增程式電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)綜述

增程式電動(dòng)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(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了重大的推動(dòng)作用，但隨著傳統(tǒng)動(dòng)力汽車數(shù)量上的增加，汽車尾氣對環(huán)境變化起到了嚴(yán)重影響；同樣的汽車燃料消耗所帶來的能源危機(jī)也在日益凸顯。為解決日益嚴(yán)重的環(huán)境污染、能源危機(jī)問題，新能源增程式電動(dòng)汽車應(yīng)運(yùn)而生。增程式電動(dòng)汽車作為新能源汽車類型之一，結(jié)合了傳統(tǒng)動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車的技術(shù)優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)動(dòng)力與電機(jī)的深度結(jié)合，是一種純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)行駛的插電式串聯(lián)混合動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)由動(dòng)力電池系統(tǒng)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)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(dòng)汽車，增程式電動(dòng)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(dòng)汽車，因增程式電動(dòng)汽車可通過增程器專項(xiàng)優(yōu)化標(biāo)定、整車控制策略研發(fā)實(shí)現(xiàn)了增程器運(yùn)行工況點(diǎn)油耗最佳的目標(biāo)；它在純電動(dòng)工作模式下具有純電動(dòng)汽車零排放、零污染等優(yōu)點(diǎn)；相較于傳統(tǒng)動(dòng)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(diǎn)進(jìn)行運(yùn)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(dòng)汽車系統(tǒng)中增程器臺(tái)架聯(lián)調(diào)試驗(yàn)、策略研究、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配等成為不可缺少的驗(yàn)證過程。關(guān)鍵詞：增程式電動(dòng)汽車

參數(shù)匹配優(yōu)化標(biāo)定

增程器一、增程式電動(dòng)汽車概述增程式電動(dòng)汽車是新能源汽車類型之一，是一種將新能源發(fā)電機(jī)與傳統(tǒng)動(dòng)力連接串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車，也是在現(xiàn)有電池技術(shù)水平下，為調(diào)和純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程、傳統(tǒng)動(dòng)力汽車燃油及排放的解決方案。增程式電動(dòng)汽車擁有純電動(dòng)汽車電池、傳統(tǒng)動(dòng)力汽車燃油油箱，解決了純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程受電池容量限制的問題。同時(shí)通過控制策略的制定有效的將用油、用電的情況進(jìn)行了徹底的區(qū)分，使得增程式電動(dòng)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(shí)，由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)組成的增程器運(yùn)行輸出電能，提供驅(qū)動(dòng)所需能量，驅(qū)動(dòng)整車行駛，提高續(xù)航里程。二、增程式電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)與原理2.1、增程式電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)動(dòng)力電池系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、增程器和控制系統(tǒng)是增程器主要構(gòu)成的4個(gè)系統(tǒng)；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為增程式電動(dòng)汽車提供動(dòng)力，動(dòng)力電池系統(tǒng)、增程器為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供所需求的能量。而控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對整車不同系統(tǒng)的控制。由發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)組成的增程器不直接參與整車驅(qū)動(dòng)，僅在動(dòng)力電池?zé)o電能輸出后按前期控制策略制定的工況點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)或定線運(yùn)行，啟動(dòng)后發(fā)動(dòng)機(jī)可在最佳燃油經(jīng)濟(jì)點(diǎn)或曲線上輸出功率和扭矩，相對于傳動(dòng)動(dòng)力汽車提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。因動(dòng)力電池系統(tǒng)的存在，增程器可由小排量發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)組成，相對于傳統(tǒng)動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)汽車而言，動(dòng)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(dòng)力、純電電動(dòng)汽車的優(yōu)勢。同時(shí)因增程器的增加，增程式電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，與傳統(tǒng)動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車系統(tǒng)架構(gòu)不同，具有自己的特征。增程式電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖1所示：1并且不參與動(dòng)力輸出，無法直接驅(qū)動(dòng)整車，增程式電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)架構(gòu)示意圖參見如下，增程器作為，各個(gè)系統(tǒng)之間都通過CAN總線實(shí)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(shí)際的油門踏板踩踏深度或制動(dòng)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(shí)現(xiàn)控制。增程式電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)架構(gòu)如下，主要由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、動(dòng)力電池系統(tǒng)、控制器、DC/DC轉(zhuǎn)換器等組成。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)與減速機(jī)構(gòu)構(gòu)成、發(fā)電系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與發(fā)電系統(tǒng)無能量首先利用動(dòng)力電池是新能源汽車類型之一，是一種將新能源發(fā)電機(jī)與傳統(tǒng)動(dòng)力連接串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車，也是在現(xiàn)有電池技術(shù)水平下，為調(diào)和純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程、傳統(tǒng)動(dòng)力汽車燃油及排放的解決方案。增程式電動(dòng)汽車擁有純電動(dòng)汽車電池、傳統(tǒng)動(dòng)力汽車燃油油箱，解決了純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程受電池容量限制的問題。同時(shí)通過控制策略的制定有效的將用油、用電的情況進(jìn)行了徹底的區(qū)分，使得增程式電動(dòng)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(shí)，由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)組成的增程器運(yùn)行輸出電能，提供驅(qū)動(dòng)所需能量，驅(qū)動(dòng)整車行駛，提高續(xù)航里程。增程模式下發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在最佳的燃油工況下，以降低發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)力汽車（PHEV）、純電動(dòng)汽車（BEV）、燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）是國內(nèi)外新能源汽車三種常見的車型。具體特點(diǎn)如表1

