10.16638/jki.1671-7988.2019.08.008
袁海马，于德政，付裕
（华晨汽车工程研究院动力总成设计处，辽宁沈阳110141）
摘要：文章介绍了一款增程式电动车的汽油发动机保养周期研究过程，通过分析增程式电动汽车中发动机的实际使用情况，计算合理的发动机保养周期，可以延长发动机及整车的使用寿命，节省用户的保养费用。
关键词：增程器；电动车；发动机保养周期
中图分类号：U469.7 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)08-28-03
Research on Engine Maintenance Interval for range-extender electric Vehicle
Yuan Haima, Yu Dezheng, Fu Yu
（Brilliance Automobile Engineering Research Institute, Powertrain Design Section, Liaoning Shenyang 110141）
Abstract: This article presents a study of the maintenance interval of a gasoline engine for range-extender electirc vehicles. Based on the actual use of the engine in an extended-range electric vehicle, a reasonable engine maintenance interval is calculated to extend the service life of the engine and the vehicle and save the user's maintenance cost.
Keywords: range-extender; electric vehicle; engine maintenance interval
CLC NO.: U469.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)08-28-03
前言
随着汽车节能环保要求加严及汽车技术的发展，混合动力汽车得到迅速发展，增程式电动车是其中一种类型，当车辆电量充足或短途行驶时，完全由电池的电力驱动整车行驶。当电量不足或整车在混合动力模式下运行时，整车控制系统根据实际行驶情况控制发动机和发电机组成的增程器发电，发动机仅作为后备动力源。
为了使车辆在良好状态下运行，传统汽车需进行周期性保养，发动机养护是其中重要一项，发动机在
使用一定时间或是公里数后更换机油及机油滤清器。由于增程式混合动力汽车的发动机在车辆行驶过程中会按控制策略的需求启动、停机。其运转时间和使用里程与整车的实际使用时间与里程不相同，因此需要计算合理的发动机保养周期，延长发动机及整车的使用寿命，还能节省保养费用，否则将适得其反。1 发动机保养周期分析
1.1 研究目的
本文通过增程式混合动力汽车中发动机的使用情况研究分析，综合考虑发动机启动次数、累计运行时间、机油更换时间，以及发动机的台架耐久试验结果等多方面因素，计算增程器发动机的合理保养周期。
本文主要从整车开发目标分析、发动机台架试验、整车试验三个方面展开。
1.2 车型开发目标分析
车辆技术参数是研究混合动力车型发动机工作工况的输入条件，特别是纯电动模式和混合动力模式的使用比例、电池组的容量，最大续航里程等参数直接影响发动机保养周期的定义。
本文研究车型定位为城市上下班通勤用车和家庭第二台代步车。日常出行偏向于纯电动行驶，在长距离行驶时才启动增程器，延长整车的续航里程。整车动力系统由增程器（小排量发动机+发电机）、动
力电池组、驱动电机构成，系统
作者简介：袁海马，工程师，本科，就职于华晨汽车工程研究院动力总成设计处，研究方向为汽油机开发及系统集成研究。
袁海马等：增程式电动车的发动机保养周期研究
主要构成见图1。
图1 动力系统构成图
车辆的各项技术参数见表1，整车维护便利性要求与传统车相当。综合考虑机油的存贮期，初步定义5W30A5B5全合成机油为研究用机油。
