带增程器的纯电动汽车动力系统设计
增程式电动车结构原理
增程式电动车结构原理
增程式电动车是一种结合了纯电动车和传统燃油车优点的混合动力汽车。
它的主要结构包括以下几个部分:
1. 纯电动驱动系统
增程式电动车的主要动力来源是电动机和电池组。
电动机通过电池组供电驱动车辆行驶,可实现零排放。
电池组的容量决定了纯电动模式下的行驶里程。
2. 发电机/发动机组
当电池电量较低时,增程式电动车上的小型发动机(通常为汽油发动机或燃料电池)启动,为电池组提供动力,延长了整车的续航里程。
发动机并不直接为车轮提供动力,而是通过发电机产生电能为电池组充电。
3. 电力分配系统
电力分配系统负责管理和分配电池组、发电机和电动机之间的电能流动。
它可根据行驶需求和电池电量状况,自动选择合适的工作模式(纯电动模式或混合模式)。
4. 能量回收系统
增程式电动车通常配备能量回收系统,利用制动时的动能对电池组进行补充充电,提高能源利用效率。
增程式电动车的优势在于结合了纯电动车的环保性和燃油车的长续航里程。
在纯电动模式下可实现零排放,而混合动力模式则可显著延
长整车的行驶里程。
同时,它避免了传统混合动力车复杂的机械连接,结构更加紧凑。
增程汽车的原理
增程汽车的原理
增程汽车，全称为增程式电动汽车。
其工作原理主要如下：
一、动力系统组成
增程汽车主要由动力电池、驱动电机、增程器（通常由发动机和发电机组成）等部分组成。
二、工作模式
纯电行驶模式
在电池电量充足的情况下，增程汽车可以像纯电动汽车一样，仅依靠动力电池提供的电能，通过驱动电机驱动车辆行驶。
此时，增程器不工作。
这种模式下，车辆具有零排放、低噪音的优点，适用于城市内短途行驶。
增程模式
当动力电池电量下降到一定程度时，增程器启动。
发动机运转带动发电机发电，所产生的电能一部分直接供给驱动电机驱动车辆行驶，另一部分则为动力电池充电。
增程器的工作可以延长车辆的续航里程，消除用户的里程焦虑。
同时，由于发动机始终在较为高效的转速区间运行，可以提高燃油经济性。
制动能量回收模式
在车辆制动或减速时，驱动电机转换为发电机模式，将车辆的动能转化为电能并存储到动力电池中，实现能量回收，提高能源利用效率。
三、优势
解决里程焦虑
相比纯电动汽车，增程汽车在电池电量耗尽后可以通过增程器发电继续行驶，无需担心找不到充电桩而无法行驶的问题。
降低排放
增程器可以在最佳工况下运行，相比传统燃油汽车，能够减少尾气排放，对环境更加友好。
驾驶体验好
由于主要依靠电机驱动，增程汽车具有纯电动汽车的加速快、噪音低等优点，提供更加舒适的驾驶体验。
总之，增程汽车通过结合纯电动汽车和传统燃油汽车的优势，为用户提供了一种新的出行选择。
增程式电动汽车动力传动系统设计与仿真
基本参数 长×宽×高 前/后轮距（mm） 整车整备质量 空气阻力系数 车轮滚动半径
传动效率
表1 增程式电动汽车整车参数表
参数值
基本参数
3560×1600×1670
轴距（mm）
1360/1355
最大承载质量
1500kg
主减速比
0.3
迎风面积
0.2768
根据整车基本参数及动力性要求增设了2档变速器，通过对动力传动系统方案确定，三大动力
源发动机、电动机、蓄电池的参数匹配，机械传动部分变速器、主减速器和差速器进行了设
计，最后利用CRUISE软件仿真建模，结果表明：在原车型上增设2挡变速器后，加速性能有较
好的提高。
关键词：增程式电动汽车；续驶里程；动力系统；2档变速器
2 动力系统参数设计
2.1 发动机的选择 增程器发动机是增程式电动汽车动力传动系统的
重要组成部分，在选择时要充分考虑发动机的特性及功 率，汽车的爬坡性能和加速性能可以由汽车的最高车速 来体现[7]。因此常根据汽车行驶过程中能达到的最高车 速来初步选择发动机最大功率，此时最大功率[2]应满足 式(5)。
去除了离合器等一些机械
结构部件。本文以无变速 器的增程式电动汽车某原 车型为基础，从工程实践
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出发，通过对动力系统的
理论计算，加装2挡变速 器的改装并进行参数化设
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计，为增程式电动汽车动
力系统的构成提供参考。
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1 增程式电动汽车
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的基本结构
