電動車增程器的案例
電動車增程器NVH問題及開發策略
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引言
增程式純電動一直被視為是傳統燃油到純電動過渡階段的一種解決方案，尤其是理想ONE在市場上的成功表現，讓主機廠看到了增程純電動的市場空間，增程純電動項目越來越多的被啟動起來，隨之而來的增程器噪聲和振動問題，也成為了主機廠在開發增程純電動過程中必須面對的一個挑戰。
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增程器在整車上的NVH風險
增程器通常在電池電量較低的時候啟動，工作時主要存在如下的三個NVH風險：
低電量充電車內聲音與振動大
低電量充電車內聲品質差
發動機高轉速運行車內噪聲與振動大
雖然同樣是由發動機工作，但是增程器不再是車輛能量的唯一提供來源，功率輸出不取決于行駛阻力及汽車功能附件的需求，而取決于整車對增程器的功率需求，增程器工作時，配合電池可實現發動機功率輸出的削峰填谷，可在大部分工作狀態下追求極致的燃油經濟性，下圖所示為某增程器的萬有特性曲線：
增程器工作點
為了所求極致的燃油經濟性，滿足整車對增程器功率需求的工作點通常會在綠色線附近選擇，從曲線可以看出，增程器工作時，低功率輸出對應低轉速高扭矩，而高功率對應高轉速中扭矩的思路才能實現較好的燃油經濟性。
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把電動車作為一個整體進行分析
熱管理對于電動汽車來說是至關重要的。普通的內燃動力汽車主要由兩個熱源組成：發動機和散熱器 。電動汽車由電機、變頻器、電池和許多其他需要冷卻的部件組成。ACR的工程師將使用Cradle CFD來評估冷卻系統組件。電機變頻器可能很小，但釋放的熱量以千瓦計。ACR工程師將確定在各種駕駛條件下充分吸收熱量的操作要求，如外部條件和發動機速度和負荷。ACR已經開始了開發電動車部件的挑戰，預計Cradle CFD將發揮重要作用。
文章來源：海克斯康工業軟件
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項目背景
ACR在汽車尾氣催化轉化器方面具有熟練的技術能力，他們目前正在開發用于EREV(增程式電動車) 的微型柴油發動機。海克斯康工業軟件旗下的Cradle CFD軟件在微型柴油發動機的開發過程中發揮了重要作用。
ACR在開發卡車和其他柴油動力車輛的排放控制裝置方面具有很高的技術能力。用于柴油機的PM(顆粒物) 排放控制裝置可以分為兩種方式，其中DPF(柴油機顆粒物過濾器) 方式實際上是收集燃燒的PM。另一種方式是使用氧化催化劑，如將鉑金利用氧化反應來去除PM。ACR PMR是一種用于車輛的PM控制裝置，它符合日本八個地區的法規標準。ACR還生產ACR-EXCAT，一種催化式 的PM控制裝置，用于排放PM水平較低的車輛(圖1) 。ACR NXPR是一種控制氮氧化物和PM裝置，是一款非常受歡迎的產品。
圖1：ACR EXCAT和ACR DPF
ACR不僅生產了各種催化設備、蜂窩煤和過濾器，他們也生產ACR-NHBL52，這是一種便攜式家用電源，旨在降低峰值電力使用，并在緊急情況下提供備用電源。ACR配備了廣泛的技能和工具，憑借這些不僅可以為他們自己的產品進行評估，同時也可以為其他公司提供評估服務。
ACR最近致力于開發小型發動機，以延長EV(電動汽車)的行駛里程。ACR的執行工程師Keiji Kishishita先生，負責管理開發輔助發動機和渦輪增壓器系統的整個EREV項目。
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把電動車作為一個整體進行分析
