叶卫国

Ye Weiguo

（海航神鹿新能源控股有限公司，天津 300051）

0 引言

目前由于动力锂电池比能量较小、纯电动城市客车的续驶里程难以满足大多数城市公交车日行驶里程的需要，因而在示范应用推广中受到一定程度的局限[1]。增程式电驱动城市客车的设计思路就是根据现有动力电池技术水平的状况，在纯电动城市客车设计的基础上，为车辆设计加装了一套由“内燃机+发电机”组成的车载发电机组，用于随时为车辆补充电能，延长车辆的续驶里程，即增程式电驱动汽车。车辆可以外接插电，工作时为纯电驱动，节油率可达到50%以上。我国现有城市公交客车40多万辆，且每年都在不断增加，一辆客车每天用油大约100 L，如全部推广使用这样的车型，一天就可节约燃油2万t，节能减排效果将是非常可观的。

1 增程式电驱动城市客车的结构特点

增程式电驱动城市客车（E-REV）除了需配备一定数量的动力电池组外，通常都搭载一个由“内燃机+发电机”组成的辅助动力系统（APU，又称增程器）[2]。与纯电动汽车和串联式混合动力电动汽车一样，采用纯电驱动的方式工作，与纯电动汽车和插电式（Plug-in）混合动力汽车一样可以外接插电[3]。车辆结构参见图1。

2 增程式电驱动城市客车的工作模式

增程式电驱动城市客车可按照以下3种不同模式进行工作[4]：（1）纯电动工作模式。车辆晚间休班后使用外部充电桩（或普通电源插座）利用电网“谷电”为车辆进行充电。工作时车辆用动力电池组储存的电能运行，与普通纯电动汽车工作模式相同，为“零排放、零油耗、低噪声”。此工作模式可以应用于繁华市区或者需要静音的路段。（2）混合动力工作模式。利用车载发电机组发电提供车辆行驶所需的电能，车载动力电池组起到储能、车辆起步、加速助力和制动能量回收的作用，与串联式混合动力电动车工作模式相同。其另一个优点就是在特殊情况下外部无法为车辆提供电能补充的时候，车辆可以凭借此工作模式，保证车辆的出勤率。（3）增程式工作模式。当车辆使用动力电池组通过外部充电桩获得的电能消耗至设定的SOC状态下，车载发电机组便可自动启动参与工作，通过燃油发电为车辆继续提供电能，因此达到延长车辆续驶里程的目的。

3 某型增程式电驱动城市客车的设计及配置

整车外形尺寸（长×宽×高）10385×2550×3250mm，整备质量 10900 kg，最大总质量16500 kg。设计为低入口一级踏步、空气悬挂、全承载车身结构。车载发电机组（APU，增程器）选用功率为82 kW、排量1.6L的D16TCID2柴油发动机为动力，发电机功率为45 kW。驱动电机选用直流永磁无刷电机，功率为100 kW。动力电池组选用单体容量为180 Ah的磷酸铁锂离子蓄电池共171只（串联），总工作电压547.2 V。车辆配置了电动转向泵、电动空压机、冷暖型电动空调和制动能量回收装置。车辆外接充电时间＜4 h。座椅布置为31+1座，最大乘员70人。设计纯电动行驶里程120 km，续驶里程＞300 km，最高车速70 km/h。

4 整车控制系统工作原理及控制策略简介

该增程式电驱动城市客车整车控制系统采用两条控制总线，一条底盘动力控制总线（CAN-bus1），另一条为车身灯光及辅助设备控制总线（CAN-bus2）。整车控制原理图参见图 2。

整车控制器作为整车控制的核心，采用双路CAN接口设计，一路连接CAN-bus1，一路连接CAN-bus2。整车控制器负责监测挡位（前进、倒车、空挡）、加速踏板、制动踏板、高压配电箱（开、闭、辅助触点状态）、离合器状态信号。车辆行驶过程中，整车控制器通过开关输入端口、模拟量转换模块、CAN总线等硬件线路采集路况信息、驾驶员意图、车辆及设备运行状态等参数，依托高速运行的CPU和控制端口来执行预设的控制算法和管理策略，再将指令和信息等通过CAN总线、开关输出端口等对动力系统的执行部件进行实时、可靠、科学的控制[6]。

整车控制策略组成部分有：保证汽车实现前进和倒车行驶的驱动转速控制策略；电机和动力电池组过载保护控制策略；车载发电机组控制策略；机械和电机联合制动的制动能量回收控制策略；整车故障检测和诊断控制策略。控制策略要求能够较好地控制各个系统协调工作，保证动力电池组充放电的安全性，限制电机过载、高效回收制动能量，有效提高整车续驶里程，满足车辆工作时的动力性需求[7-8]。

整车主控制程序结构参见图 3。车载发电机组的控制策略是增程式电驱动城市客车设计的关键环节之一，其控制程序参见图4。

该样车已经通过海南国家试验场现场实测，结果为：纯电动续驶里程124.8 km，总续驶里程300 km，混合动力模式下0～50 km/h 加速时间为18.64 s，纯电动模式0～50 km/h加速时间为18.62 s，最低等效总油耗[5]为26.31 L/100 km，达到了设计要求。

5 结束语

如果按照城市公交日行驶里程300 km计算，车辆每天只需充一次电，纯电动行驶120 km，即可以节油40%，以串联混合动力模式工作又可以节油20%～30%，节油率即可超出50%。如果进一步将增程式电驱动技术方案推广应用到我国现有的100万辆城市出租车[9]上（车辆每天行驶里程在 300～400 km），节能降耗的效果将更加可观。增程式电驱动汽车由于具有经济、环保、节能等诸多优点，因此，应该加快在我国公共服务领域里的推广应用。

[1]新能源公交客车示范应用现状和问题[oL]. http://www.cuauto.com.cn，2011-09-22.

[2]杨裕生. 增程式电动车具有较强的过渡优势[N]. 经济日报，2010-05-25(14).

[3]胡骅，宋慧. 电动汽车[M]. 北京：人民交通出版社，2003

[4]宋珂，章桐. 增程式纯电驱动汽车动力系统研究[J]. 汽车技术，2011，（7）：14-18

[5]GB/T 19754—2005，重型混合动力电动汽车能量消耗量试验方法[S].

[6] 李兴虎.混合动力汽车结构与原理[M]. 北京：人民交通出版社，2009.

[7] 安东尼·所左曼诺夫斯基. 混合动力城市公交系统设计[M]. 北京：北京理工大学出版社，2007

[8] 麻友良，陈全世. 混合动力电动汽车的发展[J]. 公路交通科技，2001，（1）：77-80

[9]欧阳明高. 我国节能与新能源汽车发展战略与对策[J]. 汽车工程，2006，（4）：317-321