增程式电动汽车课件.pptx

1、增程式增程式电动汽车电动汽车第第7 7章章 7.1增程式电动汽车概念与分类增程式电动汽车概念与分类 7.1.1 7.1.1 增程式电动汽车概念增程式电动汽车概念根据2018年5月1日生效的GBT 195962017电动汽车术语规定，增程式电动汽车（Extended-Range Electric Vehicle,E-REV）是一种在纯电动模式下可以达到其所有动力性能，而当车载可充电储能系统无法满足续航里程要求时，打开车载辅助供电装置（增程器）为动力系统提供电能，以延长续航里程的电动汽车，且该车载辅助供电装置与驱动系统没有传动轴（带）等传动连接。发动机、发电机和发电机驱动控制装置共同组成了一个增程

2、器系统，增程器在功能上相当于一个车载充电系统，它是增程式电动汽车驱动系统的关键组件。发动机、发电机系统与驱动车轮在机械上是分离的，发动机的转速和转矩与车速和牵引转矩的需求无关，因此可控制发动机运行在最佳工况区，此时发动机的油耗和排放降到量低程度，可以实现最佳的发动机运行状态。7.1.2 7.1.2 增程器的分类增程器的分类 1.1.按布置位置分类按布置位置分类增程器包括发电装置和辅助能量存储装置，根据增程器与汽车的安装关系，即增程器的安装位置可以分为挂车式、插拔式和车载式三种。（1 1）挂车式增程器）挂车式增程器 挂车式增程器安装在拖车上，根据行驶距离的不同来决定是否用增程器，出行前需要对出行

3、距离做出预估，长距离行驶时需要拖挂增程器适时提供能量。(2)(2)插拔式增程器插拔式增程器 这种增程器需要将增程器系统模块，包控制器和DC/DC转换器集中在一起，做成一个方便拆卸的独立单元，在日常短途行驶时将增程器系统整体从车上拆下，长途行驶时，将增程器模块通过机械及电气接口与整车动力系统相连，增加续驶里程。(3)(3)车载车载式增程器式增程器 车载式增程器与纯电动汽车的动力系统固定在一起，结构形式简单，动力系统可以方便地实现结构布置，提高了整车的空间利用率。2 2按结按结构构组组成分成分类类 (1)(1)大容量蓄电大容量蓄电池增程器池增程器 大容量蓄电池增程器的优点是便于统一标准和规格，研发

4、周期短，成本低，容易实现量产。但是由于这种增程器基于传统的蓄电池，所以不可避免地存在能量密度较低、体积偏大、成本高等缺点。短距离行驶时的优势明显不足。(2)(2)燃料电燃料电池增程器池增程器 为了达到尽量避免使用燃油、实现零排放的目标，燃料电池增裎器成为一种新的选择。可以采用功率为5lOkW的小型燃料电池作为增程器，与车载主动力蓄电池协同工作，延长电动汽车的续驶里程，燃料电池增程器的动力结构如图所示。以用氢燃料电池的增程器为例，把燃料电池增程器分为电源及其管理系统、氢气系统、燃料电池及其控制系统三个模块。其中电源及其管理系统子模块主要由压力传感器、电压传感器、电流传感器、DCDC转换器、继电器

5、、控制器铝盒、控制器接插件集合而成。氢气系统子模块主要由氢瓶、氢传感器、氢气管路、减压阀集成。燃料电池及其控制系统子模块由电堆、电堆控制器、电池阀、单片检测接头、电堆输出端导线、燃料电池风扇DCDC组成，可以很方便地实现拆装。采用模块化布置法的氢燃料电池增程器系统整体结构如图所示。(3)(3)发动发动机机发电发电机机组组增程器增程器 发动机发电机组增程器可以采用多种发动机与发电机进行组合成为增程式系统，可供选择的发动机有传统的活塞式发动机、转子发动机、小型燃气轮机等。7.2 7.2 增程式电动汽车原理与特点增程式电动汽车原理与特点 7.2.1 7.2.1 增程式电动增程式电动汽汽车车原理原理在

