新能源增程式混合动力汽车应用研究

新能源增程式混合动力汽车应用研究

范向东 吴连贺

比亚迪汽车工业有限公司 深圳市坪山区 518118

摘要：近年来由于中国的经济社会不断的发展，我国的运输业、机动车生产业也都得到了迅猛的发展，基础的机动车不仅需要原料进行生产，还要耗费一定的石油等资源为行驶里程而转化能量，但是传统油耗既浪费资源又损害环境，进而人们开始研究电动供能汽车，本主要研究一种增程式混合动力汽车，这是一种介于纯电动汽车和插动式混动力汽车之间的一种过渡模式，具有很好的发展前景，并且其关键技术已经很成熟。

关键词：新能源；混合动力；汽车

1、混合动力汽车的发展概况 目前，中国发展混合动力汽车是发展纯动力汽车乃至燃料电池汽车的必经之路。短期内，混合动力汽车市场必然是各个车企竞争的高地。要真正发展好新能源汽车，需要国家政策的支持、技术研发的投入以及基础设施的完善和概念的推广，它对整个汽车行业增强国际市场竞争力有着战略性的意义。我国在国家高技术研究发展计划（863计划）中专门开列了包括混合动力汽车在内的电动汽车重大专项。目前，我国基本建立了常规混合动力汽车技术及产业化体系，研发了200款左右常规混合动力汽车产品。在常规混合动力客车方面，我国自主研发的常规混合动力客车也逐步被城市公交用户认可，产品技术创新水平和产业竞争力在逐步提高。

2、增程式电动汽车的动力系统结构与工作模式 增程式电动汽车动力系统结构动力电池系统、动力驱动系统、增程器和整车控制系统是增程式电动汽车动力系统的4大重要组成部分。动力电池系统为电机驱动系统提供动力的同时，也为增程器发动机的启动提供反拖电流；驱动系统为车辆提供动力输出，由电机控制器接受整车控制器的命令控制车辆行驶；小排量的发动机和与之直接相连的发电机组成增程器，通过将发电机的交流电整流成与动力电池电压相匹配的直流给动力电池充电;整车控制系统提供包括增程器的控制、驾驶员输入信息处理、各动力部件的协调控制等整车控制功能。与纯电动汽车相比，由于动力部件的增加，动力系统结构的改变，增程式电动汽车的动力部件选型具有自身的特殊性。与强混合动力汽车相比，动力藕合的减少，降低了控制系统的复杂度。但是，其频繁的电力转换，也使得效率有所降低。怎样选择合适动力部件类型并使用恰当的动力部件的参数，对保证系统动力性能，提升系统的经济性，对增程式电动汽车具有重要意义。传统增程系统的工作模式包括：（1）纯电动模式包括了纯电驱动和纯电驱动下的制动模式。该模式下车辆动力系统的能量全部由电池提供，动力电池输出功率与驱动系统功率需求一致。制动能量回馈时，电池工作在充电状态，吸收驱动电机回收的能量，动力电池充电功率等于制动回收功率。（2）增程模式其包括了增程启动模式，增程模式和增程模式下的制动能量回收。发动机启动模式为过渡模式，仍然由电机驱动车辆。增程模式下发电机发电为系统提供电力，需要合理考虑发动机发电能力，电池驱动和制动能量的合理分配。

3、新能源增程式混合动力汽车应用 3.1混合动力汽车 纯电动汽车存在的不足比较明显，这是纯电动车无法大范围普及的主要原因。随着环境保护日益受到重视，普通汽车的燃油损耗和尾气排放面临巨大压力。因此，厂家大力发展混合动力技术，通过电油两用的形式，降低发动机的油耗和排放。混合动力汽车就是由发动机或电动机驱动的车辆，通常能够在纯电动模式、纯油模式以及油电混合模式下工作。混合动力汽车有普通混合动力、插电式混合动力以及增程式混合动力三种形式。同时，电动机和发动机的相对布置形式又有几种变化，不同厂商的混合动力汽车性能也会有所差异，因此处较为复杂，本文仅对混合动力汽车的大分类进行解释，并请注意以下简称：纯电＝纯电动汽车、混动＝普通混合动力、增程＝增程式混合动力、插混＝插电式混合动力、燃料＝燃料电池汽车。

