李 琳，劉大亮，韋健林，林元則，胡紅星

（浙江吉利新能源商用車集團有限公司，浙江 杭州 0311200）

眾所周知，純電動汽車存在著充電時間長、續(xù)駛里程短、成本高等缺陷，為了彌補此類缺陷，各類型的混動技術(shù)相繼發(fā)展。其中串聯(lián)式混動技術(shù)，采用增程式技術(shù)，其由增程器為電池擴容解決續(xù)駛里程短的問題。

1 增程式電動汽車組成

增程式電動汽車主要由整車控制器、電機驅(qū)動系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、增程器系統(tǒng)等組成，如圖1所示。相比于純電動汽車，增加了增程器系統(tǒng)，利用增程器給電池擴容的方式解決了電池驅(qū)動的續(xù)駛能力問題。

圖1 增程式電動車動力系統(tǒng)組成

1.1 電機驅(qū)動系統(tǒng)

電機驅(qū)動系統(tǒng)是由驅(qū)動電機和電機控制器 （MCU）組成，但增程式汽車的驅(qū)動電機能量來源分別是電池和增程器，發(fā)電機將發(fā)動機發(fā)出的機械能轉(zhuǎn)化為電能，根據(jù)車輛工況將電能分配到驅(qū)動電機，多余的能量儲存于動力電池中。

1.2 電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)主要是由動力電池、電源管理系統(tǒng) （BMS）等組成，動力電池是整車驅(qū)動的主要能量源，是儲存能量的裝置，具有良好的充放電性能用以保證車輛的動力性和能量回收的能力。增程式汽車純電動模式的里程較短，動力電池容量要求比純電動車低，其充放電功率應(yīng)能夠滿足整車驅(qū)動及電器負載的功率要求。

1.3 增程器系統(tǒng)

發(fā)電機、發(fā)動機、發(fā)電機控制器 （GCU）、發(fā)動機控制器 （EMS）及增程器控制器 （PFCU）組成了增程器系統(tǒng)，增程器系統(tǒng)是增程式電動汽車動力系統(tǒng)的關(guān)鍵系統(tǒng)，增程器只提供電能，電能用來驅(qū)動電機或者為動力電池充電，增加電動汽車的續(xù)駛里程，電能直接用于驅(qū)動車輛，不經(jīng)過動力電池的充放電過程，降低了從增程器到動力電池的能量傳遞損失。

1.4 整車控制器

整車控制器 （VCU）是增程式電動汽車正常行駛的控制中樞，是整車控制系統(tǒng)的核心部件。整車控制器采集踏板等信號及CAN總線上電機電池發(fā)的數(shù)據(jù)，以獲取整車信息，判斷當(dāng)前整車狀態(tài)及駕駛員意圖，可以實時計算整車需求功率進行增程器的啟?？刂萍霸龀唐鞴β庶c的控制。

2 串聯(lián)增程式電動汽車原理

串聯(lián)增程式電動汽車，由發(fā)動機帶動發(fā)電機所產(chǎn)生的電能和動力電池輸出的電能，共同輸出到驅(qū)動電機來驅(qū)動汽車行駛，電力驅(qū)動是唯一的驅(qū)動模式。當(dāng)動力電池的荷電狀態(tài)SOC值低于預(yù)定值，發(fā)動機開始對動力電池進行充電，來延長續(xù)駛里程。另外動力電池系統(tǒng)還可以單獨向驅(qū)動電機提供電能來驅(qū)動電動汽車，環(huán)保、無污染。另外，發(fā)動機與驅(qū)動系統(tǒng)并沒有機械地連接在一起，這種方式可以很大程度地減少發(fā)動機受到車輛瞬態(tài)響應(yīng)，使得發(fā)動機進行最優(yōu)的噴油和點火控制，使其在最佳工況點附近工作。

基于增程式電動汽車的特殊運行模式，正常模式下由增程器為驅(qū)動電機提供驅(qū)動電能，多余的電量為電池充電，因此，增程模式下能量管理控制策略直接影響整車的動力性和經(jīng)濟性?，F(xiàn)階段，主要控制策略有：恒功率控制策略、功率跟隨控制策略、定點跟隨控制策略。

2.1 恒功率控制策略

恒功率控制策略又稱增程器功率單點輸出控制策略，選取增程器較為高效的功率點作為唯一的工作點，發(fā)動機在設(shè)定的工作點恒功率輸出，該工作點一般為最佳功率點或者最低油耗點，優(yōu)勢在于控制易于實現(xiàn)，增程器工況單一，油耗易于控制；且工作在低油耗或高效區(qū)可以提高經(jīng)濟性。劣勢在于增程器輸出功率無法根據(jù)整車工況調(diào)節(jié)，造成動力電池放電電流頻繁變化，使得電池經(jīng)常處于深度充放電循環(huán)狀態(tài)，影響電池壽命。

2.2 功率跟隨控制策略

增程器功率跟隨控制，即增程器在輸出功率范圍內(nèi)可以連續(xù)地改變增程器工作的功率值，根據(jù)整車工況與動力電池狀態(tài)，靈活輸出，避免對動力電池持續(xù)的充、放電過程，盡量避免能量轉(zhuǎn)換損失。其優(yōu)勢在于降低了能源間的二級轉(zhuǎn)化，經(jīng)電池釋放的能量少，相對能量轉(zhuǎn)換效率高，且避免持續(xù)大電流的充放電過程，減緩電池的衰減速度。此控制方式劣勢在于，需要增程器輸出功率范圍大，且對增程器響應(yīng)速度有較高要求，增程器工況變化頻繁，將影響部分油耗表現(xiàn)；發(fā)動機工作多區(qū)間變大，怠速時候發(fā)動機能量利用率較低。