熱管理對于電動汽車來說是至關重要的。普通的內燃動力汽車主要由兩個熱源組成：發動機和散熱器 。電動汽車由電機、變頻器、電池和許多其他需要冷卻的部件組成。ACR的工程師將使用Cradle CFD來評估冷卻系統組件。電機變頻器可能很小，但釋放的熱量以千瓦計。ACR工程師將確定在各種駕駛條件下充分吸收熱量的操作要求，如外部條件和發動機速度和負荷。ACR已經開始了開發電動車部件的挑戰，預計Cradle CFD將發揮重要作用。
劃歸純電動領域，增程式電動車能不能起死回生？
《規定》中明確定義，燃油汽車投資項目是指以發動機提供驅動動力的汽車投資項目，包括傳統燃油汽車（含替代燃料汽車）、普通混合動力汽車，以及插電式混合動力汽車等投資項目；純電動汽車投資項目是指以電動機提供驅動動力的汽車投資項目，包括純電動汽車、增程式電動汽車、燃料電池汽車等投資項目。智能汽車投資項目根據驅動動力分別按照燃油汽車或純電動汽車投資項目管理。
這意味著，在投資角度而言，插電混合動力車型會屬于燃油車投資范圍，而增程式電動車則屬于純電動車投資項目。
值得明確的是，在新能源汽車的定義中，插電式混合動力車仍屬于新能源車型。但增程式電動車相對特殊，按照投資角度來看，則從此前插電式混合車型的陣營中脫離。
特殊的新能源技術路線
這細微的差別，讓我們注意到，增程式電動車似乎一直處于無人問津的狀態。
雖有寶馬i3、別克VELITE、雪佛蘭Volt試水這一領域，但相比于純電動車型、插電混動車型，增程式電動車型的市場占有率相對較少。
雪佛蘭Volt概念車可謂增程式電動車型的一大代表，該車于2007年8月在底特律舉辦的北美車展亮相。通過獨創的Voltec 電力驅動技術，純電模式可行駛80km，電量不足時1.4L發動機將啟動，驅動發電機產生電能供電。這樣約35L的油箱容積可以把Volt再送出約490km的里程。在城市路況下的百公里油耗為1.2升。
增程式電動車的工作原理為，一輛純電動汽車可搭配一臺增程器，在電池容量不足時，可通過增程器向車輛輸入一定的外部能量，促使發電機繼續向電池供電，滿足使車輛繼續行駛。
這樣的設計擁有噪音小、技術難度較混動低，更節油的優勢。不僅有利于擺脫純電動車里程焦慮，還能緩解燃油消耗。
但這類車型的發展同樣存在弊端，上海交通大學汽車工程研究院副院長殷承良認為，增程式電動車在商業模式、技術、成本、市場等方面的劣勢明顯。
展開 基于阿特金森循環的增程式電動車能量控制策略
圖1 傳統發動機配氣圖解
圖2 阿特金森發動機配氣圖解
2.E-REV動力系統及工作模式
增程式電動汽車的驅動模式可以分為純電動模式、增程模式純電動模式下驅動電機獨立驅動車輛行駛，發動機不起動，由動力電池提供電力給驅動電機進而驅動車輛；增程模式下增程器啟動并處于發電狀態，發動機不直接參與驅動，驅動發電機進行發電，產生電能用來驅動電動機，電池處于一同供電驅動或充電狀態，如圖3示。外接充電模式下車輛利用車載充電機進行充電。
圖3E-REV動力系統結構
3.增程式電動汽車控制策略
01
原恒功率控制策略
增程器恒功率控制策略是針對電池的電量SOC進行控制，當電池S0C值小于給定的最小值時，進人增程模式增程器開始工作，發動機工作在效率較高工作區域內的固定工作點上，以恒功率輸出，產生的電能一部分提供給電池，另一部分滿足汽車功率需求；當電池SOC大于給定的SOC最大值時，增程器關閉，此時電池組給車輛行駛提供能量。在實際工程應用中，一般控制阿特金森循環發動機始終運行在最佳燃油消耗區域內比油耗較低的工作點，如圖4中A點所示，紅色粗線表示發動機外特性曲線，黑色細線為燃油消耗率曲線。
圖4 阿特金森循環發動機燃油消耗MAP圖
02
原功率跟隨控制策略
在功率跟隨控制策略中，增程模式下，增程器作為車輛主要動力來源，增程器輸出功率跟隨整車的功率需求。當增程器最大輸出功率小于整車需求功率時，動力電池作為次級動力源補充不足的功率。這種控制策略與恒功率控制策略相比減少了動力電池的充放電循環次數，有利于延長動力電池的壽命。因為整車需求功率不斷變化，阿特金森循環發動機可能工作在高排放低效率的區域，所以需要優化其工作區域。一般將發動機控制在最優工作曲線附近工作。
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