X代陸基通用平臺(tái)電傳動(dòng)系統(tǒng)控技術(shù)方案設(shè)計(jì)

扈海濱 接曉 王海鵬

【摘要】由于混合動(dòng)力技術(shù)的優(yōu)越性，伴隨著技術(shù)的不斷成熟，使得在軍用越野車輛上的應(yīng)用已成為可能。因此，通過在X代陸基通用平臺(tái)上對(duì)應(yīng)用混合動(dòng)力系統(tǒng)的技術(shù)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，并給出簡單的評(píng)價(jià)，為混合動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展提供一定的幫助與技術(shù)支持。

【關(guān)鍵詞】混合動(dòng)力；電傳動(dòng)；陸基平臺(tái)

1 X代陸基通用平臺(tái)采用混合動(dòng)力的優(yōu)勢

所謂混合動(dòng)力，就是將電動(dòng)機(jī)與輔助動(dòng)力單元（電動(dòng)機(jī)）組合在一起提供驅(qū)動(dòng)力，將傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)盡量做小，讓一部分動(dòng)力由電池—電動(dòng)機(jī)承擔(dān)。

混合動(dòng)力的節(jié)能特性決定了，在相同油量情況下，混合動(dòng)力車輛續(xù)航能力更久；混合動(dòng)力的雙動(dòng)力特性決定了，在發(fā)動(dòng)機(jī)功率大小相同情況下，混合動(dòng)力車輛的驅(qū)動(dòng)力更大，機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)。

2 混合動(dòng)力技術(shù)概述

2.1 輕度/微混合動(dòng)力系統(tǒng)

這種混合動(dòng)力系統(tǒng)在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)上的啟動(dòng)電機(jī)上增加了發(fā)電功能（簡稱BSG系統(tǒng)）。該電機(jī)為發(fā)電啟動(dòng)一體式電動(dòng)機(jī)。由于發(fā)電功率大小根據(jù)實(shí)際需求可控，從而降低了油耗和排放，但是它的電機(jī)并沒有為汽車行駛提供持續(xù)的動(dòng)力。

2.2 中度混合動(dòng)力系統(tǒng)

該混合動(dòng)力系統(tǒng)同樣采用了ISG系統(tǒng)，但與輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)不同。中度混合動(dòng)力系統(tǒng)采用的是高壓電機(jī)，此外該系統(tǒng)還增加了一個(gè)功能。就是在汽車處于加速或者大負(fù)荷工況時(shí)，電動(dòng)機(jī)能夠輔助驅(qū)動(dòng)車輪，從而補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)本身動(dòng)力輸出的不足，更好的提高整車的性能。這種系統(tǒng)的混合程度較高，目前技術(shù)已經(jīng)成熟，且應(yīng)用廣泛。

2.3 全混合動(dòng)力系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用了272V～650V的高壓啟動(dòng)電機(jī)，并通過車載電池供電。電動(dòng)機(jī)可以在啟動(dòng)或巡航過程中，單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛行駛。在加速或者電池能量不足的情況下，再由內(nèi)燃機(jī)單獨(dú)或者聯(lián)合電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛。與中混合動(dòng)力系統(tǒng)相比，完全混合動(dòng)力系統(tǒng)的混合度更高。技術(shù)的發(fā)展將使得完全混合動(dòng)力系統(tǒng)逐漸成為混合動(dòng)力技術(shù)的主要發(fā)展方向。

2.4 插電混合動(dòng)力系統(tǒng)

插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)，是一種將純電動(dòng)系統(tǒng)和現(xiàn)有混合動(dòng)力系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物。由于車輛帶有外接插入式充電系統(tǒng)，車輛可以單獨(dú)利用電動(dòng)機(jī)行駛較長的距離，將內(nèi)燃機(jī)的工作比例進(jìn)一步縮小，提供更好的節(jié)油比例，同時(shí)又解決了純電動(dòng)汽車巡航里程短的問題。隨著電池技術(shù)的發(fā)展，插電式混合動(dòng)力將成為一種過渡方案。

3 X代陸基通用平臺(tái)混合動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)方案

3.1 X代陸基通用平臺(tái)輕度/微混合動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)方案

X代陸基通用平臺(tái)輕度/微混合動(dòng)力系統(tǒng)中，發(fā)電啟動(dòng)一體機(jī)串接在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱之間，控制器控制發(fā)電啟動(dòng)一體機(jī)的工作工況。在啟動(dòng)工況下，控制器控制發(fā)電啟動(dòng)一體機(jī)處于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)。啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，在發(fā)電工況下，控制器根據(jù)需要，控制發(fā)電啟動(dòng)一體機(jī)的發(fā)電量，并將發(fā)電機(jī)輸出的交流電經(jīng)過整流、斬波、濾波轉(zhuǎn)化成車輛所需的28V直流。

目前，某地試制的發(fā)電啟動(dòng)一體機(jī)已伴某型項(xiàng)目經(jīng)歷了演示驗(yàn)證和初樣車兩輪試驗(yàn)，技術(shù)已經(jīng)成熟。此發(fā)電啟動(dòng)一體機(jī)有兩組電壓：DC28V/10kW和DC270V/20kW。由于X代陸基通用平臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)選型為300kW，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，DC28V/10kW足夠滿足300kW發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，以及對(duì)X代陸基通用平臺(tái)電氣設(shè)備供電。因此，僅需將某地技術(shù)成熟發(fā)電啟動(dòng)一體機(jī)及控制器去除DC270V/20kW的部分。