6、结构上，增程式电动汽车是在纯电动汽车的基础上开发的电动汽车，增程器的布置对原有车辆的动力系统结构影响较小。之所以称之为增程式电动汽车是因为车辆追加了增程器。第一种工作模式为纯电动模式，如图所示的能量传递路线，与发动机和发电机无关，电池是唯一的动力源，这种工作模式与纯电动汽车一样，相当于一辆纯电动汽车。第二种工作模式为增程模式，能量传递路线如图所示。在电池的电达到预设的SOC最低值时，增程器系统启动，发动机运行在最佳的状况，使发电机发电，一部分用于驱动车辆行驶，多余的电量为蓄电池充电。7.2.2 7.2.2 增程式电动增程式电动汽汽车车的特点的特点 1.1.增程式电动汽车与纯电动汽车相比增程式电

7、动汽车与纯电动汽车相比增程式电动汽车最大的优点是行驶里程得到了很大提高，纯电动汽车由于完全使用价格高昂的动力蓄电池，附加成本高。增程式电动汽车可以随时在加油站加油，无需配备大容量的动力蓄电池，制造成本大幅降低。2.2.增程式电动汽车与插电式混合动力汽车比较增程式电动汽车与插电式混合动力汽车比较两者最大的区别在于，由于动力蓄电池容量的增大以及驱动系统设计的不同，增程式电动汽车在电能充足条件下行驶时发动机不参与工作。增程式电动汽车所使用的动力蓄电池、驱动电机以及动力系统的用电功率都必须以满足整车性能要求为目的而设计，车辆所搭载的动力蓄电池组及其容量也必须从能够满足纯电动汽车整车性能需要的角度考虑。

8、3.3.增程式电动汽车与混合动力汽车相比增程式电动汽车与混合动力汽车相比由于混合动力汽车采用了复杂的机械动力混合结构，发动机和电动机复合驱动，电池能量很小，只起到辅助驱动和制动能量回收的作用。增程式电动汽车能外接充电，尽可能利用晚间低谷电或午间驾乘人员的休整间隙充电，进一步提高了能源利用率。增程式电动汽车能够有效节约燃油利用率：由于发动机不是直接与机械系统相连；在电量保持模式下，主要由发动机驱动整车行驶；当车辆制动时，电池组能有效回收制动能量。4.4.增程式电动汽车的特点增程式电动汽车的特点 1）可减少整车对石油的依赖，缓解石油危机。2）在电池电量不足时，为了保证车辆性能和电池组的安全性，进入

9、电量保持模式，由动力蓄电池和发动机联合驱动整车行驶。3）整车纯电动续驶里程满足大部分人员每天行驶里程要求，缓解供电压力。4）整车大部分情况下在电量消耗模式下行驶，能达到零排放和低噪声的效果。5）发动机与机械系统不直接相连，发动机可工作于最佳效率点，大大提高整车燃油效率。7.3 7.3 增程式增程式电动电动汽汽车动车动力力传动传动系系统统参数匹配参数匹配 7.3.1 7.3.1 驱动电驱动电机的参数匹配机的参数匹配 驱动电机控制器能实现双向控制，以实现制动能量回收。驱动电机是增程式电动汽车行驶的动力源，增程式电动汽车要求驱动电机在爬坡或低速行驶时提供较大的转矩，在加速时提供较大的功率，同时需要比

10、较大的调速范围。驱动电动机的转矩（功率）-转速特性如图所示。需要确定的特性参数主要包括电动机的最高转速和额定转速、峰值功率和额定功率等。7.3.4 7.3.4 设计实例设计实例 增程式电动汽车的设计目标为：1）最高车速为120km/h；2）0100km/h加速时间为14s；3）最大爬坡度为30%；4）纯电动行驶里程：城市工况大于60km；90km/h续航里程大于60km；5）总续驶里程不小于300km。1 1驱动电动机参数驱动电动机参数 驱动电动机类型选择永磁同步电动机，峰值功率为103kW，额定功率为42kW，最高转速为7000r/min，额定转速为3000r/min，峰值转矩为328Nm，

