第5章增程式電動(dòng)汽車(chē)-新能源汽車(chē)技術(shù)

第5章增程式電動(dòng)汽車(chē)主講：鄭竹安YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車(chē)技術(shù)YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車(chē)技術(shù)2第5章增程式電動(dòng)汽車(chē)5.1概述5.2增程式電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配5.3增程式電動(dòng)汽車(chē)控制策略5.4增程式電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)建模與仿真YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車(chē)技術(shù)3

5.1概述增程式電動(dòng)汽車(chē)是以電能為主要驅(qū)動(dòng)能源，發(fā)動(dòng)機(jī)為輔助動(dòng)力源的一種新型電動(dòng)汽車(chē)5.1.1增程式電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu)下圖為設(shè)計(jì)的一款增程式電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，其中粗線表示機(jī)械連接，細(xì)線表示電氣連接，虛線為CAN總線連接。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車(chē)技術(shù)45.1.1增程式電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu)YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車(chē)技術(shù)55.1.1增程式電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu)增程式電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)由電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、功率分配裝置、動(dòng)力電池等組成。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)及牽引力驅(qū)動(dòng)控制裝置組成，發(fā)動(dòng)機(jī)到驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)之間沒(méi)有機(jī)械連接，而是首先通過(guò)發(fā)電裝置，將燃油的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成三相交流電，然后發(fā)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器將交流電流轉(zhuǎn)化成直流，并通過(guò)發(fā)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制裝置到達(dá)功率分配裝置，根據(jù)工況需要做出牽引力驅(qū)動(dòng)控制的功率分配。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車(chē)技術(shù)65.1.1增程式電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電動(dòng)機(jī)和發(fā)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制裝置共同組成了一個(gè)增程器系統(tǒng)，增程器是增程式電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵組件，發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)車(chē)輪在機(jī)械上是分離的，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩與車(chē)速和牽引轉(zhuǎn)矩的需求無(wú)關(guān)，因此可控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在其轉(zhuǎn)速—轉(zhuǎn)矩平面上的任意點(diǎn)。通常應(yīng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)使其運(yùn)行在最佳工況區(qū)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗和排放降到最低程度，由于發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)車(chē)輪沒(méi)有機(jī)械連接，因此最佳的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)是可以實(shí)現(xiàn)的，與電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行模式和控制策略密切相關(guān)。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車(chē)技術(shù)75.1.2增程器的分類(lèi)1．按布置位置分類(lèi)根據(jù)增程器與汽車(chē)的安裝關(guān)系，分為掛車(chē)式、插拔式和車(chē)載式三種。2．按結(jié)構(gòu)組成分類(lèi)（1）大容量蓄電池增程器。（2）燃料電池增程器。（3）發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電動(dòng)機(jī)組增程器。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車(chē)技術(shù)85.1.3增程式電動(dòng)汽車(chē)原理第一種工作模式為純電動(dòng)模式，如圖5.4所示的能量傳遞路線，與發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電動(dòng)機(jī)無(wú)關(guān)，電池是唯一的動(dòng)力源，這種工作模式與純電動(dòng)汽車(chē)一樣，相當(dāng)于一輛純電動(dòng)汽車(chē)。不同之處是，增程式的純電動(dòng)行駛里程可以設(shè)置的相對(duì)較小，不必裝備大量的蓄電池組，電池的電量能夠滿足車(chē)輛起步、加速、爬坡、怠速，以及驅(qū)動(dòng)汽車(chē)空調(diào)等附件。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車(chē)技術(shù)95.1.3增程式電動(dòng)汽車(chē)原理第二種工作模式為增程模式，能量傳遞路線如圖5.5所示。