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增程器在纯电动汽车上的应用

【摘要】:
增程器是增程式电动汽车最重要的组件之一,改善了汽车的动力、排放、经济等性能。它包括发电装置和辅助能量存储装置,主要动力源为电能(由动力电池提供),辅助动力源为发动机。
一、增程器简介
 
增程器(Range Extender)的主要优点:增加了纯电动汽车的续驶里程,这也是“增程器”之名的由来。也许会有人问,汽油和柴油同样不能满足无限的供求,的确如此,可是汽油或柴油会有常见的加油站让汽车随时补给“食物”,可纯电动汽车却没有这样数量多而又可靠的“驿站”,因为从目前研究情况来看,“加电站”的技术还处于开发阶段,不是很成熟。现状让我们不能因噎废食,“加电站”技术依旧研究开发,纯电动汽车也得继续使用在合适的场合以尽力降低污染以及节约能源。既然目前我们不能在路上的“驿站”给电动汽车补给“食物”,那我们只能先试着自带“食物”了,这样就可以一定程度地增加电动汽车的续驶里程。而这自带的“食物”便是我们熟知的增程器发电机了,并且增程器还可以随时在加油站补充燃料。更通俗的说法,就像我们去了一个没有插座给手机充电的地方出差,便只能自带一个移动电源增加手机的电量。增程器之于电动汽车就相当于移动电源之于手机。

增程器是增程式电动汽车最重要的组件之一,改善了汽车的动力、排放、经济等性能。它包括发电装置和辅助能量存储装置,主要动力源为电能(由动力电池提供),辅助动力源为发动机。
 
二、增程器分类
 
按布置位置分为:挂车式,插拔式,车载式;按结构组成分为:大容量蓄电池增程器、燃料电池增程器(还需克服技术问题)、发动机发电机组增程器。
 
三、增程器的工作模式
 
1、发动机发电机组增程器研究最为广泛,现以此为例,说明增程器中的能量流动方向:在发动机中将燃料的化学能转化为机械能,机械能传递到发电机中被转化为电能。这些电能经过转换电压后通过功率分配器最终用于驱动车轮或者给动力电池充电(如下图)。
 
 
2、增程器产生的电能具体怎样传递要根据汽车设计的控制策略来决定,在社会各方人士的研究下,如今有多种控制策略,最常见的有恒温器模式、功率跟随模式、恒温器-功率跟随结合模式,还有其他更加复杂的策略。万变不离其宗,这些控制策略的最终目的有:
 
(1)保证动力性——前提。汽车行驶所需的功率P由动力电池或发电机的电能提供,要保证能满足汽车各个工况所需的功率,这就要控制策略决定出汽车在启动、巡航、高速或加速、爬坡、减速制动、停车充电等工况下增程器与动力电池的工作情况及能量传输方向。比如低速启动且动力电池电量充足时便以纯电动模式行驶,将排放降到最低,增程器不工作,防止发动机低转速工作效率低的情况;在高速行驶所需功率过大超过动力电池供电能力,这时就会自动启动增程器发电及时补充不足的那一部分功率。
 
(2)保证燃油经济性——优势。让发动机工作在最佳工况下,此时发动机能够使燃油充分燃烧,节省能源,并且发挥其最佳性能,保证发动机寿命。比如,当动力电池的电量不足时,增程器开始工作,发动机在供给驱动轮动能的同时,因工作在最佳工况多余的功率来给电池充电。
 
四、增程器的应用
 
安装了增程器的插电式电动汽车便成了介于纯电动汽车(Electric Vehicle, EV)和混合动力汽车(Hybrid Eectric Vehicle, HEV)之间的一种全新的电动汽车模式——增程式电动汽车(Extended-Range Electric Vehicle, E-REV)。“增程式电动汽车是一种这样的车辆:当车载可充电储能系统能够提供电能时,汽车以纯电动模式行驶,同时带有一个附加能量装置,这个附加装置只有在车载可充电储能系统能量不足时才启动工作”美国通用汽车公司的E.D.Tate等人给出了这样的定义。
 
在国际汽车产业界已经达成的电动汽车产业化战略中,E-REV扮演着不可或缺的角色。国内外在增程器在汽车上的应用研究也在不断发展,不断进步。
 
五、结语
 
增程器与纯电动汽车的结合不仅发挥了纯电动车的优势:污染排放降低,节约能源,噪音减少,还弥补了纯电动汽车的不足,使汽车续驶里程增加,这是电动汽车研究的重大进步,并且在保证动力性的前提下可以实现发动机的最佳工作状态,提高汽车燃油经济性,为我国电动汽车的发展提供了契机。