11、额定转矩为134Nm。2 2蓄电池参数蓄电池参数 蓄电池类型选择磷酸铁锂电池，单体个数为90，额定电压为288V，容量为63Ah，SOC使用范围为30%100%，最大放电率为5C，最大充电率为3C。3 3增程器参数增程器参数发动机选择直列四缸汽油发动机，功率为43kW，转速为4000r/min，排量为1.3L。满足E-RFV增程续驶里程所需的油箱容积为14L。发电机选择永磁同步电动机，标定输出功率为32kW，标定工作转速为4000r/min，额定电压为288V。7.4 7.4 增程式电动汽车控制策略增程式电动汽车控制策略 7.4.17.4.1增程式电动汽车控制策略概述增程式电动汽车控制策略概述

12、 增程式电动汽车的控制策略是服务于车辆控制器的一种算法，车辆控制器接收来自于驾驶人的指令，并采集当前车辆行驶工况信息，以当前车辆状态作为反馈条件，如电池SOC值，并根据预设的算法指令，确定发动机/发电机组和动力蓄电池的能量分配关系，从而通过控制器来决定车辆的运行状态。7.4.2 7.4.2 增程式电动汽车控制策略要求增程式电动汽车控制策略要求增程式电动汽车的控制策略可以分为两部分，一部分与纯电动汽车一样为纯电动行驶时候的控制策略；另一部分是增程模式下的控制策略，此时的控制策略要最大限度地降低能量转化带来的能量损耗，在保证动力性的前提下，达到燃油经济性最佳的目标，提高能量利用率，同时兼顾蓄电池的

13、充放电和循环使用寿命，提高整车的工作效率。对增程式电动汽车控制策略的要求如下：1）纯电动模式和增程模式的切换控制要合理，充分利用蓄电池驱动，实现零排放。2）防止对蓄电池的过充电和过放电，避免频繁的充放电，延长蓄电池的使用寿命。3）在启动增程模式下运行后，发动机的启停控制要合理。4）发动机长期不用的时候，要设置蓄电池SOC值最低的时候也能运行的特殊控制模式，以使长期不用的发动机发电机组得到维护保养。7.4.3 7.4.3 增程模式下的两种控制策略增程模式下的两种控制策略 1 1恒功率控制策略恒功率控制策略 恒功率控制策略又称为单点控制策略，增程器启动后，发动机在预设的工作点按恒定功率输出，输出功

14、率不随工况的变化而变化，该作点可以是最佳功率点，也可以是保证动力性前提下的最低油耗点，工作点的选取应兼顾发动机的燃油消耗、功率及转速。2 2功率跟随控制策略功率跟随控制策略功率跟随控制策略分为发动机在三个功率点运行的三点功率跟随控制策略和发动机沿固定曲线段运行的曲线功率跟随控制策略。三点功率跟随控制策略，预先选定三个最优工作区域的发动机功率值，可以根据不同的工况环境及驾驶人驾驶意图来确定相应的工作点。7.4.4 7.4.4 增程式电动汽车控制策略设计增程式电动汽车控制策略设计 增程模式下的控制策略是将恒功率定点控制策略和最佳燃油消耗曲线的功率跟随控制策略结合起来使用，充分利用增程器和蓄电池的相对高效工作区域，当车辆行驶需求功率高于一定值的时候，采用功率跟随模式的控制策略，避免蓄电池的频繁启停和过放电；当车辆行驶需求功率较小时，则根据SOC值划分出不同的工作模式，比如恒功率模式、恒功率和功率跟随结合模式、优化算法模式和智能控制模式等。