在電池的電達(dá)到預(yù)設(shè)的SOC最低值時(shí)，增程器系統(tǒng)啟動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在最佳的狀況，使發(fā)電動(dòng)機(jī)發(fā)電，一部分用于驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛，多余的電量為蓄電池充電。增程模式的發(fā)動(dòng)機(jī)可以有多種工作方式，根據(jù)控制策略的不同，可以選擇發(fā)動(dòng)機(jī)恒功率模式、功率跟隨模式、恒功率與功率跟隨模式結(jié)合，此外有智能控制策略和優(yōu)化算法控制策略等復(fù)雜控制策模式。當(dāng)車(chē)輛停止的時(shí)候，可以利用市電為蓄電池充電。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車(chē)技術(shù)105.1.4增程式電動(dòng)汽車(chē)的特點(diǎn)增程式電動(dòng)汽車(chē)是一種可增加續(xù)駛里程的純電動(dòng)汽車(chē)，兼有混合動(dòng)力汽車(chē)和純電動(dòng)汽車(chē)的特征。增程式純電動(dòng)汽車(chē)的特點(diǎn)如下：（1）在電量消耗模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)不起動(dòng)，由動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)整車(chē)行駛，這樣可減少整車(chē)對(duì)石油的依賴(lài)，緩解石油危機(jī)；（2）在電池電量不足時(shí)，為了保證車(chē)輛性能和電池組的安全性，進(jìn)入電量保持模式，由動(dòng)力電池和發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)整車(chē)行駛；（3）整車(chē)純電動(dòng)續(xù)駛里程滿足大部分人員每天行駛里程要求，動(dòng)力電池可利用晚間低谷電力充電，緩解供電壓力；（4）整車(chē)大部分情況下在電量消耗模式下行駛，能達(dá)到零排放和低噪音的效果；（5）發(fā)動(dòng)機(jī)與機(jī)械系統(tǒng)不直接相連，發(fā)動(dòng)機(jī)可工作于最佳效率點(diǎn)，大大提高整車(chē)燃油效率。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車(chē)技術(shù)115.1.4增程式電動(dòng)汽車(chē)的特點(diǎn)鑒于增程器工作條件的特殊性，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的增程系統(tǒng)提出了以下的要求：（1）增程系統(tǒng)要穩(wěn)定可靠，可以立刻啟動(dòng)并進(jìn)入正常工作狀態(tài)。當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間不用的時(shí)候要定期開(kāi)啟發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，以使得各個(gè)部件得到良好的潤(rùn)滑和維護(hù)。（2）由于工況復(fù)雜，為了實(shí)現(xiàn)高效率和低排放的要求，要求系統(tǒng)處在最優(yōu)工作點(diǎn)工作，因此控制器非常關(guān)鍵，通過(guò)控制策略和優(yōu)化措施，在保證整車(chē)動(dòng)力性前提下提高經(jīng)濟(jì)性和效率。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車(chē)技術(shù)125.1.5增程式電動(dòng)汽車(chē)主要技術(shù)指標(biāo)YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車(chē)技術(shù)135.2增程式電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配增程式電動(dòng)汽車(chē)參數(shù)匹配的原則是根據(jù)整車(chē)動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和整車(chē)設(shè)計(jì)指標(biāo)（動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、續(xù)駛里程等），對(duì)整車(chē)動(dòng)力總成的參數(shù)進(jìn)行匹配。這里主要對(duì)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)、動(dòng)力電池的參數(shù)和增程器的參數(shù)進(jìn)行匹配。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車(chē)技術(shù)145.3增程式電動(dòng)汽車(chē)控制策略為使整個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中機(jī)械部件和電氣部件協(xié)調(diào)工作以及滿足增程式電動(dòng)汽車(chē)在不同工作模式下的切換，制定一個(gè)簡(jiǎn)潔高效的控制策略是非常重要的?；谠龀淌诫妱?dòng)汽車(chē)的結(jié)構(gòu)，將增程式電動(dòng)汽車(chē)的工作模式分為純電動(dòng)工作模式和增程工作模式，兩種工作模式的切換采用了基于邏輯門(mén)限值的控制策略。增程模式下采用將恒功率和功率跟隨控制策略結(jié)合起來(lái)的控制方法，在不同的工作模式下能分別體現(xiàn)出兩種控制方式的優(yōu)點(diǎn)。將增程模式工作區(qū)域劃分為6種工作狀態(tài)，與純電動(dòng)模式和制動(dòng)能量回收工作模式一起構(gòu)成8種工作模式。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車(chē)技術(shù)15YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車(chē)技術(shù)16YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車(chē)技術(shù)17YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車(chē)技術(shù)18YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車(chē)技術(shù)19YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車(chē)技術(shù)20YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車(chē)技術(shù)21YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車(chē)技術(shù)22YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車(chē)技術(shù)23YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車(chē)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