增程式電動汽車關(guān)鍵技術(shù)綜述

增程式電動汽車關(guān)鍵技術(shù)綜述摘要：近年來，我國汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，對社會經(jīng)濟發(fā)展起到了重大的推動作用，但隨著傳統(tǒng)動力汽車數(shù)量上的增加，汽車尾氣對環(huán)境變化起到了嚴重影響；同樣的汽車燃料消耗所帶來的能源危機也在日益凸顯。為解決日益嚴重的環(huán)境污染、能源危機問題，新能源增程式電動汽車應(yīng)運而生。增程式電動汽車作為新能源汽車類型之一，結(jié)合了傳統(tǒng)動力汽車、純電動汽車的技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)了傳統(tǒng)動力與電機的深度結(jié)合，是一種純電動驅(qū)動行駛的插電式串聯(lián)混合動力汽車，在中國法規(guī)、整車的支持下，近年來得到了大力推廣。其動力系統(tǒng)由動力電池系統(tǒng)、動力驅(qū)動系統(tǒng)，以及增程器系統(tǒng)和整車控制系統(tǒng)等組成。相較于純電動汽車，增程式電動汽車是一種能夠在全氣候、全路況下行駛且不必為蓄電池電力不足而擔(dān)憂的電動汽車，因增程式電動汽車可通過增程器專項優(yōu)化標定、整車控制策略研發(fā)實現(xiàn)了增程器運行工況點油耗最佳的目標；它在純電動工作模式下具有純電動汽車零排放、零污染等優(yōu)點；相較于傳統(tǒng)動力汽車，在增程工作模式下，增程器在選定的最佳油耗工況點進行運行，有效的降低了有害物、油耗的消耗。為更好的提高核心競爭力，增程式電動汽車系統(tǒng)中增程器臺架聯(lián)調(diào)試驗、策略研究、驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)匹配等成為不可缺少的驗證過程。關(guān)鍵詞：增程式電動汽車

參數(shù)匹配優(yōu)化標定

增程器一、增程式電動汽車概述增程式電動汽車是新能源汽車類型之一，是一種將新能源發(fā)電機與傳統(tǒng)動力連接串聯(lián)式混合動力汽車，也是在現(xiàn)有電池技術(shù)水平下，為調(diào)和純電動汽車續(xù)航里程、傳統(tǒng)動力汽車燃油及排放的解決方案。增程式電動汽車擁有純電動汽車電池、傳統(tǒng)動力汽車燃油油箱，解決了純電動汽車續(xù)航里程受電池容量限制的問題。同時通過控制策略的制定有效的將用油、用電的情況進行了徹底的區(qū)分，使得增程式電動汽車主要工作模式分為純電工作模式、增程工作模式，電池電能輸出是純電工況的主要能量；只有在電池電能較低無法正常輸出時，由發(fā)動機、發(fā)電機組成的增程器運行輸出電能，提供驅(qū)動所需能量，驅(qū)動整車行駛，提高續(xù)航里程。二、增程式電動汽車結(jié)構(gòu)與原理2.1、增程式電動汽車結(jié)構(gòu)動力電池系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、增程器和控制系統(tǒng)是增程器主要構(gòu)成的4個系統(tǒng)；驅(qū)動系統(tǒng)為增程式電動汽車提供動力，動力電池系統(tǒng)、增程器為驅(qū)動系統(tǒng)提供所需求的能量。而控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對整車不同系統(tǒng)的控制。由發(fā)動機與發(fā)電機組成的增程器不直接參與整車驅(qū)動，僅在動力電池?zé)o電能輸出后按前期控制策略制定的工況點進行定點或定線運行，啟動后發(fā)動機可在最佳燃油經(jīng)濟點或曲線上輸出功率和扭矩，相對于傳動動力汽車提高了燃油經(jīng)濟性。因動力電池系統(tǒng)的存在，增程器可由小排量發(fā)動機與發(fā)電機組成，相對于傳統(tǒng)動力汽車動力系統(tǒng)，發(fā)動機排量應(yīng)用范圍更廣；也因增程器可將燃油轉(zhuǎn)化為電能，相較于純電動汽車而言，動力電池系統(tǒng)可適當(dāng)減小，成本降幅明顯。增程器的應(yīng)用有效的采用了傳統(tǒng)動力、純電電動汽車的優(yōu)勢。同時因增程器的增加，增程式電動汽車的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，與傳統(tǒng)動力汽車、純電動汽車系統(tǒng)架構(gòu)不同，具有自己的特征。增程式電動汽車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖1所示：1并且不參與動力輸出，無法直接驅(qū)動整車，增程式電動汽車動力系統(tǒng)架構(gòu)示意圖參見如下，增程器作為，各個系統(tǒng)之間都通過CAN總線實現(xiàn)控制單元之間的信息傳遞和命令執(zhí)行，根據(jù)駕駛?cè)藛T實際的油門踏板踩踏深度或制動踏板踩踏深度獲取功率需求信息，控制器依據(jù)相應(yīng)信息實現(xiàn)控制。增程式電動汽車動力系統(tǒng)架構(gòu)如下，主要由驅(qū)動系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、動力電池系統(tǒng)、控制器、DC/DC轉(zhuǎn)換器等組成。驅(qū)動系統(tǒng)由驅(qū)動電機與減速機構(gòu)構(gòu)成、發(fā)電系統(tǒng)由發(fā)動機與發(fā)電機構(gòu)成，驅(qū)動系統(tǒng)與發(fā)電系統(tǒng)無能量首先利用動力電池是新能源汽車類型之一，是一種將新能源發(fā)電機與傳統(tǒng)動力連接串聯(lián)式混合動力汽車，也是在現(xiàn)有電池技術(shù)水平下，為調(diào)和純電動汽車續(xù)航里程、傳統(tǒng)動力汽車燃油及排放的解決方案。增程式電動汽車擁有純電動汽車電池、傳統(tǒng)動力汽車燃油油箱，解決了純電動汽車續(xù)航里程受電池容量限制的問題。同時通過控制策略的制定有效的將用油、用電的情況進行了徹底的區(qū)分，使得增程式電動汽車主要工作模式分為純電工作模式、增程工作模式，電池電能輸出是純電工況的主要能量；只有在電池電能較低無法正常輸出時，由發(fā)動機、發(fā)電機組成的增程器運行輸出電能，提供驅(qū)動所需能量，驅(qū)動整車行駛，提高續(xù)航里程。增程模式下發(fā)動機運行在最佳的燃油工況下，以降低發(fā)動機的排放及燃油消耗。圖1、節(jié)能汽車和新能源汽車分類其中插電式混合動力汽車（PHEV）、純電動汽車（BEV）、燃料電池電動汽車（FCEV）是國內(nèi)外新能源汽車三種常見的車型。具體特點如表1