表1新能源汽車三種常見車型的特點(diǎn)插電式混合動(dòng)力（PHEV）純電動(dòng)汽車（BEV）燃料電池汽車（FCV）驅(qū)動(dòng)方式電機(jī)為主，內(nèi)燃機(jī)為輔（增程為純電驅(qū)動(dòng)）電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)能量系統(tǒng)內(nèi)燃機(jī),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(shí)間長成本高，技術(shù)尚不成熟商業(yè)化進(jìn)程已規(guī)?；慨a(chǎn)已規(guī)?；慨a(chǎn)仍處于研發(fā)階段成本較高高很高二、插電混合動(dòng)力汽車分類插電式混合動(dòng)力汽車是介于純電動(dòng)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(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、油箱。也有純電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)、電池、控制器、充電接口；它綜合了純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車的優(yōu)點(diǎn)，既可實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)、零排放行駛，也能通過混動(dòng)模式利用內(nèi)燃機(jī)增加車輛的續(xù)駛里程。插電式混合動(dòng)力汽車從內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)的聯(lián)結(jié)方式和驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)，我們可以將混合動(dòng)力汽車分為三大類型，串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)。

因各家設(shè)計(jì)理念和基本思路不同，開發(fā)出的新能源汽車混動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型各有特點(diǎn)，主要分類如表2。表2混合動(dòng)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(dòng)機(jī)x1，發(fā)電機(jī)x1日產(chǎn)e-Power非插電電動(dòng)機(jī)x1，發(fā)電機(jī)x1，減速箱并聯(lián)P2連接奧迪A3/日產(chǎn)樓蘭等6DCT，電機(jī)x1，離合x1大眾途銳/奧迪A6等8AT，電機(jī)x1，離合x2P3連接比亞迪秦

