1電動汽車及增程器簡介

電動汽車指全部或部分用電能驅(qū)動電動機作為動力系統(tǒng)的汽車。它包括燃料電池電動汽車（FCEV）、混合動力電動汽車（HEV）和純電動汽車（BEV）3種類型。由于目前蓄電池儲能有限，純電動汽車存在一次充電后續(xù)駛里程短的問題?？紤]采用在純電動汽車上加裝一個增程器的方法來配合車載動力電池在不同工況下工作，增加純電動汽車的續(xù)駛里程。

增程器是為了增加純電動汽車行駛里程而加裝在純電動汽車上的一個附加儲能部件。通常用戶可以在出行時根據(jù)行駛里程需求自行選擇安裝或者不安裝（降低車重，可以減少能量消耗）。增程器的形式通常有：小型發(fā)電機、蓄電池和燃料電池等。而由于增程器的工作特點，通常對其性能有如下要求：要求系統(tǒng)可靠，長時間待機后可以立刻進入工作狀態(tài);由于工況單一，要求對工作點進行較好的優(yōu)化以降低系統(tǒng)成本，提高效率。

相比純電動汽車，帶增程器的電動汽車在行駛里程方面有很大的優(yōu)勢，相比傳統(tǒng)油電混合動力汽車，帶增程器的電動汽車在排放方面優(yōu)點十分突出，而相比新型電電混合動力汽車，帶增程器的電動汽車以蓄電池驅(qū)動為主，更偏向于純電動驅(qū)動，因此也可視其為從混合動力驅(qū)動向純電動驅(qū)動的一種過渡方法。

2選擇增程器

通?？蛇x擇的增程器類型為小型發(fā)電機或者燃料電池?；诒M量避免使用燃油和爭取實現(xiàn)零排放的初衷，建議選用蓄電池或燃料電池作增程器。根據(jù)動力電池的充電電壓和車輛行駛里程的要求可以確定增程器的輸出電壓和儲電量。而根據(jù)增程器的輸出電壓和蓄電量來選擇目前市場上所銷售的現(xiàn)成產(chǎn)品，從而可以縮短開發(fā)周期，節(jié)約開發(fā)成本。本文介紹的為使用燃料電池作增程器的方案，主要介紹燃料電池增程器的集成設(shè)計方案。

實例分析假設(shè)開發(fā)一輛場館車，整車參數(shù)見表1。

2.1選擇動力性能指標(biāo)

根據(jù)其使用目的和常用工況可以選擇如下動力性能指標(biāo)。最高車速：Vmax=35km/h;爬坡能力：以Vb=12km/h車速爬15%的坡道;加速能力：0～30km/h時小于6s;巡航車速：Vn=25km/h。

2.2計算

經(jīng)過計算，同時考慮到最初設(shè)計目標(biāo)、今后量產(chǎn)選型及成本方面的要求，選擇其中一路供電電源為磷酸鐵鋰電池電源，其放電電壓在2.5～3.5V之間，故可選用20個放電電壓為3V的磷酸鐵鋰電池串聯(lián)?？紤]安全系數(shù)可選擇電池參數(shù)如下：電池電壓為60V，容量為80Ah;希望SOC為0.2～0.9;且該產(chǎn)品為目前已經(jīng)量產(chǎn)成熟的零部件。

2.3選擇增程器

要求增程器提供可供該車行駛45km的能量，考慮蓄電池充電效率，增程器的儲電量應(yīng)比蓄電池略大，磷酸鐵鋰電池充電電壓在3.5～4V之間，故選擇增程器輸出電壓為80V。為實現(xiàn)零排放的初衷，同時為以后量產(chǎn)做準(zhǔn)備，在此選擇小型燃料電池作為增程器，且該小型燃料電池為目前市場上現(xiàn)有較成熟的產(chǎn)品（見圖1）。

3增程器的布置方式

3.1燃料電池增程器系統(tǒng)集成設(shè)計技術(shù)背景

從增程器總成安裝結(jié)構(gòu)方面入手，通過將增程器系統(tǒng)總成結(jié)構(gòu)改為可快速更換結(jié)構(gòu)，用增加增程器總成系統(tǒng)來解決電動汽車中續(xù)駛能力不足的問題。

3.2燃料電池增程器總成各機構(gòu)及關(guān)鍵部件

工作原理：整個增程器總成通過前端的錐形定位元件和后端的鎖緊定位銷以及卡扣與側(cè)面的輔助擋板實現(xiàn)快速定位。當(dāng)增程器開始安裝時，底板的滑輪接觸導(dǎo)軌，推動到末端后，滑輪滑入滑槽，此時靠導(dǎo)軌來支撐，然后銷上定位鎖緊銷，扣上鎖緊卡扣，則完成增程器的機械安裝。當(dāng)增程器進行演示時，可以把增程器拉出來后，用支撐腿把它支好，演示結(jié)束后，可以把支撐腿合上，放入支撐架。

3.3增程器各子模塊布置

增程器子模塊的布置方式有多種，其中一些常用的布置方式包括就近法、最小空間法、模塊化法。這幾種布置方式各有利弊。其中就近布置可以減少線束的長度，以及氫氣管路的長度等。但可能不好集中管理，感覺增程器沒有整體感和系統(tǒng)感。最小空間布置法可以最大范圍的壓縮包絡(luò)空間，使整個空間更加緊湊。但各零部件離的太近可能會產(chǎn)生熱輻射和電磁干擾等一些負(fù)面影響，導(dǎo)致整個系統(tǒng)可靠性下降，系統(tǒng)極不穩(wěn)定，某子模塊出現(xiàn)問題時，不容易找出相關(guān)的故障。模塊化布置法可以把各子模塊按照相關(guān)的功能分成若干模塊，這樣一來可以較好地管理相應(yīng)的模塊，同時也可以減少一些熱輻射和電磁干擾等。當(dāng)其中某個模塊出現(xiàn)問題時，可以快速發(fā)現(xiàn)并且解決。

在這同時，也便于整體安裝，把相關(guān)的模塊做為一個總成，可以實現(xiàn)該總成快速更換，同時縮短增程器在車上的安裝時間。

經(jīng)過綜合比對和考慮，本實例中的電動微型車在空間允許的條件下，優(yōu)先考慮第3種布置方案。在本實例中，經(jīng)過細(xì)分，可以把燃料電池增程器分為3個模塊，其中包括氫氣系統(tǒng)子模塊、燃料電池系統(tǒng)及其管理系統(tǒng)子模塊、電源系統(tǒng)及其管理系統(tǒng)子模塊3部分（見圖2）。

其中氫氣系統(tǒng)子模塊和燃料電池系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)子模塊最后通過快速卡扣和輔助定位機構(gòu)集成到電源變換系統(tǒng)及穩(wěn)壓系統(tǒng)子模塊的支架上，從而構(gòu)成整個燃料電池增程器總成（見圖3）。