表1新能源汽車三種常見車型的特點插電式混合動力（PHEV）純電動汽車（BEV）燃料電池汽車（FCV）驅(qū)動方式電機為主，內(nèi)燃機為輔（增程為純電驅(qū)動）電機驅(qū)動電機驅(qū)動能量系統(tǒng)內(nèi)燃機,蓄電池蓄電池燃料電池基礎(chǔ)設(shè)施充電站、加油站充電站氫氣站排放量較低排放量零排量零排放優(yōu)勢節(jié)能減排效果好，可加油，續(xù)航里程長、節(jié)能效果好能源效率高，節(jié)能效果好，續(xù)航里程長不足成本高，蓄電池技術(shù)待突破，需充電站等配套設(shè)施成本高，蓄電池技術(shù)待突破，續(xù)航里程有限，需充電站等配套設(shè)施、充電時間長成本高，技術(shù)尚不成熟商業(yè)化進程已規(guī)?；慨a(chǎn)已規(guī)模化量產(chǎn)仍處于研發(fā)階段成本較高高很高二、插電混合動力汽車分類插電式混合動力汽車是介于純電動汽車與燃油汽車兩者之間的一種新能源汽車，既有傳統(tǒng)汽車的內(nèi)燃機、傳動系統(tǒng)、油箱。也有純電動汽車的電動機、電池、控制器、充電接口；它綜合了純電動汽車和混合動力汽車的優(yōu)點，既可實現(xiàn)純電動、零排放行駛，也能通過混動模式利用內(nèi)燃機增加車輛的續(xù)駛里程。插電式混合動力汽車從內(nèi)燃機和電機的聯(lián)結(jié)方式和驅(qū)動特點，我們可以將混合動力汽車分為三大類型，串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)。

因各家設(shè)計理念和基本思路不同，開發(fā)出的新能源汽車混動系統(tǒng)構(gòu)型各有特點，主要分類如表2。表2混合動力汽車系統(tǒng)構(gòu)型主要分類類型系統(tǒng)構(gòu)型代表車型系統(tǒng)基本組件串聯(lián)增程式寶馬i3電動機x1，發(fā)電機x1日產(chǎn)e-Power非插電電動機x1，發(fā)電機x1，減速箱并聯(lián)P2連接奧迪A3/日產(chǎn)樓蘭等6DCT，電機x1，離合x1大眾途銳/奧迪A6等8AT，電機x1，離合x2P3連接比亞迪秦

DM

II6DCT，電機x1混聯(lián)P1/P3非功率分流i-MMD本田雅閣電機x2，離合x1四驅(qū)（前后電機）三菱歐藍德PHEV電機x3，離合x1小混聯(lián)南京依維柯電機x2，離合x1PS功率分流單模THS

