關(guān)于里程延長式電動汽車關(guān)鍵技術(shù)分析

何賢亮

摘 要：隨著電動汽車關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，推進(jìn)了里程延長式電動汽車在人民生活中的應(yīng)用，通過對里程延長式電動汽車的輔助動力單元的結(jié)構(gòu)分類進(jìn)行闡釋，探究了里程延長式電動汽車關(guān)鍵的技術(shù)，為電動汽車的研究提供借鑒。

關(guān)鍵詞：里程延長式；電動汽車；關(guān)鍵技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.210

里程延長式電動汽車以高效、環(huán)保、零排放的特征成為下一代電動汽車發(fā)展的重要趨勢，它不僅具有純電動汽車高效、節(jié)能的特征，同時還有傳統(tǒng)汽車?yán)m(xù)航里程的優(yōu)勢。在城市積極推進(jìn)新能源汽車、混合動力汽車等新型節(jié)能汽車的背景下，里程延長式電動汽車也成為未來城市節(jié)能汽車發(fā)展的重要趨勢之一，也將能夠滿足人們?nèi)粘３鲂械男枰瑢⒊蔀槌鞘芯用裰匾拇焦ぞ?。但是，里程延長式電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)還不能滿足人們遠(yuǎn)距離出行的需要，續(xù)航能力弱成為里程延長式電動汽車發(fā)展的瓶頸，需要在研究中不斷地突破其關(guān)鍵技術(shù)，以滿足人們的需求。

1 里程延長式電動汽車輔助動力單元（APU）的設(shè)計

里程延長式電動汽車的核心單元是輔助動力單元，如何有效的設(shè)計輔助動力系統(tǒng)，是提高里程延長式電動汽車?yán)m(xù)航的重要途徑。由于里程延長式電動汽車屬于插電式電動汽車一種，這種輔助動力單元主要由以下三種形式。

1.1 串聯(lián)構(gòu)型的輔助動力單元（APU）

它主要由輔助動力單元、儲能裝置等設(shè)備構(gòu)成，在工作的過程中，由發(fā)動機(jī)驅(qū)動電機(jī)發(fā)電，并將電能通過線路控制器傳輸電動機(jī)中，由電動機(jī)驅(qū)動電動汽車的驅(qū)動裝置，驅(qū)動汽車運行。當(dāng)汽車處于低速、爬坡等做功的狀態(tài)下，可以由蓄電池組向電動機(jī)供電來驅(qū)動汽車運行。串聯(lián)構(gòu)型輔助動力單元（APU）能有效的與汽車的機(jī)械結(jié)構(gòu)耦合，保證發(fā)動機(jī)、電動機(jī)具有較高的功率工作，而且整車的儲能容量較大，系統(tǒng)容易控制，能輕松的實現(xiàn)無級變速的功能，但是該技術(shù)要的整車質(zhì)量較重，制造的成本比較高。

1.2 并聯(lián)構(gòu)型的輔助動力單元（APU）

它主要是將發(fā)動機(jī)與電動機(jī)進(jìn)行并聯(lián)完成驅(qū)動過程的結(jié)構(gòu)，并聯(lián)構(gòu)型輔助動力單元的發(fā)動機(jī)與電動機(jī)分屬兩套系統(tǒng)，可以分別獨立地向汽車傳動系提供扭矩，當(dāng)汽車在爬坡、平路、加速、不平的路面上可以選擇共同驅(qū)動或者單獨驅(qū)動的方式進(jìn)行工作。當(dāng)汽車加速爬坡、重載時，電動機(jī)和發(fā)動機(jī)能夠同時向傳動機(jī)構(gòu)提供動力，為汽車提供穩(wěn)定的動力源，在汽車達(dá)到巡航速度后，發(fā)動機(jī)就能夠保證汽車的行駛速度，采用并聯(lián)構(gòu)型，汽車的電動機(jī)還能夠作為發(fā)電機(jī)使用，可以有效的平衡發(fā)動機(jī)的荷載，還能夠促進(jìn)發(fā)動機(jī)高效的工作。并聯(lián)構(gòu)型輔助動力單元（APU）的結(jié)構(gòu)類型比較多。

并聯(lián)構(gòu)型的輔助動力單元（APU）的汽車發(fā)動機(jī)與機(jī)車的機(jī)械系統(tǒng)能夠有機(jī)的耦合，能夠降低發(fā)動機(jī)的工作功率，實現(xiàn)發(fā)動機(jī)的快速啟停功能，整車的質(zhì)量較輕、性能較好，車輛的成本也比較低，但是并聯(lián)構(gòu)型的輔助動力單元（APU）的構(gòu)型比較復(fù)雜，不容易實現(xiàn)無極變速的功能。

