增程式电动微面物流车动力系统匹配研究文献综述
2020-04-14 08:04
1．目的及意义
1.1目的与意义
随着科学技术水平不断提高以及人类社会的进步，全球化石能源的快速开发利用使化石能源的短缺现象日益严重。近年来，全球人均汽车保有量快速增长，虽然汽车给人类出行带来巨大便利，但其燃料燃烧、整车噪声、尾气排放也给人类社会环境带来巨大污染。
增程式电动汽车作为传统的燃油汽车向纯电动汽车过渡的产物，其组成的部分主要包含驱动电机、动力电池、增程器（内燃机和发电机）以及整车控制系统。增程式电动汽车不但具有传统燃油汽车的动力性能，而且还具有纯电动汽车的零排放、低噪声等优点。所以，在限定成本增长的情况下，能够大幅度的减少燃油消耗与温室气体排放，在一定程度上提升整车的舒适性的同时，又有良好的动力性与操控性，增程式电动车越发得到全球人民的认可。虽然动力耦合的减少降低了一定的能量损耗，但频繁的动力-电力转换也使效率降低。那么，选择合适的动力部件类型、配置合适的各个动力部件参数，让增程式汽车在保证动力性能的情况下拥有良好的经济性能，是我们目前需要解决的重要问题。
在理解了电机、动力电池及增程器之间的参数匹配关系，还有整车能量管理策略等都对整车油耗以及电耗都有着决定性的影响后，因此在对增程式电动汽车进行动力参数匹配设计和制定能量管理策略时，分析他们对电耗、油耗的影响，利用分析结果为整车动力系统匹配设计和能量管理策略制定提供参考。
本文选取微面物流车这一车型，参考获取整车动力参数后设计其电机、电池及增程器规格，并进行仿真验证和调整，最终得到最佳匹配数据，以保证在动力性能达标的情况下有较好的经济性。
1.2国内外研究现状
对于增程式电动汽车的研发，国外起步更早技术更先进。在2007年8月的底特律车展上，雪佛兰就公布了其首款增程式概念车沃兰达。雪佛兰使用了其自主研发的Vohec电力驱动技术，其Ｔ型锂离子电池可以用普通家用的电源进行充电，沃兰达的纯电动续航就可以达到了80km，这可以满足绝大多数人的日常行驶需求[1]。当电量不足时，其1.4T的发动机就会启动，发动机不会直接输出机械扭矩，而是驱动发电机生成电能提供给驱动动机来输出扭矩。其总的续驶里程达到500km以上。奥迪Ale-Tron增程版的纯电动续航可以达到50km，一旦行程超过50km，安装在行李舱下方的小型发动机就会启动并对蓄电池进行充电，增加车辆续驶行程[2]。目前欧洲的增程式电动汽车还有沃尔沃的宝马i3增程版和C30以及菲亚特500等。日本是石油一个完全依赖进口的国家，但它的增程式电动汽车研究自上世纪90年代就开始了，并且获得了较好的成果。在2013年，马自达公司推出了马自达2增程式电动汽车。目前由日本开发的增程式电动汽车还有铃木Swift Range Extender增程式电动车等[3]。
增程式电动汽车在国内的发展起步较晚，但国家不断出台新的政策，推动国内企业也越发重视研发增程式电动汽车。例如：奇瑞公司基于A5平台开发了A21增程式电动汽车，基于S18平台开发了瑞麟M1。在2014年的北京车展上，北汽集团推出了E150增程式电动汽车，在综合工况下，该车的续驶里程可以达到400km。国内第一款量产的增程式电动汽车传祺GA5由广汽集团于2015年推出，该车纯电动续航达到80km，总的续驶里程超过600km[4]。基于帝豪EC系列，吉利汽车研发了增程式车型帝豪GPES-EC7。除此之外，国内多家公司厂商也进行了增程式电动汽车的研发及测试工作[5-6]。其中包括一汽B50增程式、中华H530增程式、长城H6增程式、江淮iREV增程式等。
维多利亚大学Leon Zhou等人为了提高整车性能，将降低增程式电动汽车大负荷工况下对发动机的依赖作为前提，重新布置了动力传动系统，并在三种环境下（MIL、SIL、HIL）进行测试[7]。美国通用汽车公司的Arun M.Joshi,Hesham Ezzat等人研究分析紧凑型增程式电动汽车时发现，整车质量是影响能量利用率的一个主要影响因素，得到了在保证恒定储能的前提下，对整车质量进行优化可以增加行驶里程的结论[8]。德国马勒集团动力系统有限公司的Michael Bassett等人搜集了大量中大型车的行驶资料，对汽车的不同运行工况数据进行统计分析，以成本低、体积小、重量轻、NVH良好作为目标，进行增程式电动汽车发动机设计[9]。美国通用公司在专利《Low Content Extended-Range Electric Vehicle Powertrain》中，改良了普通的增程式电动汽车动力系统，并重新设计其结构，让其拥有功率分配模式、串联模式等其他改良款汽车不具备的优点[10]。
同济大学的周苏等使用Matlab/Simulink与Cruise软件对增程式电动汽车动力系统进行建模与仿真，通过实验对比选择出效率最高的发动机定点工作控制策略并设计匹配动力系统部件[11]。周炜冬充分分析了汽车的动力性指标，对比了不同关键部件匹配下的性能，再分析各组合的优势，选出其中的最优搭配，并使用Advisor软件验证该组合下增程式汽车的动力性与经济性[12]。辽宁工业大学陈长红由整车性能参数，设计和匹配动力系统主要组成部件及传动比，并通过Cruise软件完成动力系统模型搭建，最终对整车动力性能进行了仿真验证[13]。长安大学的龚贤武等利用Matlab/Simulink与Advisor对最高车速、最大爬坡度、最高加速度等参数进行优化，确定更合理的增程器和电池参数，提高了整车动力性、经济性与续航时间[14]。吉林大学王宾宾基于选定的城市客车的运行工况，完成了对动力电池、驱动电机、增程器等的参数设计及匹配，并且对整车动力性指标和经济性指标进行了校核[15]。刘青等以某电动车为目标车辆，依据增程式电动汽车的结构与原理，对该车辆进行动力系统参数匹配。利用ADVISOR仿真软件建立模型，然后在各种循环工况下进行纯电动行驶里程、整车动力性能与燃油经济性能测试。最终结果显示该车辆设计合理，各项性能都达到了设计要求[16]。
{title}2. 研究的基本内容与方案
{title}2．研究的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施
2.1 基本内容
1).研究微面物流车的运行工况。
2).根据工况，研究最小电池配置及增程器配置。
3).计算动力性和经济性。
4).对动力系统进行仿真验证。
2.2 研究目标
参考获取整车动力参数后设计其电机、电池及增程器规格，并进行仿真验证和调整，最终得到最佳匹配数据，以保证增程式电动微面物流车在动力性能达标的情况下有较好的经济性。
