淺談增程式電動汽車的原理與發展前景

趙陳闖,嚴慈磊,劉 翔（長安大學 汽車學院,西安 710064）

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淺談增程式電動汽車的原理與發展前景

趙陳闖,嚴慈磊,劉 翔
（長安大學 汽車學院,西安 710064）

摘 要：世界汽車工業的迅猛發展，與之而來的是能源短缺和環境污染，為此各國都在努力開發新能源汽車，增程式電動汽車是電動汽車的一種，本文主要從增程式電動汽車的定義出發，著重闡述了其結構、工作原理以及工作模式。并在文章后面比較了增程式電動汽車與電動汽車的區別，最后分析了未來增程式電動汽車的發展方向。

關鍵詞：增程式電動汽車；結構原理；工作模式；發展前景

0 引言

隨著汽車的大量普及，環境污染帶來的大氣霧霾問題日益加劇，傳統內燃機型汽車已無法滿足新的排放法規的要求，為此世界各國都在研制清潔能源汽車，純電動汽車由于燃料電池電動汽車因為重要技術還未完全取得突破加上成本費用過于昂貴，目前還不能很好地推廣。歐美發達國家正在研發一種新的純電動汽車模式—增程式純電驅動汽車（Ex-tended-Range Electric Vehicle, EREV）,相比其它類型的電動汽車，EREV具有較大優勢。

1 EREV概述

1.1 EREV的定義及結構

EREV是當車載可充電儲能系統(RESS)能夠提供電能時，以純電動汽車模式運行，同時帶有一個僅當RESS能量不足時啟動工作的附加能量裝置的車輛。增程式電動車是當前電動汽車主要的發展方向。它的出現是為了迎合純電動汽車續駛里程短的問題，其除了傳統的動力電池組外，還配備有發電機組（即增程器RE）,増程器主要由發動機、發電機、控制系統及變頻器組成。通過消耗傳統的燃油發電來對汽車行駛過程中的電能進行補償，或對動力電池組進行充電。其主要包括：大容量蓄電池、熱機+發電機組合、燃料電池系統等。增程式電動汽車典型結構如下圖1。

1.2 工作原理

當動力電池電量比較充足時，增程式電動汽車一般工作在純電動模式，此時EREV的動力全部來源于動力電池，相當于純電動汽車(RE未開啟)，此時真正實現了“零油耗，零排放”。當動力蓄電池的荷電狀態SOC（State Of Charge）低于某一設定值時，汽車便進入增程模式，啟動由發動機、發電機和PWM整流器構成的増程器（range extender或auxiliary power unit）,為車輛提供額外的電能以延長續駛里程。此時，動力蓄電池起増程器負荷調節作用，以滿足車輛的最大功率需求并吸收減速及下坡過程中（制動過程）能量，同時増程器還應當按照動力電池的SOC值提供適當的充電功率，以避免整車的動力電池SOC下降至0，會影響到整車的最大功率需求。

2 增程式電動汽車的工作模式

通常情況下，增程式電動汽車的動力電池存儲有足夠的電量，這時驅動電機的動力來源主要是動力電池。在一定的行駛時間范圍內，汽車的行駛特性與純電動汽車相同，真正實現了“零油耗，零污染，零排放”。當動力電池的SOC值下降到某一設定下限值后，車載發電機組（增程模式）開始工作，繼續延長其續駛里程。增程式電動汽車主要有以下三種工作模式：

（1）純電動模式。汽車采用外面的充電樁或者使用普通家用電源插座為動力電池充電，在動力電池的使用容量范圍內一直采用純電模式行駛，這時與普通的純電動汽車沒有啥區別。

（2）混合動力模式。增程式電動汽車完全依賴于車上裝置的增程器(發電機組)來提供電能，動力電池組只用來儲存能量、車輛起步和加速上坡以及汽車制動時能量回收的作用，與插電式混合動力汽車（plug-in hybrid vehicle）原理基本相同。

（3）增程式工作模式。車輛優先使用外部設備提供的電能，當電池SOC值降到一定值時，再使用車載發電機組提供的電能繼續行駛，實現了延長車輛行駛里程的目的。

通過對增程式電動汽車的三種工作模式的分析，可以看出增程式電動車和純電動車和串聯式混合動力車（非插電式）有著明顯的不同，在能源緊缺、純電動車技術瓶頸受制的時代，增程式電動車無疑是最具發展前途的。

3 增程式電動車與傳統混合電動車的區別

一般來說，純電動汽車的能量全部來源于電池，現在為了滿足汽車整體性能要求和使用需求，電池技術的瓶頸嚴重限制了純電動汽車的發展。而增程式電動汽車能夠在車載動力電池電量不足時，啟用増程器，有效彌補電池電不足導致的行駛里程不足。增程式電動汽車（EREV）無論是在純電動模式還是增程模式下，其車輪始終由電機驅動，而傳統的混合電動車工作在混合動力模式下，其車輪是由發動機和發電機共同驅動，這個過程則需要很好的動力耦合。

另一方面，增程式電動汽車必須是串聯式混合動力模式，而傳統的混合電動車不僅可以是串聯式，又可以是并聯式或者混聯式混合動力模式，單獨從使用性能看，EREV在設計之初就要考慮動力電池與驅動系統的匹配問題，才能很好地滿足前面定好的性能。而傳統的混合動力車因為發動機也參與驅動的緣故，對電池與電機驅動系統的匹配要求就沒有那么高。

4 增程式電動汽車的未來的發展方向

增程式電動車具有較低的燃油消耗率，另外電池的容量相對較小，使得車輛低成本，因此在對EREV的動力電池進行充電時可以選用小型的充電樁或者家用電源插座就可以，而不必采用更換電池的方法，節約了成本。

最近幾年研制的儲能元件超級電容，它的性能介于蓄電池和靜電電容器之間，它具有比靜電電容器高的能量密度和比動力電池高的功能密度，非常適合于電動汽車短時間內的功率補償，使用超級電容與電池包組合成的復雜電源系統（如圖2）。是未來電動汽車主要發展方向。

增程式電動汽車特殊的動力系統結構，也就是只有驅動電機與機械傳動系統的連接，這樣的話。就為一種新型的制動方式“截耦制動（HAS-HEV）”的實施提供了很好的便利性，截耦制動的大體思想為：汽車的腳制動踏板只是作為一個信號輸出源，而不與傳統的機械制動系統連接，當系統判定出所需的制動強度低于所設定的值時，系統所產生的制動力矩全部由驅動電機的反脫力生成，制動能量能夠很好的被電機用來發電，能量回收效率很高。當制動強度高于一定值時，機械的制動系統開始工作。截耦制動也是未來電動汽車發展的方向。

5 總結

目前我國對增程式電動汽車的研究還處于起步階段，與國外相比，還有一定的技術差距，在研發設計過程中，需要對車輛的不同使用特性及使用環境加以全面的考慮，尤其是要對電池的荷電狀態特性、驅動電機與電池的匹配、整車的控制策略等進行更為深入的研究與探討。增程式電動車具有低油耗、環境污染小、基礎設投入少的優點，在目前汽車發展階段，和其它類型的電動汽車相比，EREV具有更加顯而易見的優勢，更受到各個汽車企業的普遍關注，市場前景很廣闊，定會得到大力推廣與使用。

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作者簡介：趙陳闖（1991-），碩士研究生，研究方向：車輛工程專業。

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