电动车增程器解决方案

电动汽车增程器指全部或部分提供电能驱动电动车电动机的发电装置。 有太阳能电池，各类蓄电池，燃料电池，汽油，柴油直流低压发电机多种类型。由于目前蓄电池储能有限并且制造成本高，纯电动汽车存在一次充电后续驶里程短、制造、运营成本高，体积重量大，废旧电池勿让环境的一系列缺陷，纯电动汽车受其限制影响，不能普及应用。为解决纯电动汽车的上述缺陷，考虑采用在纯电动汽车上加装增程器的方法来配合车载动力电池在不同工况下工作，增加纯电动汽车的续驶里程和减少制造营运成本减少环境污染，提高电动汽车市场普及率。

　　增程器是为了增加纯电动汽车行驶里程而加装在纯电动汽车上的一个附加能量产生部件。根据行驶里程需求和电池容量大小安装不同输出功率的增程器( 降低车重，减小能耗，降低成产运营成本，减少污染)。增程器的形式通常有:小型汽油。柴油，燃气直流发电机发电机+控制器、蓄电池和燃料电池等。而由于电动汽车的工作特点，通常对增程器的工作性能有如下要求: 要求系统稳定可靠，并且应该具有以下功能

1. 智能检测电池容量

2. 电池容量下降到设定值自动启动增程器发电为电动车提供电压稳定的直流电源能量（驱动电动车马达和给电池充电）。

3. 行车过程中，电池充满电自动关闭增程器，或者停止充电单独驱动电动车马达。

4. 停车状态下，电池充满电自动关闭增程器

5. 增程器工作状态有3种可根据用户选择，   纯电动/手启动/智能启动

6  根据电池容量和路况智能判断启动增程器（电池容量下降没有达到增程器智能启动值，路况恶略或者超载爬坡时，应该能够自动启动增程器，输出直流电源供给超载的电动车驱动马达。）

6. 增程器输出直流能源电压高于电池电压1-2v,最高输出电压=电池额定电压±0.5V。

7. 增程器输出电能具有过载、短路保护功能，输出过载10%自动切断增程器和直流负载联系。

8. 增程器应该适用于寒冷、炎热、潮湿、高原等恶劣环境工作。

9. 增程器总体效率应该≥90%(发电机95%+控制器95%)。

10. 大于长时间待机后可以立刻进入工作状态; 由于工况单一，要求对工作点进行较好的优化以降低系统成本，提高效率。

　　相比纯电动汽车，带增程器的电动汽车在行驶里程、制造、运营成本、能量消耗、减少环境污染方面有很大的优势，相比传统油电混合动力汽车，带增程器的电动汽车在排放方面优点十分突出，而相比新型电电混合动力汽车，带增程器的电动汽车短途行驶以蓄电池驱动马达为主，长途行驶以增程器驱动马达为主，因其效率高、制造成本低、结构简单可靠。因此可视其替代混合动力驱动和纯电动驱动的一种优势明显的电动汽车能源方案。

        2 选择增程器

　　通常可选择的增程器类型为小型发电机或者太阳能电池、燃料电池。由于太阳能电池受制于天气，面积不能有效地在电动汽车上应用，燃料电池成本偏高造成制造成本偏高，基于电动汽车应该尽量避免和减少环境污染，增加行驶里程、减少制造运行成本的初衷，建议选用小型发电机作为电动车增程器。根据动力电池的充电电压和车辆行驶里程的要求可以确定增程器的输出电压和输出功率。而根据电动车驱动马达功率和蓄电量容量来开发电动车增程器就成为首选方案。本文介绍的为使用小型发电机作增程器的方案，主要发电机增程器的集成设计方案。

　　实例分析假设开发一辆电动汽车，整车参数见表1、2。

　　2.1 选择动力性能指标

　　根据其使用目的和常用工况可以选择如下动力性能指标。最高车速: Vmax = 65 km/h; 爬坡能力:以Vb =15 km/h 车速爬15%的坡道; 加速能力: 0 ～40 km/h 时小于8 s; 巡航车速: Vn =55 km/h。

　　2.2 计算

　　2.1.1纯电动车经过计算，同时考虑到最初设计目标、今后量产选型及成本方面的要求，选择其中一组铅酸电池做供电电源，其放电电压在12 ～ 14 V之间，故可选用5个放电电压为12V的铅酸电池串联。考虑安全系数可选择电池参数如下: 电池电压为60 V，容量为150 Ah; 希望SOC 为0.2 ～0.9; 且该产品为目前已经量产成熟的零部件。

