浅谈增程式电动汽车的原理与发展前景

赵陈闯,严慈磊,刘 翔（长安大学 汽车学院,西安 710064）



浅谈增程式电动汽车的原理与发展前景

赵陈闯,严慈磊,刘 翔
（长安大学 汽车学院,西安 710064）

摘 要：世界汽车工业的迅猛发展，与之而来的是能源短缺和环境污染，为此各国都在努力开发新能源汽车，增程式电动汽车是电动汽车的一种，本文主要从增程式电动汽车的定义出发，着重阐述了其结构、工作原理以及工作模式。并在文章后面比较了增程式电动汽车与电动汽车的区别，最后分析了未来增程式电动汽车的发展方向。

关键词：增程式电动汽车；结构原理；工作模式；发展前景

0 引言

随着汽车的大量普及，环境污染带来的大气雾霾问题日益加剧，传统内燃机型汽车已无法满足新的排放法规的要求，为此世界各国都在研制清洁能源汽车，纯电动汽车由于燃料电池电动汽车因为重要技术还未完全取得突破加上成本费用过于昂贵，目前还不能很好地推广。欧美发达国家正在研发一种新的纯电动汽车模式—增程式纯电驱动汽车（Ex-tended-Range Electric Vehicle, EREV）,相比其它类型的电动汽车，EREV具有较大优势。

1 EREV概述

1.1 EREV的定义及结构

EREV是当车载可充电储能系统(RESS)能够提供电能时，以纯电动汽车模式运行，同时带有一个仅当RESS能量不足时启动工作的附加能量装置的车辆。增程式电动车是当前电动汽车主要的发展方向。它的出现是为了迎合纯电动汽车续驶里程短的问题，其除了传统的动力电池组外，还配备有发电机组（即增程器RE）,増程器主要由发动机、发电机、控制系统及变频器组成。通过消耗传统的燃油发电来对汽车行驶过程中的电能进行补偿，或对动力电池组进行充电。其主要包括：大容量蓄电池、热机+发电机组合、燃料电池系统等。增程式电动汽车典型结构如下图1。

1.2 工作原理

当动力电池电量比较充足时，增程式电动汽车一般工作在纯电动模式，此时EREV的动力全部来源于动力电池，相当于纯电动汽车(RE未开启)，此时真正实现了“零油耗，零排放”。当动力蓄电池的荷电状态SOC（State Of Charge）低于某一设定值时，汽车便进入增程模式，启动由发动机、发电机和PWM整流器构成的増程器（range extender或auxiliary power unit）,为车辆提供额外的电能以延长续驶里程。此时，动力蓄电池起増程器负荷调节作用，以满足车辆的最大功率需求并吸收减速及下坡过程中（制动过程）能量，同时増程器还应当按照动力电池的SOC值提供适当的充电功率，以避免整车的动力电池SOC下降至0，会影响到整车的最大功率需求。

2 增程式电动汽车的工作模式

通常情况下，增程式电动汽车的动力电池存储有足够的电量，这时驱动电机的动力来源主要是动力电池。在一定的行驶时间范围内，汽车的行驶特性与纯电动汽车相同，真正实现了“零油耗，零污染，零排放”。当动力电池的SOC值下降到某一设定下限值后，车载发电机组（增程模式）开始工作，继续延长其续驶里程。增程式电动汽车主要有以下三种工作模式：

（1）纯电动模式。汽车采用外面的充电桩或者使用普通家用电源插座为动力电池充电，在动力电池的使用容量范围内一直采用纯电模式行驶，这时与普通的纯电动汽车没有啥区别。

（2）混合动力模式。增程式电动汽车完全依赖于车上装置的增程器(发电机组)来提供电能，动力电池组只用来储存能量、车辆起步和加速上坡以及汽车制动时能量回收的作用，与插电式混合动力汽车（plug-in hybrid vehicle）原理基本相同。

（3）增程式工作模式。车辆优先使用外部设备提供的电能，当电池SOC值降到一定值时，再使用车载发电机组提供的电能继续行驶，实现了延长车辆行驶里程的目的。

通过对增程式电动汽车的三种工作模式的分析，可以看出增程式电动车和纯电动车和串联式混合动力车（非插电式）有着明显的不同，在能源紧缺、纯电动车技术瓶颈受制的时代，增程式电动车无疑是最具发展前途的。

3 增程式电动车与传统混合电动车的区别

一般来说，纯电动汽车的能量全部来源于电池，现在为了满足汽车整体性能要求和使用需求，电池技术的瓶颈严重限制了纯电动汽车的发展。而增程式电动汽车能够在车载动力电池电量不足时，启用増程器，有效弥补电池电不足导致的行驶里程不足。增程式电动汽车（EREV）无论是在纯电动模式还是增程模式下，其车轮始终由电机驱动，而传统的混合电动车工作在混合动力模式下，其车轮是由发动机和发电机共同驱动，这个过程则需要很好的动力耦合。

另一方面，增程式电动汽车必须是串联式混合动力模式，而传统的混合电动车不仅可以是串联式，又可以是并联式或者混联式混合动力模式，单独从使用性能看，EREV在设计之初就要考虑动力电池与驱动系统的匹配问题，才能很好地满足前面定好的性能。而传统的混合动力车因为发动机也参与驱动的缘故，对电池与电机驱动系统的匹配要求就没有那么高。

4 增程式电动汽车的未来的发展方向

增程式电动车具有较低的燃油消耗率，另外电池的容量相对较小，使得车辆低成本，因此在对EREV的动力电池进行充电时可以选用小型的充电桩或者家用电源插座就可以，而不必采用更换电池的方法，节约了成本。

最近几年研制的储能元件超级电容，它的性能介于蓄电池和静电电容器之间，它具有比静电电容器高的能量密度和比动力电池高的功能密度，非常适合于电动汽车短时间内的功率补偿，使用超级电容与电池包组合成的复杂电源系统（如图2）。是未来电动汽车主要发展方向。

增程式电动汽车特殊的动力系统结构，也就是只有驱动电机与机械传动系统的连接，这样的话。就为一种新型的制动方式“截耦制动（HAS-HEV）”的实施提供了很好的便利性，截耦制动的大体思想为：汽车的脚制动踏板只是作为一个信号输出源，而不与传统的机械制动系统连接，当系统判定出所需的制动强度低于所设定的值时，系统所产生的制动力矩全部由驱动电机的反脱力生成，制动能量能够很好的被电机用来发电，能量回收效率很高。当制动强度高于一定值时，机械的制动系统开始工作。截耦制动也是未来电动汽车发展的方向。

5 总结

目前我国对增程式电动汽车的研究还处于起步阶段，与国外相比，还有一定的技术差距，在研发设计过程中，需要对车辆的不同使用特性及使用环境加以全面的考虑，尤其是要对电池的荷电状态特性、驱动电机与电池的匹配、整车的控制策略等进行更为深入的研究与探讨。增程式电动车具有低油耗、环境污染小、基础设投入少的优点，在目前汽车发展阶段，和其它类型的电动汽车相比，EREV具有更加显而易见的优势，更受到各个汽车企业的普遍关注，市场前景很广阔，定会得到大力推广与使用。

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作者简介：赵陈闯（1991-），硕士研究生，研究方向：车辆工程专业。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.247