1.3 混聯(lián)構(gòu)型復(fù)輔助動力結(jié)構(gòu)

混聯(lián)構(gòu)型的復(fù)輔助動力主要由發(fā)動機(jī)、電動/發(fā)電機(jī)和驅(qū)動電動機(jī)三大動力結(jié)構(gòu)組成，主要特點是將串聯(lián)構(gòu)型和并聯(lián)構(gòu)型結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢結(jié)合在一起，將發(fā)動機(jī)的動力系統(tǒng)與車輛的動力系統(tǒng)結(jié)合一起進(jìn)行工作，該種輔助動力結(jié)構(gòu)的電動機(jī)/發(fā)動機(jī)主要安裝在發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)軸上，在工作時，發(fā)動機(jī)飛輪與起動機(jī)同時共同作用，能夠保持發(fā)動機(jī)穩(wěn)定的運行，而且也能夠給電動機(jī)發(fā)電?；炻?lián)構(gòu)型的結(jié)構(gòu)也有多種方式。采用混聯(lián)構(gòu)型輔助動力結(jié)構(gòu)具有串聯(lián)與并聯(lián)構(gòu)型輔助動力結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，可以有效的利用行星齒輪組來自動分配動力，能夠自動的實現(xiàn)車輛的自動變速功能，提高了整車的性能，有利于收集汽車的制動能量，提高汽車能量的使用效率。

2 驅(qū)動電機(jī)控制技術(shù)的設(shè)計

驅(qū)動電機(jī)控制技術(shù)是電動汽車的核心技術(shù)，它的性能、效率與控制效果直接影響著整個電動汽車的性能，一般地，電氣驅(qū)動系統(tǒng)主要由驅(qū)動電機(jī)、電路與驅(qū)動電機(jī)控制技術(shù)構(gòu)成，驅(qū)動電機(jī)在電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)中具有十分重要作用，決定電氣系統(tǒng)質(zhì)量的好壞，而電動汽車有直流與交流兩種驅(qū)動電機(jī)。

2.1 直流電機(jī)控制技術(shù)

直流電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、換向器和電刷都組件構(gòu)成，在電機(jī)通電后，在定子與轉(zhuǎn)子之間形成磁場，通過轉(zhuǎn)子之間的運動做功，帶動電機(jī)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動電動汽車的電氣驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行工作。直流電機(jī)的控制技術(shù)比較簡單，能夠電機(jī)具有優(yōu)良的電磁轉(zhuǎn)矩控制特點，性能較好。根據(jù)直流電機(jī)控制的應(yīng)用技術(shù)，可以將制動電機(jī)控制技術(shù)分析：串勵直流電機(jī)、他勵直流電機(jī)、永磁（有刷）直流電機(jī)控制系統(tǒng)三種類型，目前，這三中技術(shù)在電動汽車中還有大量的應(yīng)用。但是，直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，需要機(jī)械換向技術(shù)，而且電刷需要經(jīng)常維護(hù)，產(chǎn)生的電火花會對直流電動機(jī)的磁場產(chǎn)生干擾，而且在汽車高速行駛時容易出現(xiàn)環(huán)火，而且直流電機(jī)的體積比較大，防護(hù)效果較差。

2.2 交流電機(jī)驅(qū)動控制技術(shù)

交流驅(qū)動電機(jī)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，它包括多種控制技術(shù)如各種標(biāo)量控制、矢量或磁場定向控制、智能控制結(jié)構(gòu)等控制技術(shù)。隨著矢量控制理論與技術(shù)的研究日趨成熟，對交流電機(jī)的驅(qū)動控制技術(shù)也日漸完善，交流電機(jī)驅(qū)動控制技術(shù)在電動汽車上的應(yīng)用也日漸成熟。矢量控制技術(shù)系統(tǒng)主要運用與在線分析與辨別電機(jī)的工作參數(shù)，具有參數(shù)自動適應(yīng)的功能，能夠有效的平衡驅(qū)動電機(jī)的多變量、非線性、強(qiáng)耦合的特性，保證驅(qū)動電機(jī)的穩(wěn)定性。變結(jié)構(gòu)控制（VSC）技術(shù)在電機(jī)驅(qū)動電氣系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠穩(wěn)定電氣驅(qū)動系統(tǒng)能夠參數(shù)不確定的情況，對控制外部磁場的干擾具有良好的效果，還能夠有效的抑制電氣驅(qū)動系統(tǒng)的噪聲，在穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的情況下，可以保證電氣驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)、靜態(tài)優(yōu)良品質(zhì)，抑制汽車運行時出現(xiàn)的抖動情況，有效改善電機(jī)運行系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈的抖動問題。

2.3 自動變速器及驅(qū)動電機(jī)集成技術(shù)

