增程式电动汽车的概念设计及前瞻性应用分析-第1篇

1、 增程式电动汽车的概念设计及前瞻性应用分析 林弟摘 要：人民出行旅行的需求日益增长，汽车工业随着快速发展，促进经济快速增长，但也发生石油资源的过度消耗，环境污染和温室效应等问题，这使得我国所面临的能源安全问题也越发严重，新能源汽车的发展与应用是解决能源供需矛盾和环境保护的重要途径，而增程式电动汽车可解决“里程焦虑”等诸多优点也正在被越来越多的人所接受。Key：新能源汽车;混合式动力汽车;增程式电动汽车1 引言新能源汽车成为全球各国发展的战略方向，汽车产业形势发生着深刻的变化。而我国的汽车产业也进入转型升级的关键期，新一代科技产业革命浪潮汹涌而来，形成了电动化、智能化、网联化、共享化的大变革。工

2、业和信息化部发布的新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）征求意见稿，首次将增程式电动汽车列为“三纵”。在这样的变革下，增程式电动汽车是发展的必然，时代的所需。2 新能源电动汽车的概述2.1 新能源汽车的定义新能源汽车是指采用新型的动力驱动装置，完全或主要依靠新型的能源驱动和驾驶车辆。2.2 增程式电动汽车的定义什么是增程式电动汽车？增程式电动汽车可携带与纯电动更少的电池单元，可以避免深度放电，保护电池。增程式电动汽车内部配有小型的發动机，与驱动轮之间没有任何的机械连接，只有发动机或者动力电池作为电动机的电源。美国汽车工程师学会（society of Automotive Enginee

3、rs）将增程式电动汽车定义为两个或多个能独立或同时提供能量的储能装置。当机械内部功率足够时，发动机停止运行，由动力电池提供能量驱动电机工作，当动力电池的电量达到阈值时，整车将启动发动机发电，给驱动电机的提供电源，同时也给动力电池充电。3 增程式电动汽车的方案设计3.1 增程式电动汽车的工作原理增程式电动汽车属于串联式混合动力汽车。目前市场上混合动力汽车一般采用石油和电能两种能源，分别用发动机和电机将化石能源和电能转换为机械能，再以某种耦合装置将两者动力耦合输出，用于驱动汽车行驶。混合动力汽车根据动力源之间采用的不同耦合方式，可以分为串联式、并联式和混联式。其中，串联式混合动力汽车的动力系统通过

4、发动机将化石能源转化为机械能，再由发电机将机械能转换为电能提供给电池或驱动电机，驱动电机与车轮端相连，为车辆行驶提供动力。由于发动机不受轮端的约束，直接与驱动轴分离，能够使发动机持续在高效区运转。当汽车里电池电量足够的时候，在一定里程范围内，车辆的驱动能量主要依靠动力电池，实现零油消耗、零排放污染，即车辆处于纯电的模式。当超过一定的里程后，动力电池的剩余电量低于阈值时，发动机启动发电，将机械能转化为电机和动力电池能够使用电能，增加车辆的行驶里程数。电动汽车的电池和推进系统是精确设置过的，因此当蓄电池提供足够的动力时，车辆不需要引擎来产生额外的动力。当电池驱动车辆时，还可以确保车辆能够平稳的行驶

5、和提速，以达到汽车行驶的极限速度，提高爬坡等一些性能。当由发动机提供所需要动力时，电动汽车可以满足基本得驾驶要求。3.2 增程式电动汽车的设计方案增程式电动汽车只有电机提供车轮旋转的动力。在纯电的模式下增加了由发动机和发电机组成的电能辅助系统（APU），该系统不与驱动轮直接连接，通过电力电池驱动电机运转，采用简单的一级减速器就能驱动车辆。在这种结构中，电动车辆传动结构被简化，没有离合器结构，双向驱动电动机，实现传动轮与车体之间的能量传递，以充分利用驱动电机的四象限工作能力，实现制动能量回收。3.3 增程式电动汽车的特点增程电动汽车主要由电池驱动，具有低噪音，零排放减小污染，让能源得到更加充分的