设计，首先考虑的是要满足汽车的动力性。为进一步提 高增程式电动汽车的动力性，本文研究的增程式电动汽 车是在原车型基础上增设2挡变速箱，主要由发动机、 发电机、发电机控制器、整流器、蓄电池组、数模转换 器、电机控制器、驱动电动机以及2挡变速器、主减速 器、差速器等构成，如图1所示。
增程式电动车原理
增程式电动车原理随着环保意识的提高和能源危机的加剧，电动车已经成为了一种越来越受人们欢迎的交通方式。
与传统的燃油车相比，电动车具有无污染、低噪音、低维护成本等优点。
但是，电动车的续航里程一直是制约其发展的一个瓶颈。
为了解决这个问题，一种新型的电动车——增程式电动车应运而生。
增程式电动车是一种将传统的电动车与发动机结合起来的新型车型。
它采用了类似于混合动力车的设计，通过发动机驱动发电机发电，为电动车提供额外的电力，从而延长车辆的续航里程。
增程式电动车的工作原理主要分为以下几个方面：1.发动机发电增程式电动车的核心部件是发动机和发电机。
发动机驱动发电机发电，为电动车提供额外的电力。
发动机通常采用燃油发动机，但也有部分车型采用柴油发动机。
发电机则负责将发动机产生的机械能转化为电能，为电动车的电池充电。
2.电动车驱动增程式电动车的电动驱动系统和传统的电动车没有什么区别。
它由电动机、电池和控制系统组成。
电动机通过电池供电产生动力，从而驱动车辆前进。
控制系统则负责控制电动机的转速和转矩，以及对电池的充电和放电进行管理。
3.发动机启动与停止为了保证增程式电动车的电池能够得到最充分的充电，发动机通常会在电池电量较低时启动，为电动车提供额外的电力。
当电池电量充足时，发动机会自动停止，以避免浪费燃料和造成环境污染。
4.能量回收与传统的电动车一样，增程式电动车也可以通过能量回收系统将制动能量转化为电能，为电池充电。
这种能量回收系统通常被称为KERS系统（Kinetic Energy Recovery System）。
总的来说，增程式电动车是一种充分利用传统燃油发动机和电动技术的新型车型。
它不仅可以延长电动车的续航里程，还可以减少对环境的污染。
在未来，随着技术的不断进步和成本的不断降低，增程式电动车将成为一种更为普及的交通方式。
增程式电动汽车结构及工作模式分析
增程式电动汽车结构及工作模式分析增程式电动汽车，又称为插电式混合动力汽车，是一种集纯电动汽车和传统燃油汽车优点于一身的新型汽车。
它采用电力驱动车辆在短途行驶时，并通过燃油发动机为电池充电，以提供较长的续航里程。
其结构和工作模式分析如下：一、结构分析：1.电动机：增程式电动汽车拥有一台或多台电动机，负责提供车辆的动力。
电动机通常位于车辆的前部或后部，并与车辆的传动系统连接。
它可以根据驾驶员的需求提供动力，也可以作为发电机充电电池。
2.燃油发动机：为了提供车辆较长的续航里程，增程式电动汽车通常配备一台燃油发动机，用于为电池充电。
燃油发动机通常与发电机相结合，以便在需要时生成电能。
3.电池组：电池组是增程式电动汽车最关键的部件之一，负责存储电能以供电动机使用。
电池组通常由多个电池模块组成，并位于车辆底盘或后备箱内。
常用的电池技术包括锂离子电池和镍氢电池。
4.控制系统：增程式电动汽车的控制系统用于管理电动机和燃油发动机的工作，以确保优化的驾驶性能和燃油经济性。
控制系统还包括车辆的电子控制单元（ECU），以监测和调节车辆的各项功能。
5.充电系统：增程式电动汽车的充电系统包括电池充电器和充电插口，用于将外部电源的电能转化为可供电池组使用的电能。
充电系统通常与车辆的控制系统相连接，以监测电池的充电状态和调节充电速度。
6.能量回收系统：为了提高车辆的能源利用率，增程式电动汽车通常配备能量回收系统，用于将车辆制动时产生的能量转化为电能并储存到电池中。
这个过程称为再生制动，可以减少制动过程中能量的浪费，并提供额外的驱动能量。
二、工作模式分析：1.纯电动模式：当电池充满电时，车辆可以在纯电动模式下运行，只使用电动机提供的动力。
在这种模式下，车辆零排放，驾驶体验静音且平顺。
纯电动模式适用于短途行驶，如城市通勤或购物。
2.混合动力模式：当电池电量降低时，燃油发动机会启动并转动发电机，为电池充电，并直接或间接地为电动机提供动力。
增程式电动汽车动力系统及参数匹配
增程式电动汽车动力系统及参数匹配作者：张宇段俊法来源：《河南科技》2018年第04期摘要：增程式汽车是一种配有充电插口和具备车载供电功能的纯电能驱动的电动乘用汽车，具有结构简单、电机直驱、易于维修保养等优点。
基于此，本文首先分析增程式电动汽车的工作模式，然后在满足整车动力性能的前提下，根据整车动力总成的特点，提出对整车零部件参数匹配的方法。
