增程式重型商用車技術分析

田方，秦振海，耿志勇，余修濤，盧甲

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增程式重型商用車技術分析

田方，秦振海，耿志勇，余修濤，盧甲

（陜西汽車集團有限責任公司技術中心，陜西 西安 710200）

分析了增程式技術路線對于重型商用車的適應性，分析了增程式技術路線的結構與原理，通過對技術路線優勢與重型商用車的結合，給出了重型商用車采用增程式技術路線的優缺點，可為其他增程式商用汽車產品的開發及技術路線的選擇提供參考經驗。

增程式；技術路線；重型商用車；產品開發

1 研究背景和意義

汽車是人類現代文明的重要組成部分，它在快速推動現代社會急速發展的同時，也給人類帶來了如噪音、環境污染等多方面日益突出的問題。面對全球氣候變暖、環境污染的急迫形勢，節能減排已成為世界各國汽車產業的首要任務，而發展新能源汽車也便成為我國汽車工業的戰略方向和國家的重要舉措。

目前汽車行業正逐步從傳統燃油車向新能源汽車發展，我國重點支持的新能源汽車包括插電式混合動力汽車（含增程式汽車）、純電動汽車和燃料電池汽車，隨著我國新能源汽車的政策環境越來越成熟，新能源汽車正在以純電動為主，多種形式新能源汽車為補充迅速發展。

純電動重型商用汽車是由動力蓄電池組供電，電動驅動系統驅動汽車前進，雖然目前純電動汽車技術基本成熟，但是由于受制于目前的儲能材料技術水平限制，動力蓄電池組的比能量、比功率較小，帶來了車輛自重大、單次充電續駛里程短的缺點，且蓄電池的使用壽命和價格還未取得突破性進展，因此，純電動汽車的實際應用在一定程度上受到限制，針對這種情況研究增程式技術路線在現階段很有意義。

2 增程式技術路線重型商用車的結構與原理

當今世界汽車工業將進一步注重環境、資源及交通的和諧發展，而增程式技術路線是一種能夠在全天候、全路況下行駛且不必為蓄電池電力不足而擔憂的電動汽車。

增程式路線對于重型商用車在多種工況下是一種具有很大優勢的技術路線，其以動力蓄電池組為主要動力多數情況下使用純電驅動車輛行駛，輔以高效率小排量發動機為輔助動力單元（APU），發動機不直接驅動汽車，而僅用于帶動發電機發電，發動機處于效率最高的幾個點或者范圍內，提高燃料到電能的轉換效率，其電驅動動力系統結構和整車動力性能表現都接近于純電動路線；而啟動后的發動機可在最佳燃油經濟區輸出功率和扭矩，不論是采用功率點還是功率跟隨策略，均可大幅減小發動機工作范圍，提高整車燃油經濟性，避免了發動機的瞬態響應。且可針對幾個工作點與發電機控制器協同進行持續優化，進一步減小發動機的經濟性及優化排放。

增程式重型商用車一般設計思路為車輛首先依靠自身的動力電池組電量行駛，此時發動機不啟動，此時適應于城市內行走、居民區低噪音作業等多種使用環境，可實現此段工況下的低噪音和零排放；當電池電量下降到一定程度時，一般根據需求可調，自動模式可根據需求選擇至20-40%較為合適，此時啟動發動機驅動發電機發電，所產電能一般直接參與車輛的驅動，若產生的電量有富余可以存儲到動力電池中，相對純電動可實現更長時間作業、行駛及消除里程焦慮。

增程式車輛其工作模式可分為以下幾種：

第一種工作模式為純電動模式，如圖1所示的純電動模式下能量傳遞路線，發動機和發電機處于停機狀態，電池提供整車能量來源，此種工作模式下相當于一輛純電動汽車。與純電動設計思路不同，增程式的純電動行駛里程可以設置的相對較小，不必以滿足100%的運行工況電量，滿足運營過程中60-80%的工況即可，所配備的電池的電量能夠滿足車輛起步、加速、巡航、爬坡，以及驅動汽車電輔機、電空調等附件，滿足大多數情況下用戶對于零排放作業及驅動的需求能量即可。且可實現較大程度的制動能量回收，進一步提高行駛里程。