由于里程延長式電動汽車對動力電池的性能要求較高，并且系統(tǒng)還需要有外接自動充電裝置，有效的延長了電動汽車的續(xù)航能力，而且在節(jié)油、節(jié)能與排放方面具有明顯的優(yōu)越性。通過自動變速器與驅(qū)動電機(jī)集成技術(shù)的設(shè)置，可以有效的提高電動汽車的性能，增加汽車的里程續(xù)航能力。

（1）自動變速技術(shù)。自動變速技術(shù)功能的實現(xiàn)主要是采用行星齒輪式結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的，通過充分發(fā)揮電機(jī)的效率，通過對變速器中的各個齒輪的參數(shù)，例如行星齒輪、主減速齒輪的齒輪數(shù)、模數(shù)進(jìn)行調(diào)整，就可以有效的調(diào)整傳動比與驅(qū)動電機(jī)的輸出扭矩和速度，進(jìn)而能夠達(dá)到自動變速的效果。與燃油動力汽車中使用的DCT檔位一樣，里程延長式電動汽車采用的換擋規(guī)律與然后動力車一樣，驅(qū)動電機(jī)本身具有可以調(diào)節(jié)扭矩輸出功能，這樣就使得汽車的起步控制比較簡單，實現(xiàn)汽車的自動變速功能。同時采用PLC控制功能或者PID控制，來采集汽車電門得開度與汽車發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)行就能夠自動的判定汽車的升降檔位的功能。

（2）驅(qū)動電機(jī)集成技術(shù)。1）汽車整車集成技術(shù)。整車集成技術(shù)主要包括電機(jī)、發(fā)動機(jī)和變速箱一體化集成技術(shù)。首先由發(fā)動機(jī)為汽車的發(fā)電系統(tǒng)提供動力源，當(dāng)汽車的電源電力不足時，發(fā)電系統(tǒng)能夠為電源補(bǔ)充電力，電機(jī)系統(tǒng)與變速系統(tǒng)整合為一體，為電機(jī)系統(tǒng)提供檔位變速，使得電機(jī)的輸入扭矩能夠在最大范圍工作，同時變速系統(tǒng)還為汽車發(fā)電機(jī)提供驅(qū)使的條件，當(dāng)電機(jī)系統(tǒng)不能有效推動汽車工作時，汽車發(fā)動機(jī)能夠自動工作。2）動力輸出系統(tǒng)集成。動力輸出系統(tǒng)主要由電機(jī)系統(tǒng)和變速系統(tǒng)構(gòu)成，主要由電磁優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)、電磁總成控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制算法系統(tǒng)、抗干擾系統(tǒng)、汽車自動變速系統(tǒng)、油電動力混合系統(tǒng)等構(gòu)成。3）里程延長器系統(tǒng)。里程延長器主要集成與汽車的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中，它的功能主要是彌補(bǔ)汽車電池容量不足的情況，當(dāng)汽車的電機(jī)動力下降時，采用里程延長器系統(tǒng)為汽車補(bǔ)充能源。在汽車采用小負(fù)荷狀態(tài)進(jìn)行工作時，電機(jī)所需要的電能可以由里程延長器提供能量，如果驅(qū)動電動的工作負(fù)荷低于里程延長器的電能時，多余的電能就會存儲在電池中，直到將蓄電池充滿能量為止。同樣，如果驅(qū)動電機(jī)的工作負(fù)荷高于里程延長器提供的電力負(fù)荷，那么驅(qū)動電機(jī)不足的能量將會有蓄電池提供。為了彌補(bǔ)電池容量的不足以及隨著汽車運行時間的增加而電機(jī)動力的下降，額外采用一套能源補(bǔ)給系統(tǒng)，即里程延長器。

3 結(jié)束語

里程延長式電動汽車是未來汽車發(fā)展的重要方向之一，具有高效、節(jié)能的優(yōu)勢。在對電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，需要綜合考慮電動汽車的里程延長功能、汽車的加速功能、汽車的爬坡性能，才能有效的對電動汽車的電氣驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行有效的分析。隨著電動汽車研究的關(guān)鍵技術(shù)的成熟，汽車的整體性能也將會大大的提高，也會得到更為廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓斐，黎蘇.里程延長型電動汽車實現(xiàn)方法探究[J].上海汽車.2012（11）.

[2]張文亮，武斌等.我國純電動汽車的發(fā)展方向及能源供給模式的探討[J].西安交通大學(xué)學(xué)報，2013（4）.

[3]何洪文.電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)動力特性分析[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2013（3）.

[4]楊為探，孫逢壽.串聯(lián)型混合動力汽車動力系統(tǒng)設(shè)計與仿真[J].車輛與動力技術(shù)，2015（4）.