关键词：增程式电动汽车；动力系统；参数匹配中图分类号：U469.72 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）04-0104-03The Power System and Parameters of Extended-RangeElectric Vhicle MatchZHANG Yu DUAN Junfa（North China Water Conservancy and hydropower University，Zhengzhou Henan 450011）Abstract： The extended range vehicle is a pure electric power driven electric passenger car equipped with charging socket and vehicle power supply function. It has the advantages of simple structure， direct drive motor， easy maintenance and so on. Based on this， this paper first analyzed the working mode of the extended range electric vehicle， and then， on the premise of meeting the vehicle's dynamic performance， and put forward the matching method of vehicle parts parameters according to the characteristics of the vehicle powertrain.Keywords： extended-range electric vhicle；power system；parameter match1 研究背景随着全球能源枯竭、环境污染的加深，各国政府以及各大车企均加大对汽车行业的探索，对汽车行业进行深入改革，寻求一种节能、高效、环保的新型汽车以缓解能源与环境问题[1-3]。
带增程器的纯电动汽车动力系统设计说明
带增程器的纯电动汽车动力系统设计前言众所周知，我国在传统内燃机汽车方面一直落后于发达国家，有很多关键技术依赖于发达国家的汽车企业，常常被别人牵着鼻子走，这也造成了我国汽车行业长期处在一种低水准、高成本的模式下运作，非常不利于我国汽车行业的正常发展。
目前全球汽车行业正处于转型阶段，由于石油资源的短缺和环境的日益恶化，使得人们不得不考虑从传统内燃机汽车向新能源电动汽车转型，这也给我国汽车行业带来了发展契机，大力发展新能源电动汽车，掌握其关键技术，就能让我国汽车企业在未来的全球竞争中占得先机，在汽车行业占据领先地位。
1电动汽车及Range - Extender简介电动汽车具有高效、节能、低噪声、零排放等显著优点，在环保和节能方面具有不可比拟的优势。
目前电动汽车技术的研发已成为各国政府和汽车行业的热点。
电动汽车指全部或部分用电能驱动电动机作为动力系统的汽车。
它包括燃料电池电动汽车（FCEV）、混合动力电动汽车（HEV）和纯电动汽车（BEV）3种类型。
其中纯电动汽车（Battery Electric Vehicle）发展时间最长，曾被全球汽车企业广泛看好，从20世纪70年代至今，可以说比其他类型电动汽车的发展时间都长，经验也丰富，开发成本也较低。
但由于目前蓄电池储能有限，纯电动汽车存在一次充电后续驶里程短的问题。
考虑采用在纯电动汽车上加装一个增程器（Range-Extender）的方法来增加纯电动汽车的续驶里程。
增程器（Range-Extender）是为了增加纯电动汽车行驶里程而加装在纯电动汽车上的一个附加储能部件。
通常用户可以在出行时根据行驶里程需求自行选择安装或者不安装（降低车重，可以减少能量消耗）。
增程器的形式通常有：小型发电机、蓄电池和燃料电池等。
而由于增程器的工作特点，通常对其性能有如下要求：（1）要求系统可靠，长时间待机后可以立刻进入工作状态；（2）由于工况单一，要求对工作点进行较好的优化以降低系统成本，提高效率。
增程式纯电驱动汽车动力系统研究
定 功率 和 开发 目标 给定 的纯 电动 汽 车续驶 里 程来 计
算 蓄 电池组 功率 和 能量 容量 。 动 力 蓄 电池 功率 容量 ：
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式 中 ， 为整 车质量 ； 为滚动 阻 力系 数 ； ｍ 厂 Ｐ 为空气 密
