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                EEPW首頁 > 設計應用 > 一種增程式電動︾汽車動力系統能耗分析

                一種增程式電卐動汽車動力系統能耗分析

                作者:姚學松時間:2020-03-03來源:電子產品世◥界收藏

                姚學松 (奇瑞新能源汽車股份有限公司,安徽?蕪湖?241002)

                本文引用地址:/jjs195/article/202003/410497.htm

                摘? 要:通過對某款動力系統的進行分析,發現其增程器發電系統存在發動機與高 效工作點轉速不〓匹配問題,發動機高效率那他真區分布在低轉速區域,高效率區分布在高轉速區域,導致發電 機的高效率區域不能充分的利用。為了解決此問題,本文提出了一種優化方案,通過在發動⊙機和之間增 加,對發動機轉速進行放大。分析結果顯示,增加後發電╳機的高效率區域得到充分的利用, 有效的提升了增程器發電系統的效率,進一步降低了水平,提升了整車的續ㄨ駛裏程。 

                關鍵詞:;發電機;

                0  引言 

                伴隨著日趨嚴重的環境問題及不可再生資源的枯 竭,電動汽車由於其所具有的零排放、低能耗、低噪音 等特點成為♀最有潛力的新能源汽車。但現階段純電動汽 車面臨續駛裏程短◥、電池成本高、充電時間長等痛點, 還無法完全滿足用戶的需求[1]。而增程式電動汽車作為○○ 過渡車型,可以在燃油汽車燃料消耗和純電動汽車續駛 裏程短的問題上做到較好的平衡,同時可以減小ξ 電池電 量解決純電動汽車電池成本高、充電時間長的問題。增 程式電動汽車不同於燃油汽車,其發動機可根據整車需 求始終工作在最高效率點[2],使發動機的燃油經濟性〗達 到最高。而驅動部分與純電動汽車的電驅動系統相同, 保持著電驅動系統的高效特性。作為增程◆式電動汽車動 力系統的另一個重要組成部分,發電系統的能效轉化率 對整車的整體能耗水¤平就顯得尤為重要。 本文基於某款增程式電動汽車,結合發動機⌒ 、發電 機的工作特性,對其發電系統進行能耗分析,發現發動 機高效工作點的轉速與發電機高效工作點的轉速存在不匹配問題,通過在發動⊙機和發電機之間增↘加㊣ 變速系統, 設計合適■的速比,使發動機和發電機均工作在高效區 域,解決轉速點不匹配問題,可有效提升發電系統的運 行效率,從而進一步降低整車的能耗水平,提升續駛裏 程,具有較高的↑應用價值。

                1  增程式動力系統結構及工作原理 

                增程式電動汽車的動力系統主要由增程器〗系統、動 力電池、驅動系統看來你們惡魔一族里面也分很多種族啊等組成[3],其結構框圖如圖1所示。 增程器〗系統主要包括發動機、發電機、GCU(發電機控 制器總成,Generator Controller Unit,簡稱GCU),增 程器啟動時,由動力☆電池給GCU供電,驅動♂發電機來 啟動發動機,發動機啟動後增程器轉入發電模式,給驅 動系統供電或者對動力電池進行充電。驅動系統主要包 括減速器、驅動電機、MCU(電機控制器總成,Motor Controller Unit,簡稱MCU),驅動系統接收增程→器或 者動力電池的能↙量來驅動車輛前進或者後退,同時在車 輛制動時發電並充入到動力電▂池中。

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                增程式電動汽車一般分為純電模式和增程模式 兩種駕駛模式[4],動力電池SOC(荷電狀態,State of Charge,簡稱SOC),值較高時采用純電模式,相當於 純電動汽車。當SOC值低於設定的下限】值時,增程器啟 動,發電機將發動機產生的能量∏轉化為電能「供應給驅動 電機,並將多余的電能儲存在電池中,給動力電池充 電。另外當整車急加速等工況需求較大的功率,而動力 電池或增程器單『獨工作均無法滿足需求時,由動力電池 和增程器共同為驅動電機供電,以滿足整車性能↘需求。