III豐田普銳斯四代電機x2,行星排x2CHS吉利帝豪EC7電機x2，行星排x1.5，離合x2雙模Voltec二代通用邁銳寶電機x2，行星排x2，離合x2Voltec三代凱迪拉克電機x2，行星系x3，離合x5ActiveHybrid寶馬x6電機x2，行星系x3，離合x5三、幾種典型車型的混動系統(tǒng)構(gòu)型分析新能源汽車混動系統(tǒng)構(gòu)型直接關(guān)系到該車的運行模式、工作特點、控制策略，也體現(xiàn)了該車型的優(yōu)缺點，我們針對市場上幾款典型車型的混動系統(tǒng)構(gòu)型進行分析。1、寶馬i3增程版寶馬i3增程版是串聯(lián)插電式混合動力汽車典型的代表。該款車型主要基于寶馬i3純電動車型的基礎(chǔ)上增加了一臺擁有0.65L排量雙缸汽油發(fā)動機和低功率發(fā)電機的增程器，系統(tǒng)構(gòu)型及工作模式如圖1。圖1、寶馬i3增程版系統(tǒng)構(gòu)型及工作模式該構(gòu)型優(yōu)點：①串聯(lián)結(jié)構(gòu)簡單，內(nèi)燃機工作在最佳工況，燃燒充分，油耗低、排放??；②電池組小型化，成本和重量較低；③解決純電里程焦慮問題。缺點：①小排量汽油機功率輸出小，增程模式下不適合高速行駛。2、大眾途銳PHEV混動版大眾途銳PHEV混動版是一款并聯(lián)插電式混合動力汽車，搭載一套2.0T插電式混動系。采用8AT變速箱，配備高功率的電機。系統(tǒng)構(gòu)型及工作模式如圖2。圖2、大眾途銳PHEV混動版系統(tǒng)構(gòu)型及工作模式該構(gòu)型優(yōu)點：①并聯(lián)單電機相對混聯(lián)結(jié)構(gòu)簡單；②混動模式下動力強勁；③電池組小型化，成本和重量較低；缺點：①系統(tǒng)控制較復(fù)雜；②燃油經(jīng)濟性表現(xiàn)一般。3、本田雅閣混動版（i-MMD雙電機）本田雅閣混動版是一款混聯(lián)插電式混合動力汽車，搭載一臺2.0阿特金森循環(huán)自然吸氣式發(fā)動機。雙電機是其傳動系統(tǒng)的核心，由一臺驅(qū)動電機和一臺發(fā)電機組成，其中驅(qū)動電機負責(zé)為前車輪輸出動力；發(fā)電機則負責(zé)將從發(fā)動機以及動能回收系統(tǒng)得到的能量轉(zhuǎn)化為電能為電池組充電，整套系統(tǒng)由一套直聯(lián)式離合器控制，實際駕駛中根據(jù)整車控制策略可實現(xiàn)發(fā)動機適時參與驅(qū)動。在這套系統(tǒng)中本田主要是強化了電機效率，可以說是以電機驅(qū)動為主的新能源汽車。圖3、本田雅閣i-MMD雙電機混動版系統(tǒng)構(gòu)型及工作模式該構(gòu)型優(yōu)點：①制動能量回收高、②i-MMD驅(qū)動電機效率更高；缺點：①節(jié)油效果一般；②NVH稍差。4、三菱歐藍德PHEV混動版三菱歐藍德PHEV混動版采用了發(fā)動機+三電機混動系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)汽油版，內(nèi)燃機使用全新2.4L阿特金森循環(huán)自然吸氣發(fā)動機代替了原有的2.0L奧托循環(huán)自然吸氣發(fā)動機，采用平行軸雙電機及其減速箱實現(xiàn)前輪混合驅(qū)動，布置后驅(qū)動電機實現(xiàn)后輪驅(qū)動。在實際駕駛中根據(jù)整車控制策略實現(xiàn)四驅(qū)，兼顧動力性和經(jīng)濟性。圖4、三菱歐藍德PHEV混動版系統(tǒng)構(gòu)型及工作模式該構(gòu)型優(yōu)點：①四驅(qū)高速動力性良好；②。發(fā)動機參與驅(qū)動及轉(zhuǎn)化過程平順；缺點：①布置和控制策略復(fù)雜；②四驅(qū)，成本高。5、豐田普銳斯混合動力汽車(THS混動系統(tǒng)）豐田的THS混合動力系統(tǒng)從初代普銳斯開始，到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展至第四代THS-IV，其核心是通過行星齒輪組實現(xiàn)內(nèi)燃機與雙電機的機械連接，達到協(xié)同內(nèi)燃機與電機的動力輸出以及動能回收充電工作的協(xié)同匹配和自由轉(zhuǎn)換。在實際駕駛中主要控制A、B電機參與發(fā)電/驅(qū)動的程度，實現(xiàn)純油和混動模式之間切換是無級的，使發(fā)動機工作在最佳經(jīng)濟工況下，可以說是以發(fā)動機工作為主的新能源車。。圖5、豐田THS混合動力系統(tǒng)構(gòu)型及工作模式該構(gòu)型優(yōu)點：①行星輪結(jié)構(gòu)，三個動力源功率分流合理；②相對傳統(tǒng)車，整車節(jié)油效果好；缺點：①運算控制邏輯復(fù)雜；②非純電工況為主的運行策略。6、通用沃藍達混合動力汽車（Voltec混動系統(tǒng)）動力部分由一臺1.5L直噴發(fā)動機、一臺的主電機，一臺副電機以及一套點行星輪三離合器的減速結(jié)構(gòu)組成。,動力綜合參數(shù)可以達到2.0T發(fā)動機的水平，從實際工作模