DM

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

III豐田普銳斯四代電機(jī)x2,行星排x2CHS吉利帝豪EC7電機(jī)x2，行星排x1.5，離合x2雙模Voltec二代通用邁銳寶電機(jī)x2，行星排x2，離合x2Voltec三代凱迪拉克電機(jī)x2，行星系x3，離合x5ActiveHybrid寶馬x6電機(jī)x2，行星系x3，離合x5三、幾種典型車型的混動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型分析新能源汽車混動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型直接關(guān)系到該車的運(yùn)行模式、工作特點(diǎn)、控制策略，也體現(xiàn)了該車型的優(yōu)缺點(diǎn)，我們針對市場上幾款典型車型的混動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型進(jìn)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(dòng)力汽車典型的代表。該款車型主要基于寶馬i3純電動(dòng)車型的基礎(chǔ)上增加了一臺(tái)擁有0.65L排量雙缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和低功率發(fā)電機(jī)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(diǎn)：①串聯(lián)結(jié)構(gòu)簡單，內(nèi)燃機(jī)工作在最佳工況，燃燒充分，油耗低、排放小；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(diǎn)：①小排量汽油機(jī)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(dòng)版大眾途銳PHEV混動(dòng)版是一款并聯(lián)插電式混合動(dòng)力汽車，搭載一套2.0T插電式混動(dòng)系。采用8AT變速箱，配備高功率的電機(jī)。系統(tǒng)構(gòu)型及工作模式如圖2。圖2、大眾途銳PHEV混動(dòng)版系統(tǒng)構(gòu)型及工作模式該構(gòu)型優(yōu)點(diǎn)：①并聯(lián)單電機(jī)相對混聯(lián)結(jié)構(gòu)簡單；②混動(dòng)模式下動(dòng)力強(qiáng)勁；③電池組小型化，成本和重量較低；缺點(diǎn)：①系統(tǒng)控制較復(fù)雜；②燃油經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)一般。3、本田雅閣混動(dòng)版（i-MMD雙電機(jī)）本田雅閣混動(dòng)版是一款混聯(lián)插電式混合動(dòng)力汽車，搭載一臺(tái)2.0阿特金森循環(huán)自然吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。雙電機(jī)是其傳動(dòng)系統(tǒng)的核心，由一臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和一臺(tái)發(fā)電機(jī)組成，其中驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)責(zé)為前車輪輸出動(dòng)力；發(fā)電機(jī)則負(fù)責(zé)將從發(fā)動(dòng)機(jī)以及動(dòng)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(shí)際駕駛中根據(jù)整車控制策略可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)適時(shí)參與驅(qū)動(dòng)。在這套系統(tǒng)中本田主要是強(qiáng)化了電機(jī)效率，可以說是以電機(jī)驅(qū)動(dòng)為主的新能源汽車。圖3、本田雅閣i-MMD雙電機(jī)混動(dòng)版系統(tǒng)構(gòu)型及工作模式該構(gòu)型優(yōu)點(diǎn)：①制動(dòng)能量回收高、②i-MMD驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率更高；缺點(diǎn)：①節(jié)油效果一般；②NVH稍差。4、三菱歐藍(lán)德PHEV混動(dòng)版三菱歐藍(lán)德PHEV混動(dòng)版采用了發(fā)動(dòng)機(jī)+三電機(jī)混動(dòng)系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)汽油版，內(nèi)燃機(jī)使用全新2.4L阿特金森循環(huán)自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)代替了原有的2.0L奧托循環(huán)自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，采用平行軸雙電機(jī)及其減速箱實(shí)現(xiàn)前輪混合驅(qū)動(dòng)，布置后驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)后輪驅(qū)動(dòng)。在實(shí)際駕駛中根據(jù)整車控制策略實(shí)現(xiàn)四驅(qū)，兼顧動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。圖4、三菱歐藍(lán)德PHEV混動(dòng)版系統(tǒng)構(gòu)型及工作模式該構(gòu)型優(yōu)點(diǎn)：①四驅(qū)高速動(dòng)力性良好；②。發(fā)動(dòng)機(jī)參與驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)化過程平順；缺點(diǎn)：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(dòng)力汽車(THS混動(dòng)系統(tǒng)）豐田的THS混合動(dòng)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(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)與雙電機(jī)的機(jī)械連接，達(dá)到協(xié)同內(nèi)燃機(jī)與電機(jī)的動(dòng)力輸出以及動(dòng)能回收充電工作的協(xié)同匹配和自由轉(zhuǎn)換。在實(shí)際駕駛中主要控制A、B電機(jī)參與發(fā)電/驅(qū)動(dòng)的程度，實(shí)現(xiàn)純油和混動(dòng)模式之間切換是無級的，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳經(jīng)濟(jì)工況下，可以說是以發(fā)動(dòng)機(jī)工作為主的新能源車。。圖5、豐田THS混合動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)型及工作模式該構(gòu)型優(yōu)點(diǎn)：①行星輪結(jié)構(gòu)，三個(gè)動(dòng)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(diǎn)：①運(yùn)算控制邏輯復(fù)雜；②非純電工況為主的運(yùn)行策略。6、通用沃藍(lán)達(dá)混合動(dòng)力汽車（Voltec混動(dòng)系統(tǒng)）動(dòng)力部分由一臺(tái)1.5L直噴發(fā)動(dòng)機(jī)、一臺(tái)的主電機(jī)，一臺(tái)副電機(jī)以及一套點(diǎn)行星輪三離合器的減速結(jié)構(gòu)組成。,動(dòng)力綜合參數(shù)可以達(dá)到2.0T發(fā)動(dòng)機(jī)的水平，從實(shí)際工作模