德州學(xué)院汽車工程學(xué)院　　陳浩　于士軍

增程式純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)

德州學(xué)院汽車工程學(xué)院陳浩于士軍

為了綠色發(fā)展、節(jié)約能源的需要，各個(gè)國(guó)家陸續(xù)開展新能源汽車研究。本文提出一種增程式純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過引入增程器，有效提升電動(dòng)汽車的續(xù)航里程，通過仿真，證明方案可行。

增程式電動(dòng)汽車；增程器；動(dòng)力性能動(dòng)力系統(tǒng)

汽車能源的開發(fā)和環(huán)境污染問題備受關(guān)注，電動(dòng)汽車可以有效解決上述問題，但現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中存在著公共充電設(shè)施少、續(xù)航里程較短等問題，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車作為當(dāng)前一種過渡方案，能較好地降低油耗和污染物的排放，但混合動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，造價(jià)較高，工作時(shí)無法保持最佳狀態(tài)，而增程式純電動(dòng)汽車這一新理念電動(dòng)汽車正能解決這些問題。

1　增程器簡(jiǎn)介

增程器的組成：發(fā)電機(jī)、蓄電池、燃料電池等。

鑒于增程器自身的性能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，工作時(shí)要滿足以下要求：

（1）系統(tǒng)工作時(shí)要保持較長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定狀態(tài)，待機(jī)較長(zhǎng)時(shí)間后能夠迅速進(jìn)入工作狀態(tài)；

（2）對(duì)于工況比較單一的問題，需要優(yōu)化改進(jìn)工作點(diǎn)，提升工作效率。

2　動(dòng)力系統(tǒng)總體規(guī)劃

動(dòng)力系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　動(dòng)力系統(tǒng)組成

通常設(shè)定車輛整車性能指標(biāo)后再研究車輛動(dòng)力系統(tǒng)。雖然車輛整車性能里動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性與動(dòng)力系統(tǒng)相關(guān)，但是電動(dòng)汽車還需確定一次充電后可行駛的路程。一般采用測(cè)量最快速度、最大爬坡坡度等來測(cè)定車輛動(dòng)力性，通過測(cè)量車輛百里所用油量測(cè)定其經(jīng)濟(jì)性，通過測(cè)量車輛百公里污染物的排放量來測(cè)定排放性。

3　確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)

理想狀態(tài)下電機(jī)性能隨轉(zhuǎn)速的變化幅度如圖2所示。轉(zhuǎn)速在數(shù)值小于nb時(shí)轉(zhuǎn)矩一直為Tmax，在nb以上以Wb恒功率運(yùn)行。車速范圍寬、低速轉(zhuǎn)矩大兩個(gè)要求同時(shí)吻合了電機(jī)的輸出特性。綜上所述，需要確定的電機(jī)參數(shù)有最大功率、最高轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速等。在不同情況下車輛的受力條件和能量傳動(dòng)是不同的，根據(jù)這些來研究電機(jī)的參數(shù)。

圖2　電機(jī)特性圖

3.1確定電機(jī)的最大功率

3.2電機(jī)最高轉(zhuǎn)速

3.3校核加速時(shí)間

在加速時(shí)有恒定功率和恒定轉(zhuǎn)矩兩個(gè)過程。

4　選擇增程器

一般增程器選擇燃料電池或發(fā)電機(jī)。但為了減少燃油的消耗和污染物的排放，首選燃料電池或者蓄電池用作Range-Extender。

5　選擇儲(chǔ)能電池

純電動(dòng)條件下運(yùn)行時(shí)動(dòng)力來自儲(chǔ)能電池，研究中讓電池容量符合運(yùn)行路程和放電功率應(yīng)符合最大的規(guī)定。磷酸鐵鋰電池循環(huán)次數(shù)多，放電穩(wěn)定性較高，所以電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能電池首選磷酸鐵鋰電池。

6　增程器在動(dòng)力性上的仿真分析

根據(jù)上面選擇的電機(jī)和電池，通過Advisor和Matlab一起仿真，對(duì)增程式電動(dòng)汽車整車動(dòng)力性研究再進(jìn)一步做仿真研究。仿真研究時(shí)確定0.7作為電池SOC放電深度，跳動(dòng)幅度為0.95～0.25。仿真結(jié)果見圖3。

圖3　循環(huán)工況及仿真車速

圖3表明電動(dòng)汽車在參數(shù)特性上符合條件。表1為增程式電動(dòng)汽車動(dòng)力特性仿真研究結(jié)果，由此可以看出對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)研究符合在整車上特性的規(guī)定。

表1　仿真結(jié)果

圖4表明發(fā)電機(jī)在增程條件下轉(zhuǎn)速的特性，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速在3400r/min左右浮動(dòng)，而且輸出的功率基本沒有變化。增程器工作期間，NEDC的低速區(qū)域增程器向電機(jī)供電的同時(shí)也向電池充電，蓄電池SOC上升。在一定時(shí)間內(nèi)，增程器在輸出功率上無法供應(yīng)車輛的加速，所以蓄電池也開始向車輛送電，其SOC值呈略下降趨勢(shì)。由于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度也浮動(dòng)甚微，運(yùn)行在高效點(diǎn)上，仿真的消耗5.8 L燃油對(duì)應(yīng)行駛一百公里，和內(nèi)燃機(jī)汽車進(jìn)行比較，其燃油的經(jīng)濟(jì)性更好。

圖4　增程條件下轉(zhuǎn)速特性

增程式純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)主要參數(shù)的設(shè)計(jì)方法是從汽車的驅(qū)動(dòng)特性和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力性能著手，依據(jù)運(yùn)行路程以及整車動(dòng)力特性問題，從而在增程式純電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)時(shí)提高在動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)上的配合指數(shù)。從理論上計(jì)算，這種電動(dòng)汽車的最快速度、加速性能、續(xù)駛路程、爬坡時(shí)性能等指標(biāo)都符合預(yù)先的規(guī)定，證明了動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)以及配合指數(shù)的正確性。

［1］尹東曉，尤寅，宋珂.帶Range-Extender純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.北京汽車，2000.9.

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