增程器的最佳工作曲线的确定

胥峰　乔华　杨秀玲　王娟

摘 要：增程式电动汽车是在纯电动汽车的基础上，增加一个小型的辅助动力系统作为动力补给，当动力电池电量不足时，增程器能配合动力电池一起为车辆提供能源。因此，增程式汽车能有效缓解现阶段下纯电动汽车续航里程不足的问题。研究增程器的最佳工作曲线，是降低增程式混合动力汽车的油耗的基本方法。关键词：增程器;最佳工作曲线中图分类号：U469.72  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）02-70-03

Abstract： On the basis of pure electric vehicle， a small auxiliary power system is added as power supply. When the power battery is insufficient， the range extender can provide energy for the vehicle together with the power battery. Therefore， the program adding vehicle can effectively alleviate the problem of insufficient range of pure electric vehicle at this stage. The study of the optimum working curve of the extender is the basic method to reduce the fuel consumption of the extender hybrid vehicle.Keywords： Extender; The best working curveCLC NO.： U469.72  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）02-70-03

前言

增程式電动汽车是在纯电动汽车的基础上，增加一个小型的辅助动力系统作为动力补给，当动力电池电量不足时，增程器能配合动力电池一起为车辆提供能源。因此，增程式汽车能有效缓解现阶段下纯电动汽车续航里程不足的问题。现有增程式电动汽车的能量管理策略大致分为混合型和电量维持消耗型，不管在哪一种管理策略下，客户都希望增程器工作时的油耗降到最低。因此，确定增程器的最佳工作曲线显得尤为重要。本文将基于油耗为第一目标，来确定增程器的最佳工作曲线，选用的计算工具为Matlab。

1 增程器的最佳工作曲线的确定

增程器的最佳工作曲线，就是在增程器的等功率曲线上，取该曲线上的最低油耗点，连接这些最低油耗点，并根据最终的结果分析确定最佳的工作路线。本文中的增程器由自吸发动机、增速箱和发电机组成，其主要性能参数见表1，发动机万有特性图见图1，发电机效率特性图见图2。表1中发电机扭矩负号表征为输入值，后文中为计算方便，将发电机扭矩全部取正值进行计算。

1.1 确定增程器的万有特性数据

寻找增程器最优曲线之前，需要先把发动机的万有特性数据通过增速箱投影到发电机效率图上，计算增程器的万有特性数据。

发动机万有特性通过增速箱后增速降扭，发动机有效燃油消耗率（BSFC）除以增速箱效率η，得到增速箱输出端的发动机万有特性数据。增程器的外特性受到增速箱输出端外特性和发电机的外特性的共同限制，取两者外特性的交集数据，即为增程器的外特性，增程器外特性包络图见图3，其中绿色为发电机外特性，红色为增速箱输出端外特性，两者交集即为增程器的外特性数据。

取得增程器的外特性数据之后，就可以确定了增程器的工作转速区间和输出扭矩范围，根据功率计算公式：

计算增程器所能提供的最大功率和最小功率，并将功率按照计算精度需求进行向量化备用。

再将增速箱输出端的有效燃油消耗率（BSFC）与发电机的效率数据，分别按照增程器外特性网格进行二维插值，得到新的增速箱端有效燃油消耗率（BSFC）矩阵和发电机效率矩阵，之后分别用相同坐标下的有效燃油消耗率除以发电机效率，可得增程器的对应坐标下有效燃油消耗率APU_BSFC矩阵。至此，增程器的万有特性数据已经计算完毕。

1.2 寻找增程器的最小油耗点

为了避免寻找最小油耗点时出现计算空值，本文考虑按照增程器的每一个整数转速，计算对应的扭矩，重新组成新的矩阵维度，并将增程器的有效燃油消耗率（BSFC）按照整数转速和对应扭矩进行二维插值扩充。再根据增程器输出功率向量进行迭代，寻找每个功率点的油耗最小值，并标注各油耗点坐标。增程器最小油耗点如图4所示，图中红色实线为增程器的外特性曲线，绿色点即为最小油耗点（g/kwh），背景为增程器的等油耗线。

1.3 确定增程器的最佳工作曲线

最小油耗点选取完毕之后，还需要根据整车实际需求情况，选取增程器合适的工作区间。将增程器的有效燃油消耗率（g/kwh）与输出功率（kw）绘制在一张图上，见图5，从图5上可以看出在9kw～42kw之间，增程器的有效燃油消耗率（g/kwh）最低。将增程器的有效燃油消耗率（g/kwh）与输出功率（kw）乘积之后，得到增程器的时间油耗消耗率（g/h），将其与输出功率的绘制在一张图上，见图6，可以看出在2kw～9kw之间功率区间，增程器的燃油消耗率是较低的。而在42kw之后，时间燃油消耗率增速变大。这样，该款增程器的最佳工作曲线选择在2kw～42kw 之间比较合适，能够保证功率输出的同时得到最低的油耗水平。

2 总结

本文在确定增程器的最佳工作曲线的过程中，忽略了增程器的动态响应过程，认为其性能特性可以通过静态数据查表描述。在计算过程中多次使用了二维线性插值来处理数据，每一次的插值过程都对计算精度产生了影响。最后确定最终工作区间时，也仅根据增程器实际油耗数据的表现来作判定，实际增程器在整车匹配过程中，还需要根据整车的最大需求功率、电池容量等多个参数进行调整。

参考文献

[1] 张德峰.Matlab语言高级编程[M].机械工业出版社.2010.

[2] 朱龙飞，赵韩，尹安东.增程式电动汽车能量管理策略优化研究[J].合肥工业大学学报.2016.10.