汽 技 术
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ｔｎ ｅ — ａ ｇ ｌ ｔｃＶ ｈｃｅ Ｅ Ｒ Ｖ） 其 基 础 是 ｅ ｄ ｄ Ｒ ｎ ｅＥｅ ｒ ｅ ｉ ， — Ｅ ． ｃｉ ｌ
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够提 供 电能 时 ， 以纯 电动 汽车 模式 运行 ， 同时带有 一
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带增程器的纯电动汽车动力系统设计
时间:2010-10-28 13:24来源:同济大学
引入Range-Extender（增程器）概念，阐述纯电动汽车前期开发过程中动力系统参数的设计过程，旨在为纯电动汽车动力系统参数开发提供参考。
0 前言
众所周知，我国在传统内燃机汽车方面一直落后于发达国家，有很多关键技术依赖于发达国家的汽车企业，常常被别人牵着鼻子走，这也造成了我国汽车行业长期处在一种低水准、高成本的模式下运作，非常不利于我国汽车行业的正常发展。
目前全球汽车行业正处于转型阶段，由于石油资源的短缺和环境的日益恶化，使得人们不得不考虑从传统内燃机汽车向新能源电动汽车转型，这也给我国汽车行业带来了发展契机，大力发展新能源电动汽车，掌握其关键技术，就能让我国汽车企业在未来的全球竞争中占得先机，在汽车行业占据领先地位。
1 电动汽车及Range - Extender 简介
电动汽车具有高效、节能、低噪声、零排放等显著优点，在环保和节能方面具有不可比拟的优势。
目前电动汽车技术的研发已成为各国政府和汽车行业的热点。
电动汽车指全部或部分用电能驱动电动机作为动力系统的汽车。
它包括燃料电池电动汽车（FCEV）、混合动力电动汽车（HEV）和纯电动汽车（BEV）3种类型。
其中纯电动汽车（Battery Electric Vehicle）发展时间最长，曾被全球汽车企业广泛看好，从20世纪70 年代至今，可以说比其他类型电动汽车的发展时间都长，经验也丰富，开发成本也较低。
但由于目前蓄电池储能有限，纯电动汽车存在一次充电后续驶里程短的问题。
考虑采用在纯电动汽车上加装一个增程器（Range-Extender）的方法来增加纯电动汽车的续驶里程。
增程器（Range-Extender）是为了增加纯电动汽车行驶里程而加装在纯电动汽车上的一个附加储能部件。
通常用户可以在出行时根据行驶里程需求自行选择安装或者不安装（降低车重，可以减少能量消耗）。
增程器的形式通常有：小型发电机、蓄电池和燃料电池等。
而由于增程器的工作特点，通常对其性能有如下要求：
（1）要求系统可靠，长时间待机后可以立刻进入工作状态；
（2）由于工况单一，要求对工作点进行较好的优化以降低系统成本，提高效率。
相比纯电动汽车，带Range-Extender 的电动汽车在行驶里程方面有很大的优势，相比传统油电混合动力汽车，带Range-Extender的电动汽车在排放方面优点十分突出，而相比新型电电混合动力汽车，带Range-Extender 的电动汽车以蓄电池驱动为主，更偏向于纯电动驱动，因此也可视其为从混合动力驱动向纯电动驱动的一种过渡方法。
2 动力系统总体规划
带有Range-Extender 的纯电动汽车动力系统结构大致如图1所示。
设计车辆的动力系统往往要先确定车辆的整车性能指标。
车辆的整车性能中与动力系统相关的指标主要包括：动力性、经济性、排放等，对于电动汽车还要确定其一次充电后的行驶里程。
车辆的动力性能通常采用最高车速、最大爬坡度和加速性能来衡量。
经济性是通过车辆的百公里油（能）耗来衡量。
排放则是通过百公里排放的污染物来衡量。
首先根据开发目的和国家法规标准来确定待开发车辆的动力性能指标，其中加速性能用汽车从静止加速到某一速度所需的时间来确定，通
常使用0~100km/h 的加速时间来评价汽车的加速性能。
在确定了待开发车辆的动力性能要求之后，根据上述3个动力性能指标来确定驱动系统的参数，对于电动汽车即确定驱动电机的参数。
根据行驶里程的要求可以确定车辆储能部件的参数，对于电动汽车即确定蓄电池的电量。
纯电动工况下为零排放，故只需考虑Range-Extender 的排放问题。
3 选择驱动电机
理想车用电机的特性可以用图2表示。
转折转速n b以下以T max恒转矩运行，以上以W b恒功率运行。
电机输出特性与车辆行驶时车速范围宽、低速转矩大的要求相一致。