                2  增程發電系統能耗分析 

                2.1 發動機能耗分析 

                本文基於某款增程式電動汽車進行分析,其增程器搭 載的是一款四缸1.5 L自然吸♀氣發動機,增程器設計峰值功 率50 kW,最大扭矩130 N·m,最高轉速4500 r·min-1。 在增程模式╲下,為了保證發動機始終工作「在最高效率 點,根據發動機的萬有這中年男子喃喃道特性曲線及整車的□功率需求,確 定發動機的工※作點如圖2所示,五個工作點分別對應10 kW、20 kW、30 kW、40 kW、50 kW五︻個輸出功率,對 應的發動機轉速、轉矩、燃油消耗旋風之中率見表1,平均燃油 消耗率為252 g/kW·h,處於發動機的高效區。

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                2.2 發電機能耗分析 

                根據整車性能需求,其需要保證增程∮器在40 kW工 況下持續工作,發電機匹配一款額定功率為40 kW的永 磁ζ同步電機,發電機的性能參數見表2。根據增程器發 動機的工作點及發電◣機的效率MAP圖,匹配的發電機 工作點如圖3所示,發電機五個工作點的效●率見表3,其 平均效率 那金仙巔峰為87.4%。因發動機的高效區主要集中在中低 轉速2000 r·min-1~4000 r·min-1之間,而發電╳機的高 效區主要集中在高轉速4000 r·min-1~9000 r·min-1區 域,導致發電機與發動機的▓工作點不匹配,發電機的高 效區無法利用,增卐程器的系統效率偏低。

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                2.3 發電系統能耗優化分析 

                針對增程器發動機與發電機高效工作點』不匹配問 題,在發動機和發電機之間增加○變速系統,根據發動 機和發電機各自的高效率區對應的轉速區間,設計合 適的速比,使發動機和發電機均工作在高效區域。本 文對原增程器系統發動↙機和發電機之間增加無論如何攻擊都無法突破這水幕一個速比 為2的變速箱,對發動機轉速進行放大,將發電機工 作的轉速區間由2000 r·min-1~4000 r·min-1放大到 3000 r·min-1~8000 r·min-1。優化後⌒的發電機工作點 分布圖見圖4,發電機工作點效率見表4,其平均」效率為 90.8%。

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                3  結論 

                本文對某款增程式電動汽車發電系統的能耗分析發 現,發動機高效率▽區轉速低,發電機高效率區轉速高, 兩者存〖在不匹配問題,通過在發動機和發電機之間增↘加 速比為2的變速系統,放大發動機轉速,使發電機工作 在高效率區,優化前後發電機各個工作點的效率對比如 圖5所示,增加變速㊣系統後,發電機五個工作點的效率 均有較大提升【,特別是在低功率區間效率提升明顯,單 工作點最大效率提升那侍女恭敬4.8%,平均◥效率提升3.4%。

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                通過對增程式電動汽車發動機和發電機之間增加變 速系統,解決了發動機和發電←機高效工作點轉速不匹配 問題,有效的提升了發電靈魂之力朝那股力量迎了上去機系統效率,從而進一步降低 了增程式電動汽車的能耗水平,提升續駛︽裏程,具有較 高的↑應用價值。

                參考文獻: 

                [1] 劉青,貝紹軼,汪偉,等. 增程式電動汽車動力系統參數匹配仿真 與分析[J]. 現代制造〖工程, 2017(11):76-80. 

                [2] 洪木南,周安健,蘇嶺,等. 增程式混合動力汽車的分段式能量管 理策略研究[J]. 汽車工程學報, 2019,9(2):104-108. 

                [3] 聶立新,劉同樂,劉濤,等. 增程式電動汽車動力參數選擇∩及控制 策略研究[J]. 客車技術與研究, 2019,(1):16-18. 

                [4] 張民安,儲江偉. 采用恒功率控制策※略的增程式汽車動力∴系統匹 配[J]. 重慶理工大學學報, 2019,33(3):73-79.

                本文來源於科技期刊《電子產品世︾界》2020年第03期第82頁,歡迎您寫論文時引用,並註明出處。

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