增程式纯电动汽车动力系统设计

德州学院汽车工程学院　　陈浩　于士军

增程式纯电动汽车动力系统设计

德州学院汽车工程学院陈浩于士军

为了绿色发展、节约能源的需要，各个国家陆续开展新能源汽车研究。本文提出一种增程式纯电动汽车动力系统设计，通过引入增程器，有效提升电动汽车的续航里程，通过仿真，证明方案可行。

增程式电动汽车；增程器；动力性能动力系统

汽车能源的开发和环境污染问题备受关注，电动汽车可以有效解决上述问题，但现实应用中存在着公共充电设施少、续航里程较短等问题，混合动力电动汽车作为当前一种过渡方案，能较好地降低油耗和污染物的排放，但混合动力系统的结构较复杂，造价较高，工作时无法保持最佳状态，而增程式纯电动汽车这一新理念电动汽车正能解决这些问题。

1　增程器简介

增程器的组成：发电机、蓄电池、燃料电池等。

鉴于增程器自身的性能和结构特点，工作时要满足以下要求：

（1）系统工作时要保持较长时间的稳定状态，待机较长时间后能够迅速进入工作状态；

（2）对于工况比较单一的问题，需要优化改进工作点，提升工作效率。

2　动力系统总体规划

动力系统组成结构如图1所示。

图1　动力系统组成

通常设定车辆整车性能指标后再研究车辆动力系统。虽然车辆整车性能里动力性、经济性和排放性与动力系统相关，但是电动汽车还需确定一次充电后可行驶的路程。一般采用测量最快速度、最大爬坡坡度等来测定车辆动力性，通过测量车辆百里所用油量测定其经济性，通过测量车辆百公里污染物的排放量来测定排放性。

3　确定驱动电机

理想状态下电机性能随转速的变化幅度如图2所示。转速在数值小于nb时转矩一直为Tmax，在nb以上以Wb恒功率运行。车速范围宽、低速转矩大两个要求同时吻合了电机的输出特性。综上所述，需要确定的电机参数有最大功率、最高转速、转速等。在不同情况下车辆的受力条件和能量传动是不同的，根据这些来研究电机的参数。

图2　电机特性图

3.1确定电机的最大功率

3.2电机最高转速

3.3校核加速时间

在加速时有恒定功率和恒定转矩两个过程。

4　选择增程器

一般增程器选择燃料电池或发电机。但为了减少燃油的消耗和污染物的排放，首选燃料电池或者蓄电池用作Range-Extender。

5　选择储能电池

纯电动条件下运行时动力来自储能电池，研究中让电池容量符合运行路程和放电功率应符合最大的规定。磷酸铁锂电池循环次数多，放电稳定性较高，所以电动汽车的储能电池首选磷酸铁锂电池。

6　增程器在动力性上的仿真分析

根据上面选择的电机和电池，通过Advisor和Matlab一起仿真，对增程式电动汽车整车动力性研究再进一步做仿真研究。仿真研究时确定0.7作为电池SOC放电深度，跳动幅度为0.95～0.25。仿真结果见图3。

图3　循环工况及仿真车速

图3表明电动汽车在参数特性上符合条件。表1为增程式电动汽车动力特性仿真研究结果，由此可以看出对动力系统的参数研究符合在整车上特性的规定。

表1　仿真结果

图4表明发电机在增程条件下转速的特性，发电机的转速在3400r/min左右浮动，而且输出的功率基本没有变化。增程器工作期间，NEDC的低速区域增程器向电机供电的同时也向电池充电，蓄电池SOC上升。在一定时间内，增程器在输出功率上无法供应车辆的加速，所以蓄电池也开始向车辆送电，其SOC值呈略下降趋势。由于驱动发电机的燃油发动机运行速度也浮动甚微，运行在高效点上，仿真的消耗5.8 L燃油对应行驶一百公里，和内燃机汽车进行比较，其燃油的经济性更好。

图4　增程条件下转速特性

增程式纯电动汽车动力系统主要参数的设计方法是从汽车的驱动特性和电机驱动系统的动力性能着手，依据运行路程以及整车动力特性问题，从而在增程式纯电动汽车设计时提高在动力系统参数上的配合指数。从理论上计算，这种电动汽车的最快速度、加速性能、续驶路程、爬坡时性能等指标都符合预先的规定，证明了动力系统参数以及配合指数的正确性。

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