根据上述分析，需要确定的电机性能参数包括：最大功率、最高转速、转折转速、额定功率等。
下面通过分析车辆在不同工况下的受力情况和能量转换设计电机参数。
3 . 1 确定电机最大功率
（1）最高车速工况
整车力平衡方程：
F t = F f + F w（1）
汽车驱动力：F t；
滚动阻力： F f = m·g·f ；
空气阻力： F w = C d AV2 / 21.15，
风阻系数： C d，
汽车车速： V ，
迎风面积： A ，
滚动阻力系数：f。
汽车以最高车速行驶所需要的电机功率：
P t = F t·V max（2）
（2）最大爬坡工况
整车力平衡方程：
F t = F f + F w + F p（3）
坡道阻力： F p = m 2·g·sinα
P 2 = F t·V b（4）
3.2 确定电机最高转速
需要先选择传动系统总传动比：i。
n max = V·I /（0.377× r）（5）
车轮半径： r。
3. 3 确定电机转折转速
转折转速对应电机恒转矩工况向恒功率工况转换时的车速，即对应于恒转矩工况时的最大转速。
3. 4 校核加速时间
加速过程通常分为恒转矩和恒功率两个阶段。
恒转矩阶段整车驱动力：F t1 = T max / V b
转折转速时的车速： V b
恒功率阶段整车驱动力：F t2= W b / V
因此整车加速时间：
4 选择储能电池
通常按照以巡航车速完成所要求行驶里程所需要的能量来确定储能电池电量。
作为纯电动汽车动力电池的常见类型为铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池、锂电池、磷酸铁锂电池等。
其中磷酸铁锂电池也是一种锂电池，其比能量不到钴酸锂电池的一半，但是其安全性高，循环次数能达
到2000 次，放电稳定，价格便宜，因此通常选择磷酸铁锂电池作为电动汽车的动力电池。
5 选择Range – Extender
通常可选择的增程器类型为小型发电机或者燃料电池。
基于尽量避免使用燃油和争取实现零排放的初衷，建议选用蓄电池或燃料电池作为Range-Extender。
根据动力电池的充电电压和车辆行驶里程的要求可以确定Range-Extender 的输出电压和储电量。
6 实例分析
假设开发一辆场馆车，整车参数如表1。
表1 整车参数（新能源汽车聚焦网制表）
参数名称数值
续航里程（km）纯电动续航里程60 Extended Range60总续航里程120
空载质量（m1/kg）495满载质量（m2/kg）570车轮半径/mm222.4
风阻系数0.35
迎风面积（m2） 1.96
滚动阻力系数0.015
传动效率（n t）0.95根据其使用目的和常用工况可以选择动力性能指标如下。
最高车速：V max = 40km/h；
爬坡能力：以V b = 10km/h 车速爬15%的坡道；
加速能力：0-30km/h 用时小于5s；
巡航车速：V n = 30km/h。
6 . 1 计算电机参数
根据式（2）和式（4）确定其最大功率为其最大爬坡工况，计算出最大功率为2.68kW。
电机额定功率通常是巡航车速工况的功率，按式（2）代入巡航车速可得额定功率为0.99kW。
选择的驱动形式为四轮轮毂电机驱动，因此传动比为1，根据式（5）得出n max=480（1/min）。
转折转速即为最大爬坡车速时对应的电机转速，根据式（5）得出：n b=120（1/min）。
根据式（6）得出加速时间为3.464s，满足性能要求。
6. 2 计算动力电池参数
以巡航车速30km/h，行驶60km 所需能量：
磷酸铁锂电池放电电压在2.5V~3.5V 之间，故可选用20 个放电电压为3V 的磷酸铁锂电池串联。
考虑安全系数可选择电池参数如下：电池电压为60V，容量
为80Ah；希望SOC：0.2~0.9；
校核电池能量：
E = 60 × 80 ×（0.9 - 0.2）= 3.36（kW）（8）
满足需求。
6 . 3 选择Range - Extender 参数
要求Range-Extender 提供可供该车行驶60km的能量，考虑蓄电池充电效率，Range-Extender 的储电量应比蓄电池的4.8kW·h略大，可取5kW·h。
磷酸铁锂电池充电电压在3.5V~4V之间，故选择增程器输出电压为80V。
为实现零排放的初衷，在此选择小型燃料电池作为Range-Extender。
7 总结
文中介绍了Range-Extender 这个在国内比较新颖的概念，并详细说明带Range-Extender 的纯电动汽车动力系统设计过程，最后辅以实例。
希望能在电动汽车动力系统设计方面起到抛砖引玉的作用。