電池增程器系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖所示。 (3)發(fā)動機(jī)發(fā)電機(jī)組增程器 發(fā)動機(jī)發(fā)電機(jī)組增程器可以采用多種發(fā)動機(jī)與發(fā)電機(jī)進(jìn)行組合成為增程式系統(tǒng)，可供選擇的發(fā)動機(jī)有傳統(tǒng)的活塞式發(fā)動機(jī)、轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)、小型燃?xì)廨啓C(jī)等。7.2 增程式電動汽車原理與特點(diǎn)7.2.1 增程式電動汽車原理在結(jié)構(gòu)上，增程式電動汽車是在純電動汽車的基礎(chǔ)上開發(fā)的電動汽車，增程器的布置對原有車輛的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)影響較小。之所以稱之為增程式電動汽車是因?yàn)檐囕v追加了增程器。第一種工作模式為純電動模式，如圖所示的能量傳遞路線，與發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)無關(guān)，電池是唯一的動力源，這種工作模式與純電動汽車一樣，相當(dāng)于一輛純電動汽車。第二種工作模式為增

6、程模式，能量傳遞路線如圖所示。在電池的電達(dá)到預(yù)設(shè)的SOC最低值時，增程器系統(tǒng)啟動，發(fā)動機(jī)運(yùn)行在最佳的狀況，使發(fā)電機(jī)發(fā)電，一部分用于驅(qū)動車輛行駛，多余的電量為蓄電池充電。7.2.2 增程式電動汽車的特點(diǎn)1.增程式電動汽車與純電動汽車相比增程式電動汽車最大的優(yōu)點(diǎn)是行駛里程得到了很大提高，純電動汽車由于完全使用價格高昂的動力蓄電池，附加成本高。增程式電動汽車可以隨時在加油站加油，無需配備大容量的動力蓄電池，制造成本大幅降低。2.增程式電動汽車與插電式混合動力汽車比較兩者最大的區(qū)別在于，由于動力蓄電池容量的增大以及驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計的不同，增程式電動汽車在電能充足條件下行駛時發(fā)動機(jī)不參與工作。增程式電動汽車

7、所使用的動力蓄電池、驅(qū)動電機(jī)以及動力系統(tǒng)的用電功率都必須以滿足整車性能要求為目的而設(shè)計，車輛所搭載的動力蓄電池組及其容量也必須從能夠滿足純電動汽車整車性能需要的角度考慮。3.增程式電動汽車與混合動力汽車相比由于混合動力汽車采用了復(fù)雜的機(jī)械動力混合結(jié)構(gòu)，發(fā)動機(jī)和電動機(jī)復(fù)合驅(qū)動，電池能量很小，只起到輔助驅(qū)動和制動能量回收的作用。增程式電動汽車能外接充電，盡可能利用晚間低谷電或午間駕乘人員的休整間隙充電，進(jìn)一步提高了能源利用率。增程式電動汽車能夠有效節(jié)約燃油利用率：由于發(fā)動機(jī)不是直接與機(jī)械系統(tǒng)相連；在電量保持模式下，主要由發(fā)動機(jī)驅(qū)動整車行駛；當(dāng)車輛制動時，電池組能有效回收制動能量。 4.增程式電動汽

8、車的特點(diǎn) 1）可減少整車對石油的依賴，緩解石油危機(jī)。2）在電池電量不足時，為了保證車輛性能和電池組的安全性，進(jìn)入電量保持模式，由動力蓄電池和發(fā)動機(jī)聯(lián)合驅(qū)動整車行駛。3）整車純電動續(xù)駛里程滿足大部分人員每天行駛里程要求，緩解供電壓力。4）整車大部分情況下在電量消耗模式下行駛，能達(dá)到零排放和低噪聲的效果。5）發(fā)動機(jī)與機(jī)械系統(tǒng)不直接相連，發(fā)動機(jī)可工作于最佳效率點(diǎn)，大大提高整車燃油效率。7.3 增程式電動汽車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)匹配7.3.1 驅(qū)動電機(jī)的參數(shù)匹配 驅(qū)動電機(jī)控制器能實(shí)現(xiàn)雙向控制，以實(shí)現(xiàn)制動能量回收。 驅(qū)動電機(jī)是增程式電動汽車行駛的動力源，增程式電動汽車要求驅(qū)動電機(jī)在爬坡或低速行駛時提供較大的