3.2 X代陸基通用平臺(tái)并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)方案

X代陸基通用平臺(tái)并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電—電動(dòng)機(jī)和變速箱通過動(dòng)力耦合器聯(lián)結(jié)。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的能量主要用于驅(qū)動(dòng)變速箱，多余或不足的部分由電動(dòng)機(jī)吸收或補(bǔ)充，即發(fā)動(dòng)機(jī)作為主動(dòng)力源，電機(jī)作為輔助動(dòng)力源，其控制目標(biāo)是在維持動(dòng)力電池組電量的同時(shí)，最小化發(fā)動(dòng)機(jī)的能耗量。

X代陸基通用平臺(tái)有加速、爬坡、越障、下坡、平穩(wěn)行駛等不同工作狀況。負(fù)載情況各不相同，動(dòng)力的分配狀況也會(huì)不同，現(xiàn)分別列出以下典型的工況及其動(dòng)力分配情況：在輕型負(fù)載工況下，工作裝置需要的能量小于發(fā)動(dòng)機(jī)提供的能量。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的能量經(jīng)過發(fā)電機(jī)，一部分用于驅(qū)動(dòng)變速箱工作，另外一部分用來給動(dòng)力電池組充電；在下坡及減速工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工作（不需做功）。此時(shí)，變速箱的勢能和慣量經(jīng)過發(fā)電/電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化后，再送至動(dòng)力電池組中，由動(dòng)力電池組進(jìn)行能量回收；在加速或爬坡等重載負(fù)載工況下，變速箱需要的能量較大，此時(shí)發(fā)電/電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)，將動(dòng)力電池組存儲(chǔ)的電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，同發(fā)動(dòng)機(jī)一起驅(qū)動(dòng)變速箱工作。

3.2.1 電機(jī)的匹配

電機(jī)的匹配主要根據(jù)混合配置型式及控制策略，通過分析電機(jī)參數(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)及整車動(dòng)力性能的影響，確定電機(jī)的性能參數(shù)。X代陸基通用平臺(tái)主要突出機(jī)動(dòng)性，因此，電機(jī)功率的選擇應(yīng)滿足加速時(shí)的功率需求和最大爬坡時(shí)的功率需求。

X代陸基通用平臺(tái)要求在良好的路面上，最高車速為125km/h。假定此時(shí)電機(jī)不做功，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率等于車輛保持高速所需功率，最大功率用P1max表示。

同時(shí)為保證越野性能，X代陸基通用平臺(tái)還要求能爬25°坡，此時(shí)所需最大功率（發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)共同提供）用P2max表示。

因此，電機(jī)所需最大功率即為P2max-P1max。選取合適的參數(shù)代入公式可得，電機(jī)所需最大功率約為100kw。通常電機(jī)的額定功率約為最大功率的0.7倍，即X代陸基通用平臺(tái)并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)電機(jī)額定功率約為70kw。

3.2.2 動(dòng)力電池組的參數(shù)計(jì)算

動(dòng)力電池組連續(xù)運(yùn)行額定功率的選擇，需滿足發(fā)電/電動(dòng)一體化電機(jī)和其他用電設(shè)備的連續(xù)功率需求。根據(jù)動(dòng)力電池特性，在電荷維持階段，動(dòng)力電池組荷電狀態(tài)SOC可在35%～45%之間工作。因此，要求SOC在35%～45%時(shí)，動(dòng)力電池組連續(xù)運(yùn)行的額定功率等于電機(jī)和其他用電設(shè)備的連續(xù)功率。

X代陸基通用平臺(tái)用電設(shè)備假設(shè)約10kw，則動(dòng)力電池組額定功率P額=70kw+10kw，約80kw。峰值功率P峰=100kw+10kw，約110kw。

動(dòng)力電池組容量的計(jì)算：

動(dòng)力電池組主要用于加速和爬坡時(shí)助力，設(shè)定四代陸基通用平臺(tái)在25°的坡道上，以20km/h的速度連續(xù)行駛1km，SOC值從95%下降到35%，則：

動(dòng)力電池總功W總=（110×1/20）/0.6=9.17kw?h

若動(dòng)力電池電壓選取為575V，動(dòng)力電池容量即為：Q=W/U=9.17kw/575=16A?h。

3.2.3 混合動(dòng)力系統(tǒng)重量計(jì)算

某地設(shè)計(jì)試制的電機(jī)比功率為1.2kw/kg，60kw電機(jī)約重50kg。目前磷酸鐵鋰電池比能量可達(dá)到200Wh/kg以上，動(dòng)力電池組約重45.85kg。X代陸基通用平臺(tái)采用并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)即增加重量約95.85kg。

3.3 X代陸基通用平臺(tái)串聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)方案

該方案與前同，暫略。

4 X代陸基通用平臺(tái)混合動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)方案的評(píng)價(jià)

X代陸基通用平臺(tái)作為軍用越野車輛，采用并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)，在重量增加不多的情況下，續(xù)航能力更持久，機(jī)動(dòng)性能更強(qiáng)，整體性能得到有效提升。因此，在三種方案中為最優(yōu)方案。

參考文獻(xiàn)：

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[2]東風(fēng)猛士高機(jī)動(dòng)性越野汽車的技術(shù)創(chuàng)新.黃松，徐滿年，周忠勝.綜述.2008年一期