增程器的最佳工作曲線的確定

胥峰　喬華　楊秀玲　王娟

摘 要：增程式電動(dòng)汽車是在純電動(dòng)汽車的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)小型的輔助動(dòng)力系統(tǒng)作為動(dòng)力補(bǔ)給，當(dāng)動(dòng)力電池電量不足時(shí)，增程器能配合動(dòng)力電池一起為車輛提供能源。因此，增程式汽車能有效緩解現(xiàn)階段下純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程不足的問(wèn)題。研究增程器的最佳工作曲線，是降低增程式混合動(dòng)力汽車的油耗的基本方法。關(guān)鍵詞：增程器;最佳工作曲線中圖分類號(hào)：U469.72? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）02-70-03

Abstract： On the basis of pure electric vehicle， a small auxiliary power system is added as power supply. When the power battery is insufficient， the range extender can provide energy for the vehicle together with the power battery. Therefore， the program adding vehicle can effectively alleviate the problem of insufficient range of pure electric vehicle at this stage. The study of the optimum working curve of the extender is the basic method to reduce the fuel consumption of the extender hybrid vehicle.Keywords： Extender; The best working curveCLC NO.： U469.72? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）02-70-03

前言

增程式電動(dòng)汽車是在純電動(dòng)汽車的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)小型的輔助動(dòng)力系統(tǒng)作為動(dòng)力補(bǔ)給，當(dāng)動(dòng)力電池電量不足時(shí)，增程器能配合動(dòng)力電池一起為車輛提供能源。因此，增程式汽車能有效緩解現(xiàn)階段下純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程不足的問(wèn)題。現(xiàn)有增程式電動(dòng)汽車的能量管理策略大致分為混合型和電量維持消耗型，不管在哪一種管理策略下，客戶都希望增程器工作時(shí)的油耗降到最低。因此，確定增程器的最佳工作曲線顯得尤為重要。本文將基于油耗為第一目標(biāo)，來(lái)確定增程器的最佳工作曲線，選用的計(jì)算工具為Matlab。

1 增程器的最佳工作曲線的確定

增程器的最佳工作曲線，就是在增程器的等功率曲線上，取該曲線上的最低油耗點(diǎn)，連接這些最低油耗點(diǎn)，并根據(jù)最終的結(jié)果分析確定最佳的工作路線。本文中的增程器由自吸發(fā)動(dòng)機(jī)、增速箱和發(fā)電機(jī)組成，其主要性能參數(shù)見(jiàn)表1，發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性圖見(jiàn)圖1，發(fā)電機(jī)效率特性圖見(jiàn)圖2。表1中發(fā)電機(jī)扭矩負(fù)號(hào)表征為輸入值，后文中為計(jì)算方便，將發(fā)電機(jī)扭矩全部取正值進(jìn)行計(jì)算。

1.1 確定增程器的萬(wàn)有特性數(shù)據(jù)

尋找增程器最優(yōu)曲線之前，需要先把發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性數(shù)據(jù)通過(guò)增速箱投影到發(fā)電機(jī)效率圖上，計(jì)算增程器的萬(wàn)有特性數(shù)據(jù)。

發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性通過(guò)增速箱后增速降扭，發(fā)動(dòng)機(jī)有效燃油消耗率（BSFC）除以增速箱效率η，得到增速箱輸出端的發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性數(shù)據(jù)。增程器的外特性受到增速箱輸出端外特性和發(fā)電機(jī)的外特性的共同限制，取兩者外特性的交集數(shù)據(jù)，即為增程器的外特性，增程器外特性包絡(luò)圖見(jiàn)圖3，其中綠色為發(fā)電機(jī)外特性，紅色為增速箱輸出端外特性，兩者交集即為增程器的外特性數(shù)據(jù)。

取得增程器的外特性數(shù)據(jù)之后，就可以確定了增程器的工作轉(zhuǎn)速區(qū)間和輸出扭矩范圍，根據(jù)功率計(jì)算公式：

計(jì)算增程器所能提供的最大功率和最小功率，并將功率按照計(jì)算精度需求進(jìn)行向量化備用。

再將增速箱輸出端的有效燃油消耗率（BSFC）與發(fā)電機(jī)的效率數(shù)據(jù)，分別按照增程器外特性網(wǎng)格進(jìn)行二維插值，得到新的增速箱端有效燃油消耗率（BSFC）矩陣和發(fā)電機(jī)效率矩陣，之后分別用相同坐標(biāo)下的有效燃油消耗率除以發(fā)電機(jī)效率，可得增程器的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)下有效燃油消耗率APU_BSFC矩陣。至此，增程器的萬(wàn)有特性數(shù)據(jù)已經(jīng)計(jì)算完畢。

1.2 尋找增程器的最小油耗點(diǎn)

為了避免尋找最小油耗點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)計(jì)算空值，本文考慮按照增程器的每一個(gè)整數(shù)轉(zhuǎn)速，計(jì)算對(duì)應(yīng)的扭矩，重新組成新的矩陣維度，并將增程器的有效燃油消耗率（BSFC）按照整數(shù)轉(zhuǎn)速和對(duì)應(yīng)扭矩進(jìn)行二維插值擴(kuò)充。再根據(jù)增程器輸出功率向量進(jìn)行迭代，尋找每個(gè)功率點(diǎn)的油耗最小值，并標(biāo)注各油耗點(diǎn)坐標(biāo)。增程器最小油耗點(diǎn)如圖4所示，圖中紅色實(shí)線為增程器的外特性曲線，綠色點(diǎn)即為最小油耗點(diǎn)（g/kwh），背景為增程器的等油耗線。

1.3 確定增程器的最佳工作曲線

最小油耗點(diǎn)選取完畢之后，還需要根據(jù)整車實(shí)際需求情況，選取增程器合適的工作區(qū)間。將增程器的有效燃油消耗率（g/kwh）與輸出功率（kw）繪制在一張圖上，見(jiàn)圖5，從圖5上可以看出在9kw～42kw之間，增程器的有效燃油消耗率（g/kwh）最低。將增程器的有效燃油消耗率（g/kwh）與輸出功率（kw）乘積之后，得到增程器的時(shí)間油耗消耗率（g/h），將其與輸出功率的繪制在一張圖上，見(jiàn)圖6，可以看出在2kw～9kw之間功率區(qū)間，增程器的燃油消耗率是較低的。而在42kw之后，時(shí)間燃油消耗率增速變大。這樣，該款增程器的最佳工作曲線選擇在2kw～42kw 之間比較合適，能夠保證功率輸出的同時(shí)得到最低的油耗水平。

2 總結(jié)

本文在確定增程器的最佳工作曲線的過(guò)程中，忽略了增程器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程，認(rèn)為其性能特性可以通過(guò)靜態(tài)數(shù)據(jù)查表描述。在計(jì)算過(guò)程中多次使用了二維線性插值來(lái)處理數(shù)據(jù)，每一次的插值過(guò)程都對(duì)計(jì)算精度產(chǎn)生了影響。最后確定最終工作區(qū)間時(shí)，也僅根據(jù)增程器實(shí)際油耗數(shù)據(jù)的表現(xiàn)來(lái)作判定，實(shí)際增程器在整車匹配過(guò)程中，還需要根據(jù)整車的最大需求功率、電池容量等多個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

參考文獻(xiàn)

[1] 張德峰.Matlab語(yǔ)言高級(jí)編程[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2010.

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