3.2増程器控制策略 増程器控制策略不仅影响到整车的经济性，而且对动力电池充放电特性也有较大影响。有效的増程器控制策略可以合理分配动力电池和増程器能量，在发挥两大系统的各自的性能优势的同时，最大限度的提升整车能量利用率，并保护动力电池。单点控制策略：电池SOC单独决定増程器启停，当SOC达到设定的门限值SOCmin时，増程器启动并定点工作，提供恒定输出功率。当SOC上升到设定的SOCmax时，増程器关闭，实现电量维持。两点控制策略：设定基准区间(SOCmin,SOCmax)为CS阶段动力电池工作区间，同时各设定5%的阈值区间，进行车辆行驶模式判定。根据整车轮边需求功率，选取増程器的工作功率为30kW和50kW，并根据SOC区间范围来调整増程器的工作状态，进行模式切换。当SOC达到SOCmin时，増程器开启并以30kW的功率工作；若SOC持续降低，为保证SOC平衡，増程器输出功率变为50kW，直至SOC达到设定上限SOCmax，然后増程器停止工作，车辆进入纯电模式。功率跟随控制策略：将发动机的万有特性MAP和ISG电机的效率MAP数据合成，得到增程器系统的工作效率MAP和最优能耗曲线。功率跟随区间定义为30kW-50kW内的最佳油耗曲线。 3.3动力系统能量流向与优化目标 Voltec增程系统的离合器控制装置，发电机(标示为MGA)控制装置和主牵引电机(标示为MGB)控制单元控制各自子系统和发送监控信息，他们被集成在一个控制器内并通过一个混合动力单元进行控制。动力可以通过齿圈传递到行星齿轮架。动力也可通过主牵引马达通过太阳齿轮进入行星齿轮架。动力通过与行星齿轮架相连的传动轴向外输出，并通过2.16减速比的齿轮减速装置被传送到轮子上。输出的能量近乎等于有效能量的总和，只有一些小齿轮的传动损失。

4、新能源增程式混合动力汽车应用前景 我国目前新能源增程式混合动力汽车发在形势正趋于一个拐点，并呈现出向有利的形势发展的趋势。把插电混动归入了燃油车汽车门类，而把增程式混动归入了电动汽车门类。中国更鼓励发展纯电汽车，对插电混动并不鼓励。从目前插电混动补贴金额不仅少于纯电动汽车，甚至北京对购买插电混动还不能享受补贴，并且不享受新能源汽车的摇号优惠政策，依然是享受传统燃油车购车政策，购买插电混动还需要同燃油车一样摇号，且同样会限行。新能源增程式混合动力汽车归于纯电动汽车范围中，对于想购买混合动力汽车消费者就是一种不错的选择。国家政策加强对增程式混动汽车的引导，其不仅要面对传统汽车的压力，更要面对来自纯电汽车和插电混动汽车的挤压。如何成功地在市场上生存下来，这需要增程式混合动力汽车需要去根本上解决。因此可以预测，增程式混合动力汽车未来会成为新能源汽车重点发展的对象。

结语：增程式混合动力汽车是一种介于纯电动汽车和插动式混动力汽车之间的一种过渡模式，但是具有很好的发展前景，并且关键技术上已经很成熟，特别是在一些使用纯电动汽车条件不是太成熟的地区，例如高寒地区和充电桩建设不是很完备的地区，广大农村新能源纯电动汽车发展受到很大制约，选择增程式混合动力汽车是一种不错的选择。

参考文献： [1] 广濑久士，丹下昭二.电动车及混合动力车的现状与展望[J].汽车工程，2013，25（02）：204-209. [2] 宫佳鹏，张锦，付进军等.重型混合动力车用发电单元设计与研究[J].移动电源与车辆，2017，34（02）：15-19. [3]中国汽车技术研究中心.节能与新能源汽车年鉴（2012）[M].北京：中国经济出版社，2012：384-387.