圖1 REEV純電動模式動力系統能量傳遞路線

第二種工作模式為增程模式Range-Extended，能量傳遞路線如圖2所示。在動力電池組的電量達到預設值時，增程器系統啟動，發動機一般由發電機帶動啟動，發動機熱機后運行在預設最佳效率工況下進行高效發電，主要能量用于驅動車輛行駛，多余的電量為蓄電池充電。增程模式發動機有多種工作方式，根據整車能量管理策略的不同，可以選擇發動機高效功率點模式、功率跟隨模式、高效功率點與功率跟隨模式結合，此外還有結合智能控制策略和優化能量管理算法控制等復雜控制策略模式。

圖2 REEV增程模式動力系統能量傳遞路線

3 增程式重型商用車的特點

增程式重型商用車的節油率在市區行駛及作業工況下要比相當噸位的傳統柴油車高很多，一般可達50%以上，這是因為增程式重型商用車的發動機和發電機始終在高效率下工作，其發電的功率能夠滿足車輛在市區及中低速工況下穩定行駛，最初純電動行駛時，發動機完全關閉，動力蓄電池能夠提供足夠的電能供電動機驅動車輛起動、行駛，從而避免了傳統汽車發動機在啟動、加速等工況下能量利用率低、排放差的現象，提高了燃油經濟性的同時也優化了排放。此外，動力電池組的能量存儲較大，能夠以較低放電倍率實現有效地回收再生制動能量。

綜上，增程式驅動結構是現階段解決新能源汽車技術問題最切實可行的方案之一。鑒于增程器工作的特殊性，對電動重型商用汽車的增程系統及整車控制系統提出了以下的要求：

（1）增程器系統必須穩定可靠，可快速啟動、快速熱車并進入高效發電狀態，一般采用取消發動機低壓起動機，采用高壓發電機直接帶動發動機到怠速實現增程器系統快速啟動。

（2）由于運行工況較為復雜，為提高動力系統綜合效率和降低排放的要求，要求系統處在最優工作點工作，因此發動機和發電機及其控制器匹配非常關鍵，通過動力系統能量管理策略和優化，保證達到整車需求的經濟性和動力性指標。

（3）由于增程式技術路線與純電動、燃料電池路線可在一定程度上實現模塊化設計及切換，需在設計時考慮動力系統、控制系統、高壓系統、儀表系統等多個系統及總成的通用化及模塊化設計，依此平臺為依托，擴展純電動、燃料電池技術路線，實現各個階段新能源技術的覆蓋與平臺擴展。

4 結論

增程式重型商用車是一種配有地面充電和車載供電功能的插電式混合動力汽車，它在純電動工作模式具有純電動汽車零排放、零污染等優點的同時，又兼具混合動力汽車續駛里程長、動力性強的優點。增程式技術路線是未來電動汽車發展的主要方向之一，是傳統汽車向純電動汽車平穩過渡的理想車型。

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Analysis of the range-extended technical route for heavy-duty commercial vehicle

Tian Fang, Qin Zhenhai, Geng Zhiyong, Yu Xiutao, Lu Jia

（Technical Center, Shaanxi Automobile Group Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200）

This paper analyzes the adaptability of range-extended technology in the heavy commercial vehicles, and the mechanism and principle of the range-extended technology. Combining the advantages of this technology with the characteristics of heavy commercial vehicles, the advantages and disadvantages of the range-extended heavy commercial vehicles are evaluated, which can provide reference for the development of other range-extended commercial vehicles and for the selection of technical routes.

Range-Extended; Technical route; Heavy-duty commercial vehicle; Product development

A

1671-7988(2018)18-206-03

U469.6

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1671-7988(2018)18-206-03

CLC NO.: U469.6

田方，就職于陜西汽車集團有限責任公司技術中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.18.069