9、轉(zhuǎn)矩，在加速時提供較大的功率，同時需要比較大的調(diào)速范圍。 驅(qū)動電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩（功率）-轉(zhuǎn)速特性如圖所示。需要確定的特性參數(shù)主要包括電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速、峰值功率和額定功率等。7.3.4 設(shè)計實(shí)例 增程式電動汽車的設(shè)計目標(biāo)為： 1）最高車速為120km/h； 2）0100km/h加速時間為14s； 3）最大爬坡度為30%； 4）純電動行駛里程：城市工況大于60km；90km/h續(xù)航里程大于60km； 5）總續(xù)駛里程不小于300km。1驅(qū)動電動機(jī)參數(shù) 驅(qū)動電動機(jī)類型選擇永磁同步電動機(jī)，峰值功率為103kW，額定功率為42kW，最高轉(zhuǎn)速為7000r/min，額定轉(zhuǎn)速為3000r/min，峰值轉(zhuǎn)矩

10、為328Nm，額定轉(zhuǎn)矩為134Nm。2蓄電池參數(shù) 蓄電池類型選擇磷酸鐵鋰電池，單體個數(shù)為90，額定電壓為288V，容量為63Ah，SOC使用范圍為30%100%，最大放電率為5C，最大充電率為3C。3增程器參數(shù)發(fā)動機(jī)選擇直列四缸汽油發(fā)動機(jī)，功率為43kW，轉(zhuǎn)速為4000r/min，排量為1.3L。滿足E-RFV增程續(xù)駛里程所需的油箱容積為14L。發(fā)電機(jī)選擇永磁同步電動機(jī)，標(biāo)定輸出功率為32kW，標(biāo)定工作轉(zhuǎn)速為4000r/min，額定電壓為288V。7.4 增程式電動汽車控制策略7.4.1增程式電動汽車控制策略概述增程式電動汽車的控制策略是服務(wù)于車輛控制器的一種算法，車輛控制器接收來自于駕駛?cè)说?/p>

11、指令，并采集當(dāng)前車輛行駛工況信息，以當(dāng)前車輛狀態(tài)作為反饋條件，如電池SOC值，并根據(jù)預(yù)設(shè)的算法指令，確定發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)組和動力蓄電池的能量分配關(guān)系，從而通過控制器來決定車輛的運(yùn)行狀態(tài)。7.4.2 增程式電動汽車控制策略要求增程式電動汽車的控制策略可以分為兩部分，一部分與純電動汽車一樣為純電動行駛時候的控制策略；另一部分是增程模式下的控制策略，此時的控制策略要最大限度地降低能量轉(zhuǎn)化帶來的能量損耗，在保證動力性的前提下，達(dá)到燃油經(jīng)濟(jì)性最佳的目標(biāo)，提高能量利用率，同時兼顧蓄電池的充放電和循環(huán)使用壽命，提高整車的工作效率。對增程式電動汽車控制策略的要求如下：1）純電動模式和增程模式的切換控制要合理，充

12、分利用蓄電池驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)零排放。2）防止對蓄電池的過充電和過放電，避免頻繁的充放電，延長蓄電池的使用壽命。3）在啟動增程模式下運(yùn)行后，發(fā)動機(jī)的啟?？刂埔侠?。4）發(fā)動機(jī)長期不用的時候，要設(shè)置蓄電池SOC值最低的時候也能運(yùn)行的特殊控制模式，以使長期不用的發(fā)動機(jī)發(fā)電機(jī)組得到維護(hù)保養(yǎng)。7.4.3 增程模式下的兩種控制策略 1恒功率控制策略恒功率控制策略又稱為單點(diǎn)控制策略，增程器啟動后，發(fā)動機(jī)在預(yù)設(shè)的工作點(diǎn)按恒定功率輸出，輸出功率不隨工況的變化而變化，該作點(diǎn)可以是最佳功率點(diǎn)，也可以是保證動力性前提下的最低油耗點(diǎn)，工作點(diǎn)的選取應(yīng)兼顧發(fā)動機(jī)的燃油消耗、功率及轉(zhuǎn)速。2功率跟隨控制策略功率跟隨控制策略分為發(fā)動機(jī)在三個功率點(diǎn)運(yùn)行的三點(diǎn)功率跟隨控制策略和發(fā)動機(jī)沿固定曲線段運(yùn)行的曲線功率跟隨控制策略。三點(diǎn)功率跟隨控制策略，預(yù)先選定三個最優(yōu)工作區(qū)域的發(fā)動機(jī)功率值，可以根據(jù)不同的工況環(huán)境及駕駛?cè)笋{駛意圖來確定相應(yīng)的工作點(diǎn)。7.4.4