　　2.3 选择增程器

　　    要求增程器提供可供该车行驶720 km的能量，考虑蓄电池充电和驱动电机效率，增程器的储电量应比蓄电池大10倍，电池充电电压在12 ～ 14 V之间，故选择增程器输出电压为60 V-72v，输出功率4.2KW,油箱容积不小于20升。为实现此设计的初衷，同时为以后方便量产做准备，兼顾输出功率降低成本和噪声要求在此选择小型汽油机作为增程器驱动动力源，选用永磁外转子异步三相交流发电机完成机械能电能转换和兼顾做小型汽油机启动马达，选用整流稳压一体化模块完成交流/直流(A/D)转换，选用具有带检测电池容量，路况、驱动电机工作状态传感器的电子智能化控制装置，完成电动车增程器智能启动和发电转换，智能提供电机驱动电流和充电电流分配，电池充满电智能停机或者单独电动机驱动电机运转行驶。该增程器设计结构方案图如下所示；

2.方案介绍及特点2.1结构：动力---永磁发电机---启动/发电转换---A/D变换---发电检测----行驶/停车检测---电池容量检测----输出功率分配

3.应用领域

4.全寿命成本计算

        3 增程器的布置方式

　　3.1 小型汽油机增程器系统集成设计技术背景

　　从增程器总成安装结构方面入手，通过将增程器系统总成结构改为可快速更换结构，用增加增程器总成系统来解决电动汽车中续航里程不足的问题。

　　3. 2 小型汽油机增程器总成各机构及关键部件

　　工作原理: 整个增程器总成通过小型汽油机输出轴直接连接驱动永磁发电机转子旋转，扣在转子内的三相定子绕组线圈切割转子内圆上均布固定的永磁体磁力线产生三相交变电流。经控制器内的整流稳压模块变换成略高于电池电压的两路直流电源输出。一路经过电动车电机控制器转换成电机所需的三相PWM方波电流驱动电动汽车电机运转，驱动汽车行驶，另一路给容量不足的电池充电补充能量（当电池电量满的时候，自动停机或者单独一路输出供给电动车电机用电）。控制器的作用就是只能控制增程器的各种工作状态，以适应电动车对电池，路况、电机运行的各种要求。其增程器结构示意图如图  所示（永磁交流发电机在汽油机下面安装需翻转可见）

小型发电机整流稳压模块

　　3.3 增程器各子模块布置

　　增程器子模块的布置方式采用最小空间法、这种布置适合汽车狭窄的空间安装，有利于减少线束的长度，最大范围的压缩包络空间，使整个空间更加紧凑。但各零部件离的接近要对产生热辐射和电磁干扰等弊端进行优化设计，以免导致整个系统可靠性下降，系统不稳定。某子模块出现问题时，不容易找出相关的故障。模块化布置法可以把各子模块按照相关的功能分成若干模块，

　　在这同时，也便于整体安装，把相关的模块做为一个总成，可以实现该总成快速更换，同时缩短增程器在车上的安装时间。

　　经过综合比对和考虑，本实例中的电动小型汽车在空间允许的条件下，在本实例中，经过细分，可以把小型汽油机增程器分为3 个模块，其中包括汽油机动力单元模块，发电机电能输出模块，控制器A/D交直流转换智能控制单元模块、3 部分模块 (见图2) 。

添加汽油机     发电机     控制器  图片

　　3.4.3 电源A/D变换系统及稳压系统子模块

　　电源A/D变换系统及稳压系统子模块把大的交直流变换器和小的直流PWM变换器智能检测电动汽车信息，智能控制增程器运行工作状态等电器元件集成一起，作为一个整体子模块，该模块安装在一个压铸铝外壳内，铸铝外壳作为元器件安装防护的同时也兼任整流稳压模块散热器。可以汽油发电机发出的交流电能源变换成车辆可以使用的直流电能源。实现稳压系统单元子模块的连接(见图6) 。

此处加一个增程器控制器图片

　　3 个子模块的组合组成了小型汽油机增程器总成，该总成可以实现快速更换，当行驶里程小于60 km时，可以把增程器总成关闭，这样也可以减少整车的载荷，有利于电池的续驶里程。当行驶里程大于55 km＜660Km 时，即可把增程器智能或者手动运行开关闭合。

4 结语

　　文中介绍了内燃机增程器这个比较新颖的概念，并简要说明电动车增程器系统集成方案，最后辅以实例，希望能在后期的电动汽车增加续驶里程以及增程器的布置集成方面起到解释说明的作用，并能为以后电动汽车增程器的量产提供参考设计。

3.应用领域：小型电动三轮车，简易型电动轿车，各种电动工车，助力电动车，电动警车，电动高尔夫球车，小型货运电动车……..。

4.全寿命成本计算：没有实测数据