徐 明, 呂永賓，李 軍，趙芮烽，鐘昌霞

(1.中車時(shí)代電動(dòng)汽車股份有限公司，湖南 株洲 412000； 2.長沙中車智馭新能源科技有限公司，長沙 410000 )

在新能源汽車市場，用戶非常看重車輛的續(xù)駛里程及其采購和運(yùn)營成本。純電動(dòng)車最主要的缺點(diǎn)就是續(xù)駛里程短，要增加續(xù)駛里程，就需要增加電池容量，但更大的電池容量意味著整車更重且增加成本。為了解決純電動(dòng)車的這些問題，增程式電動(dòng)車正在成為一種可能的方案[1-3]。目前市場上采用的增程器主要是由內(nèi)燃機(jī)、發(fā)電機(jī)及其控制器的簡單組合，存在體積大、重量重的特點(diǎn)，勢必影響整車的經(jīng)濟(jì)性能。而增程器系統(tǒng)的集成化開發(fā)則能較好地解決相關(guān)問題。

1 增程式電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

本文所指增程式電動(dòng)車配有車外充電功能，由內(nèi)燃機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能通過控制單元傳到儲(chǔ)能元件，再傳輸給驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪。其與插電式混合動(dòng)力主要區(qū)別在于，前者為小功率內(nèi)燃機(jī)帶發(fā)電機(jī)加適當(dāng)電量的電池；而后者的內(nèi)燃機(jī)功率一般比較大，電池電量較少[4-5]。

圖1 增程式電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

增程式電動(dòng)車的核心部件就是增程器輔助動(dòng)力單元系統(tǒng)(APU)，其主要由內(nèi)燃機(jī)、發(fā)電機(jī)及發(fā)電機(jī)控制器組成，如圖1所示。

2 增程器系統(tǒng)集成化方案

目前，市場上大部分增程器還是將內(nèi)燃機(jī)和發(fā)電機(jī)通過安裝法蘭聯(lián)軸器或扭轉(zhuǎn)減振器等中間連接器的方式簡單組合裝配，電機(jī)控制器也獨(dú)立在系統(tǒng)之外。造成增程器的重量和體積也是簡單相加，而且增加了中間連接器的重量。本文介紹兩種集成化方案。

2.1 內(nèi)燃機(jī)-發(fā)電機(jī)的集成

內(nèi)燃機(jī)和發(fā)電機(jī)之間的傳統(tǒng)連接方式如圖2(a)所示，主要有聯(lián)軸器或扭轉(zhuǎn)減振器等部件。增程器系統(tǒng)雖然實(shí)用、可靠，但不符合車輛輕量化、集成化的要求。而取消聯(lián)軸器或扭轉(zhuǎn)減振器等中間連接器，通過合理設(shè)計(jì)使內(nèi)燃機(jī)曲軸和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一體化集成的方案則能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的輕量化、集成化，如圖2(b)所示。以玉柴、斯太爾等內(nèi)燃機(jī)廠家為代表的企業(yè)，因其有完善的內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力總成設(shè)計(jì)以及試驗(yàn)等能力，從而在增程器內(nèi)燃機(jī)和發(fā)電機(jī)一體化設(shè)計(jì)的集成開發(fā)方面已經(jīng)推出了相關(guān)產(chǎn)品[6]。該類產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)如下：

1) 采用集成飛輪式電機(jī)設(shè)計(jì)，電機(jī)轉(zhuǎn)子代替原內(nèi)燃機(jī)飛輪直接與內(nèi)燃機(jī)曲軸連接。

2) 發(fā)電機(jī)外殼和內(nèi)燃機(jī)飛輪殼一體化設(shè)計(jì)，電機(jī)定子裝在其中。

3) 內(nèi)燃機(jī)由于取消了傳統(tǒng)飛輪、齒圈、飛輪殼、扭轉(zhuǎn)減振器以及啟動(dòng)電機(jī)，與傳統(tǒng)方案相比，內(nèi)燃機(jī)和發(fā)電機(jī)總成軸向尺寸可以縮短超過100 mm。

4) 此種集成化方案使增程器系統(tǒng)減重約10%，燃油發(fā)電效率相比獨(dú)立發(fā)電機(jī)高19%以上[7]。

(a) 傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)-發(fā)電機(jī)連接示意圖

(b) 集成化的內(nèi)燃機(jī)-發(fā)電機(jī)連接示意圖

2.2 發(fā)電機(jī)及電機(jī)控制器的集成

目前市場上大部分電機(jī)與其控制器均為獨(dú)立部件，如圖3(a)所示。但在電動(dòng)車輛主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)上也出現(xiàn)了電機(jī)與電控或減速器的集成產(chǎn)品[8]。因此在增程器系統(tǒng)的集成化開發(fā)上也可以借鑒相關(guān)思路，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)及其控制器的集成設(shè)計(jì)。如蘇州達(dá)思靈公司就開發(fā)出了這樣的增程器[9]，如圖3(b)所示。其技術(shù)特點(diǎn)如下：

1) 發(fā)電機(jī)和控制器一體化設(shè)計(jì)，減少中間的電路和水路連接接口，取消高壓電纜，有效改善EMC性能。

2) 控制器和電機(jī)散熱水路合并，以及兩者殼體的一體化設(shè)計(jì)，減少水路連接接口，可以簡化外型結(jié)構(gòu)，有效縮減總成體積。

3) 此種集成化方案使整個(gè)增程器系統(tǒng)減重約4%。

(a)傳統(tǒng)電機(jī)電控獨(dú)立結(jié)構(gòu)

(b)電機(jī)電控一體化結(jié)構(gòu)

2.3 三合一集成方案

結(jié)合上述兩種集成方案的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文提出一種內(nèi)燃機(jī)、發(fā)電機(jī)及其控制器三合一的集成方案。該方案極大縮減增程器的長度、減小增程器總成體積和重量，節(jié)約油耗及電耗，同時(shí)能有效改善增程器的EMC性能。但該方案需要內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)一體化設(shè)計(jì)、同期標(biāo)定開發(fā)，而目前國內(nèi)內(nèi)燃機(jī)和發(fā)電機(jī)研發(fā)制造企業(yè)分別獨(dú)立，因此要將內(nèi)燃機(jī)和發(fā)電機(jī)作為一個(gè)整體開發(fā)，需要內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)專業(yè)廠家進(jìn)行聯(lián)合研發(fā)[10]。

3 結(jié)束語

基于車輛輕量化設(shè)計(jì)以及經(jīng)濟(jì)性的目標(biāo)，開發(fā)集成度高、體積小、重量輕的增程器是發(fā)展方向。增程器的集成開發(fā)方案由于內(nèi)燃機(jī)和發(fā)電機(jī)技術(shù)專業(yè)的不同，其集成方式和程度也有所不同，需要大家發(fā)揮各自的專長精誠合作、共同開發(fā)。