增程式電動(dòng)車恒功率控制方式的仿真分析

馮帆，黃赟熹，劉優(yōu)

（1.陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安，710300；2.廣西艾盛創(chuàng)制科技有限公司，廣西柳州，545007；3.湖南湖大艾盛汽車技術(shù)開發(fā)有限公司，湖南長沙，410205）

增程式電動(dòng)車恒功率控制方式的仿真分析

馮帆1，黃赟熹2，劉優(yōu)3

（1.陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安，710300；2.廣西艾盛創(chuàng)制科技有限公司，廣西柳州，545007；3.湖南湖大艾盛汽車技術(shù)開發(fā)有限公司，湖南長沙，410205）

增程式電動(dòng)車有多種發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略，本文針對(duì)一款新能源電動(dòng)汽車改制的增程式電動(dòng)車動(dòng)力參數(shù)匹配問題，以AVL Cruise為仿真平臺(tái)，采用增程器恒功率控制策略構(gòu)建整車模型，計(jì)算了所設(shè)計(jì)的增程式電動(dòng)車經(jīng)濟(jì)性能。研究結(jié)果表明，最大爬坡度、加速時(shí)間、最高車速滿足車輛動(dòng)力性要求。

增程式電動(dòng)車；仿真；動(dòng)力匹配

0 引言

目前，電動(dòng)汽車普遍存在續(xù)航里程不能滿足長距離行駛的需求，主要原因是動(dòng)力電池的比能量不高，而且價(jià)格昂貴。為延長電動(dòng)汽車的續(xù)航里程，增程式電動(dòng)車是整車在純電動(dòng)模式下達(dá)到其所有的動(dòng)力性能，而當(dāng)車載可充電電池?zé)o法滿足續(xù)航里程要求時(shí)，打開車載輔助發(fā)電裝置（增程器）為動(dòng)力系統(tǒng)提供電能，以滿足行駛要求。

1 增程式電動(dòng)車的工作原理

增程式電動(dòng)車工作模式分為純電動(dòng)模式和增程式模式。當(dāng)電池組電量較為充足時(shí)，車輛以純電動(dòng)模式運(yùn)行，增程器不工作，電池組是唯一的能量源，電池組為電動(dòng)機(jī)提供電能來驅(qū)動(dòng)車輛；當(dāng)電池組電量不足時(shí)，增程器開啟，車輛以增程式模式運(yùn)行，增程器為電動(dòng)機(jī)提供電能來驅(qū)動(dòng)車輛。此時(shí),電池組就相當(dāng)于一個(gè)能量調(diào)節(jié)裝置，增程器發(fā)出的電能超出電動(dòng)機(jī)所需時(shí)，剩余的電能就給電池組充電；增程器發(fā)出的電能不能滿足電動(dòng)機(jī)所需時(shí)，不足的部分由電池組來提供。由于增程器不直接參與驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)可以工作于穩(wěn)定的狀態(tài)，燃油經(jīng)濟(jì)性好而且排放污染小。

2 增程器控制策略

發(fā)動(dòng)機(jī)的控制采用功率跟隨控制策略，這種控制策略是根據(jù)整車的功率需求和電池 SOC的狀態(tài)來確定發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。只有當(dāng)電池SOC大于SOCmax并且功率需求小于Pe_low時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)才關(guān)閉，其他情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)跟隨負(fù)載的功率需求。在這種控制策略下，電池能保持最佳的性能狀態(tài)。

3 某型增程式電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)匹配

3.1 增程器的選配

發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇可按汽車的目標(biāo)最高車速計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，同時(shí)也會(huì)體現(xiàn)出汽車的爬坡性能和加速性能。由最高車速-發(fā)動(dòng)機(jī)需求功率曲線可知，當(dāng)目標(biāo)最高車速為110km/h時(shí)，所需發(fā)動(dòng)機(jī)的功率為20.44kw，考慮到車輛承載其他附加部件負(fù)載，如空調(diào)、音響、大燈及輔助駕駛電機(jī)等部件消耗，所以選配的0.55L發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)：2個(gè)氣缸，排量0.55L，最大功率(kw/r/ min):47/9000，最大扭矩:（Nm/r/min)62/6000，怠速轉(zhuǎn)速1000r/ min，怠速油耗0.7L/h，發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速目標(biāo)值5000r/min,發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)功率30kw,發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)扭矩59Nm,發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)SOC下限值SOCmin為30%，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉SOC上限值SOCmax為60%。

在發(fā)電機(jī)的參數(shù)選配中，其電壓值除去電路中的消耗應(yīng)該和電池組的電壓保持一致。同理發(fā)電機(jī)的功率應(yīng)該與發(fā)動(dòng)機(jī)的功率除去消耗功率保持一致。因此，所選定的發(fā)電機(jī)功率為30kw。

3.2 Cruise整車模型

在Cruise中搭建整車模型，如圖1，并將各模塊（整車、電池、電機(jī)、主減速器、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、輪胎等）需求參數(shù)填入，通過API模塊將Cruise及搭建的Simulink控制策略聯(lián)合進(jìn)行仿真。

圖1 增程式電動(dòng)車Cruise模型

4 整車經(jīng)濟(jì)性能仿真結(jié)果

由仿真結(jié)果圖2可知，前60km為純電動(dòng)模式，電池SOC由95%降至30%，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后工作在5000rpm，為電池充電，SOC充至60%時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，進(jìn)入純電模式，發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)設(shè)定的控制策略啟動(dòng)及關(guān)閉，該控制策略下的百公里油耗為2.27 L/100km。

圖2 SOC值、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、行程與時(shí)間的關(guān)系圖

通過軟件 AVL Cruise 建立仿真模型，能夠直接得到整車經(jīng)濟(jì)性能參數(shù)，大大能夠減少實(shí)驗(yàn)的工作量，降低研發(fā)成本。但是本研究中增程式電動(dòng)車的控制方法為恒功率控制策略，將發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)一直控制在最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工況點(diǎn)，沒有考慮蓄電池充電功率，影響了蓄電池的使用壽命。

[1] 鄒淵，孫逢春，王軍等.電動(dòng)汽車用仿真軟件技術(shù)發(fā)展研究機(jī)械科學(xué)與技術(shù)[J]，機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2004，23（7）：761-764.

[2] 秦昀．增程式電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配及性能仿真［D］．哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院，2012．

Simulation Analysis of Constant Power Control Mode of Extended Electric Vehicle

Feng fan1,Huang yunxi2,Liu you3
（1.shaanxi institute of technology,Xi’an Shaanxi,710300;2.AISN Innovative Design and Manufacturing CO.,LTD,Liuzhou Guangxi,545007;3.Aisn Auto R&D CO.,LTD,Changsha Hunan,410205）

In this paper, a new energy vehicle is used to simulate the dynamic parameters matching of a new energy electric vehicle. The AVL Cruise is used as the simulation platform, and the vehicle is controlled by the constant power control strategy. Model, calculated the economic performance of the designed extended range electric vehicle. The results show that the maximum climbing speed, acceleration time and maximum speed meet the vehicle dynamic requirements.

extended range electric vehicle; simulation; dynamic matching