6、综合利用，行驶成本低的特点。增程式电动车是在纯电的模式上，增加一套能够发动发电的装置，提升行驶里程，解决纯电动汽车的“里程焦虑”，综合了纯电动汽车和混合动力汽车的优点，呈现巨大的市场空间。纯电动汽车发展缓慢，最重要的一个原因是车载动力蓄电池的技术发展比预期的效果差，动力蓄电池的成本下降也比预期的低。而增程式电动汽车的蓄电池载电量小，成本不高，能够弥补纯电动汽车动力蓄电池成本下降太慢的问题。增程式电动汽车比插入式混合动力汽车跑的更远，能力更强，而且还不影响整车性能，对动力电池的性能匹配的技术要求较低。4 增程式电动汽车的能量分配策略增程式电动汽车的能量分配的策略有电量维持模式和混合控制模式两种策

7、略。4.1 耗尽维持策略动力电池提供初始车辆运行的能量，即损耗（Charge-Depleting、CD）阶段;当动力电池的能量（SOC）减少到一定极限，整车将控制发动机和发电机启动工作，给动力电池充电，使得能量（SOC）高于最低允许的阈值，即维护（charge-Sustaining，CS）阶段，电池维持的策略如图3所示。增程式电动汽车工作在CD阶段时，没有任何废气排放，相当于一款纯电动车，适合于日常城市通勤状态。增程式电动车工作在CS阶段时，增程式电动车相当于一款常规混合动力车辆，适合于高速长途状态。在CS阶段，APU需要维持电池 SOC 在一定的允许值范围，电能消耗几乎不变，为实现降低油耗，

8、减少排放的目的，耗尽维持策略通常以CS阶段最小燃油消耗作为目标函数进行优化。4.2 混合式策略基本思路为增程器在整个运行阶段中都可能启动为动力电池进行充电。混合式策略下，电能及燃油同时消耗，因此通常以最小燃油消耗和电能消耗作为目标函数进行优化，策略示意图如图4所示。4.3 能量分配策略的选择电量维持策略在城市日常通勤时接近于纯电动车，高速长途时接近燃油车，受到业界人士的普遍认同。5 增程式电动汽车的工作模式根据增程器的工作状态，将增程式电动汽车分为纯电模式、增程模式、能量补给模式三种驾驶模式。5.1 純电模式当动力电池的剩余电量（SOC）的值较高时，采用纯电模式，发动机和发电机组成的增程器不工

9、作，驱动的动力主要依靠动力电池，这种模式下和纯电动汽车的工作状态差不多。5.2 增程模式当动力电池的剩余电量（SOC）的值等低于某一阈值后，整车控制增程器启动工作，发动机产生的能量转化为发电机的电能给动力电池充电，补充能量，为车辆的行驶和使用提供不间断的动力;当动力电池的剩余电量（SOC）的值高于某一阈值后，整车的增程器停止工作，由动力电池直接驱动电动机。按此往复循环工作，从而增加车辆的行驶里程，保证车辆继续运行。5.3 能量补给模式当车辆在停车的状态时，可以利用车载充电器与车辆外部的充电桩或者是家用电源连接，通过外接充电的方式给车辆的动力电池充电。当车辆的充电条件不允许时，可以给车辆以加油的

10、方式快速补充能量。6 增程式电动汽车的前瞻性应用分析国家发展和改革委员会根据驱动动力系统发布22号令对汽车行业的投资管理规定，汽车整车可分为燃油车辆和纯电车辆。规定里所指的燃油车是直接由发动机直接驱动车辆的运动，包括传统的燃油汽车、混合动力汽车，插电式混合动力汽车;纯电车辆是指电机驱动车辆的运动，包含纯电动汽车（包括增程式电动汽车），燃料电池车等。虽然在国家财政部发布的新能源汽车补贴标准中增程式电动汽车还包含在插电式混动车型中，还未发生改变，但第22号令将其划归为纯电动的规划得到落实，增程型电动车技术难度相遇较低，在市场上它将比插电式混合动力汽车发展的快。增程型电动汽车兼有纯电动汽车和插电式混合动力汽车二者的优点，融合了纯电动车节能和混动车长续航的优点，从前瞻性应用分析，增程式电动汽车将是消费者接受度最高的车型。*国家重点研发计划资助：“高效一体化油冷增程器总成开发及整车集成应用”（2018YFB0106000）。Reference：1韩荣泽.浅谈增程式电动汽车动力系统控制策略优化J.科技风，2019（9）：158-158.2宋真玉，史戈.前后轴独立驱动的增程式电动汽车整车控制策略J.西华大