增程式混合动力汽车与纯电动汽车相比，可以随时在加油站加油，续驶里程得到很大提高。增程式混合动力汽车采取电池扩容的方式解决了电池驱动的续驶能力问题。增程式混合动力汽车能外接充电，尽可能利用晚间低谷电充电，进一步提高了能源利用率。增程式混合动力汽车与插电式混合动力电动汽车相比，增程式混合动力汽车在电能充足条件下行驶时发动机不参与工作。增程式混合动力汽车能够有效提高燃料利用率，主要原因如下。......
2023-08-20
增程式混合动力汽车的结构与原理
【摘要】：在结构上，增程式混合动力汽车是在纯电动汽车的基础上开发的电动汽车，增程器的布置对原有车辆的动力系统结构影响较小。之所以称为增程式混合动力汽车是因为车辆追加了增程器，而为车辆追加增程器的目的是进一步提升纯电动汽车的续驶里程，使其能够尽量避免频繁地停车充电。
1.增程式混合动力汽车原理
增程式混合动力汽车的动力传动系统在组成上与串联插电式混合动力汽车的动力系统相似。特殊之处在于增程式混合动力汽车的能量传递路线体现出两种动力系统，但是只有一种驱动方式，即电机驱动。不需要非常复杂的电能与化学能的耦合。在结构上，增程式混合动力汽车是在纯电动汽车的基础上开发的电动汽车，增程器的布置对原有车辆的动力系统结构影响较小。之所以称为增程式混合动力汽车是因为车辆追加了增程器，而为车辆追加增程器的目的是进一步提升纯电动汽车的续驶里程，使其能够尽量避免频繁地停车充电。
增程式混合动力汽车有5 种工作模式，即纯电动模式、增程器单独驱动模式、混合驱动模式、制动模式和停车充电模式。
（1）纯电动模式
当动力电池能量充足时，使用纯电动模式。纯电动模式的能量传递路线如图5-3-2 所示，增程器处于关闭状态，动力电池是唯一的动力源，相当于一辆纯电动汽车。不同之处是，增程式纯电动行驶里程可以设置的相对较小，不必装备大量的动力电池，既降低了成本又降低了整车重量。动力电池的能量应能够满足车辆起步、加速、爬坡、怠速以及驱动汽车空调等附件的功率需求。
图5-3-2 纯电动模式的能量传递路线
（2）增程器单独驱动模式
当动力电池能量不足时，使用增程模式。增程器单独驱动模式的能量传递路线如图5-3-3 所示。在动力电池SOC 值降至设定的阈值SOCmin 时，增程器起动，发动机根据制定的控制策略运行在最佳的状况，使驱动电机发电，一部分用于驱动车辆行驶，多余的电能为动力电池充电。
当动力电池电量恢复至充足时，发动机又停止工作，继续由动力电池驱动电机，提供整车功率需求。
图5-3-3 增程器单独驱动模式的能量传递路线
（3）混合驱动模式
当路面需求功率较大，动力电池供能不足时，增程器开启，发动机—发电机组联合动力电池一起工作，提供整车行驶需要的动力，其能量传递路线如图5-3-4 所示。
增程器单独驱动模式和混合驱动模式都属于增程模式。增程模式的发动机可以有多种工作方式，根据控制策略的不同，可以选择发动机恒功率模式、功率跟随模式、恒功率与功率跟随结合模式，此外还有智能控制策略和优化算法控制策略等复杂控制策略模式。当车辆停止的时候，可以利用市电为动力电池充电。
图5-3-4 混合驱动模式的能量传递路线
（4）制动模式
在车辆运行过程中，发生减速、制动请求时，驾驶员需要踩下制动踏板，若满足一定的条件，整车即进入制动能量回收模式；当制动强度较低、制动较为缓和、制动请求功率较小时，采用电机单独制动；当发生急减速或紧急制动时，一旦车辆的制动负载功率超出电机再生制动功率的上限，为了保护蓄电池组、限制其输入功率，此时摩擦制动器参与工作，与电机再生制动协同提供车辆的制动功率需求。制动模式的能量传递路线如图5-3-5 所示。再生制动可以将车辆的动能转化为电能储存在动力电池中，以供车辆驱动使用，提高了整车能量利用率。在再生制动情况下，电机以发电状态工作，回收的制动能量储存在动力电池中。
图5-3-5 制动模式的能量传递路线
（5）停车充电模式
停车充电模式的能量传递路线如图5-3-6 所示。停车时动力系统全部停止，此时通过车载充电机连接外接电网对动力电池进行充电，以备下次行车使用。此模式是保证车辆大部分以纯电动方式行驶的基础，可减少燃料发动机的使用频次，能够显著降低车辆的行驶成本以及减少车辆的污染物排放。
图5-3-6 停车充电模式的能量传递路线
2.增程式混合动力汽车结构
增程式混合动力电动汽车是以提高纯电动汽车的续驶里程为目的，在纯电动汽车的基础上增加增程器而成。它的基本结构由增程器、动力电池、驱动电机及传动系统组成，如图5-3-7 所示。增程器通常由发动机和发电机组成，当动力电池电量不足时，通过增程器发电为驱动电机提供电能。动力电池和驱动电机的类型与其他纯电动车一致，动力电池电量充足时，为驱动电机提供电能。传动系统中可以是各种变速装置。
图5-3-7 增程式混合动力汽车结构
3.增程式混合动力汽车模式
由于当前储能技术的限制，纯电动汽车一次充电的行驶里程比传统汽车少得多。纯电动汽车的这一现状，对于习惯传统汽车的现代社会，会使人们产生“里程焦虑”而影响电动汽车的使用意愿。研究表明，作为代步工具，大多数人日常使用汽车的范围在60 km。如果在这一范围内普遍使用电动汽车，将显著减少燃油消耗和降低排放。对于40 英里以上的距离，则依靠增程器提供能量，大幅提高电动汽车的行驶里程，克服“里程焦虑”。由此，如果不考虑停车和充电过程，EREV 的基本工作模式即分为纯电动模式和增程模式。
（1）纯电动模式
属于电量消耗阶段。根据动力电池最佳工作区间特性，预先设计一个荷电状态SOC最低阈值SOCLow，当电池SOC 值处于这个阈值以上时，EREV 处于纯电动模式。在纯电动模式，车辆与纯电动汽车一样，由动力电池提供能量，由驱动电机提供行驶动力。
（2）增程模式
此阶段属于电量维持阶段。随着车辆在纯电动模式下运行，电池SOC 逐渐降低，当低于设定阈值时，如果再继续使用电池，将会减少电池的使用寿命。这时，应当起动增程器，利用增程器发出的电能提供驱动电机行驶所需电能，同时，多余的部分电能为电池充电，使电池SOC 略微增加至预定阈值SOCm，并保持SOC 处于前述两个阈值之间，即满足SOCm ≤SOC ≤SOCh，直至停车充电，将电池充满，之后车辆行驶时，又进入纯电动模式。
某增程式纯电动汽车电池SOC 的仿真时间历程如图5-3-8 所示。从图5-3-8 中可以明显看出前期SOC 的下降趋势，此时车辆处于纯电动模式，后期SOC 处于波动状态，表明处于增程模式。
图5-3-8 SOC 仿真时间历程
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