2.3 多定點跟隨控制策略

增程器定功率點跟隨控制，即選取有限的幾個高效功率點，作為增程器輸出功率點，根據(jù)工況與動力電池狀態(tài)，輸出不同的功率。其優(yōu)勢在于，增程器工況相對穩(wěn)定，油耗易于控制；輸出功率可根據(jù)整車工況與電池狀態(tài)調(diào)整，可以保證能量轉(zhuǎn)換效率；可有效減少持續(xù)大電流充、放電，減緩電池衰減，有效避免了電池過放電，提高了動力電池的壽命和使用穩(wěn)定性。缺點在于行駛過程中，難以準確地識別駕駛工況，難以預(yù)估較為準確的整車需求功率。

3 增程式電動汽車控制策略

為緩解純電動行駛的續(xù)航里程焦慮，并滿足車輛的動力需求，整車控制器適時控制增程器的工作，通過判斷加速踏板信號和電池SOC值來判斷整車工況，從而將增程器開啟策略分為因經(jīng)濟性需求自動啟停策略、因動力性需求自動啟停策略。

3.1 增程器因經(jīng)濟性需求自動啟停策略

因經(jīng)濟性的需求開啟及關(guān)閉增程器的策略：預(yù)設(shè)多個增程器高效功率點，根據(jù)當(dāng)電池的計算荷電狀態(tài)判斷電池是否需要補充電能，并根據(jù)不同的實際荷電狀態(tài)確定不同的增程器工作點。示意圖見圖2，其中P0＞P1＞P2＞P3＞P4。

圖2 純電與增程模式切換示意圖

由于考慮到電池的老化狀態(tài)，所以在進行評估電池的計算荷電狀態(tài)時要考慮電池的健康值狀態(tài)。其計算公式如下：

SOE=SOC×（SOH-0．8）／（1-0．8）

式中：SOE——計算荷電狀態(tài)；SOC——電池荷電狀態(tài)；SOH——電池健康值。

根據(jù)計算荷電狀態(tài)的計算值，設(shè)定不同閾值具體SOE與目標(biāo)功率的選擇關(guān)系 （表1）得出的功率點。

表1 不同閾值具體SOE與目標(biāo)功率的選擇關(guān)系

其中S0＞S1＞S2＞S3＞S4。

對于首次上電，增程器開啟點：SOE＜S0%；關(guān)閉后開啟點：SOE＜S1%。

每個工作點，進入后必須工作60s以上才可切換到另一個工作點。同時考慮到電池可承受的能力，將通過上述獲得的功率點與BMS允許回饋功率和增程器允許最大放電功率的絕對值比較，取小值。增程器允許最大放電功率即

式中：Pmaxlimit——允許回饋功率限值；IBMS_chg——電池允許回饋電流；UBMS_Batt——電池當(dāng)前電壓值。

3.2 因動力性需求開啟增程器

因動力性的需求開啟及關(guān)閉增程器的策略：根據(jù)油門踏板等信息判斷駕駛意圖，判斷整車的需求功率是否有快速增加的趨勢，并決定是否會因動力性的需求開啟增程器。

對于動力性需求開啟增程器判斷的規(guī)則如下。

1）整車在正常模式下，當(dāng)油門踏板以5%／500ms（TBD）的速率超過80% （TBD）的BMS的最大功率限值，或連續(xù)3s穩(wěn)定在超過BMS的最大功率限值的需求功率點。

2）整車在經(jīng)濟模式下，當(dāng)油門踏板以8%／500ms（TBD）的速率超過90% （TBD）的BMS的最大功率限值，或連續(xù)4s穩(wěn)定在超過BMS的最大功率限值的需求功率點。

3）當(dāng)出現(xiàn)如上工況時，整車控制器先從轉(zhuǎn)速及油門踏板開度等查表得到需求扭矩，再通過如下公式計算出因動力性增加的功率需求。

式中：T——扭矩，Nm；P——功率，kW；n——轉(zhuǎn)速，r／min。

4）同時，計算出的目標(biāo)功率與前一刻的目標(biāo)功率做比較，若增大，則連續(xù)1s（TBD）滿足條件才允許將目標(biāo)功率加大，否則保持不變；若減小，則連續(xù)10s（TBD）滿足條件才允許將目標(biāo)功率減小，否則保持不變。

5）如上兩種需求開啟增程器及對應(yīng)功率點的設(shè)置，整車控制器會實時監(jiān)測電池荷電狀態(tài)及踏板開度，實時對兩部分需求下增程器功率進行相加，即

式中：Pre——增程器計算需求功率；Peco——因經(jīng)濟性開啟增程器功率點；Pauto——因動力性開啟增程器功率點。

6）最后，整車控制器選取當(dāng)前計算得到增程器計算需求功率與增程器預(yù)設(shè)的高效功率點中最大值即P0kW中較小值作為最終控制增程器工作的功率點。

4 結(jié)語與展望

本文針對串聯(lián)式增程汽車在不同工況下對增程器啟停及工作點控制策略。整車控制器判斷整車狀態(tài)，區(qū)分整車需求開啟增程器是因動力性需求還是經(jīng)濟性需求開啟，并且結(jié)合多定點跟隨控制策略，使得在行駛過程中，更加準確地識別駕駛工況和較為準確的整車需求功率，使得增程器工況相對穩(wěn)定，油耗易于控制；輸出功率可根據(jù)整車工況與電池狀態(tài)調(diào)整，可以保證能量轉(zhuǎn)換效率；可有效減少持續(xù)大電流充、放電，減緩電池衰減，有效避免了電池過放電，提高了動力電池的壽命和使用穩(wěn)定性。