表1 整车技术参数表
1.3 发动机台架试验定义
发动机正常运转过程中，机油在发动机内部运动零部件表面形成油膜，保证摩擦副的正常润滑，保护零部件表面。但在发动机冷启动过程中，机油温度低、粘度大，建立可靠的油膜需要一定时间，因此发动机冷启动阶段的磨损量占总磨损量的40%。另一方面，新机油加入到发动机中，随着发动机的运转使用，逐渐氧化变质。
由于机油的劣化过程与发动机的使用相关联，为了缩短评估周期，采用发动机台架试验来研究发动机启动次数及运行时间与机油参数之间的关系。
针对增程式汽车中发动机不定期启动使用的特点，以及增程器启动后电池充放电控制策略，定义特定的发动机台架循环工况。搭建发动机台架，开展台架试验研究。周期性监控试验过程中机油的各项指标、分析机油中金属元素含量，判断机油的润滑效果。试验工况中包含冷启动、怠速、1600WOT（全负荷）、4000WOT（全负荷）、发动机冷却工况，具体发动机运转循环工况见图2。
图2 发动机台架循环工况
参照经验，5W30A5B5机油在发动机上每运转200小时需进行更换。因此，本文试验过程中分别在试
验50小时、100小时、150小时、200小时进行机油取样，通过机油的粘度、酸碱值、杂质含量等指标评估机油的寿命，为了增加样本，发动机运转200小时后更换机油，累计运转至400小时。台架性能数据及机油相关参数将用于后续整车试验结果的对比分析。
1.4 定义发动机保养相关数据参数
为了在整车上进行发动机保养相关参数记录，定义相关参数。定义发动机累计冷启动次数、保养周期冷启动次数、累计热启动次数、保养周期热启动次数，其中冷启动次数与发动机的磨损量有较强的相关性。定义发动机累计运行时间、保养周期运行时间；定义机油更换时间。定义整车运行里程, 累计运行里程，保养周期运行里程。
2 整车试验研究
2.1 试验数据记录
利用车辆进行试验，研究分析车辆行车过程中发动机的运转数据。发动机根据控制策略，间歇性工作，以便输出电力供给电池充电，或供给电动机驱动车辆行驶。车辆使用工况、控制策略，均会影响发动机的使用率。
图3 试验天数与冷启动次数关系
图4 试验天数与发动机运转时间关系
图5 试验天数与行车里程关系
本文模拟城市工作上下班通勤进行研究。记录整车行车过程的各项数据，提取发动机启动及使用情况，进行数据的统计分析。连续记录100天具有代表性的数据。具体数据有试验天数与冷启动次数关系（图3），（下转第41页）
刘冬梅：基于水桶补短理论的电动汽车锂电池主动均衡管理系统设计键技术。选用凌特6803采集芯片，直接采集单体电池电压，
把单体电压信号传递给CPU，CPU根据采集到的单体电池压差信号进行计算。依据是电池组在放电时压差超过500mV对最低单体进行充电补充，电池组在充电时压差超过200mV时对最低电池单体进行充电，图3是单体电池CPU检测系统内部PCB线路板。
3 系统性能指标
本主动均衡管理系统能实时监控最低电池，始终对最低电池进行补充，可同时控制各个单体的过充和过放，实现各单体电池的高度一致性，延长电池组的使用寿命，提高系统的安全性，其性能指标如下：
（1）充电完成后，均衡管理系统维护后能保证最高单体和最低单体电池压差低于100mV；
（2）长时间放置能保证电池组最高单体和最低单体电池压差低于100mV；
（3）放电过程中最高单体和最低单体电池压差超过500mV时，管理系统对最低单体进行充电补充；
（4）系统工作时功率<100W，休眠期间功耗<1W；
（5）最大均衡电流>5A；
（6）根据电池环境温度，均衡功率自动调整。4 结论汽车保养周期
本文设计了一种新型基于软件分析的电动汽车锂电池主动均衡管理系统。它采用IC检测电池单体电压，通过软件分析自动完成最低单体电池的能量补充，从而达到资源的最优分配，能实现电量任意单体间的转移，使均衡效率大大提高。该设计借鉴水桶补短理论，实现充电、放电的实时均衡，使能量有效转移到最低点，起到最大幅度节能的目的，且该管理系统外电路结构简单、布线容易、成本低、质量稳定，降低了整车成本，有利于锂电池均衡管理系统的推广普及。
参考文献
[1] 候云龙.《中国制造2025》聚焦十大产业[J].党政视野.2015（6）:63.
[2] 于广.电动汽车动力电池管理系统研究与设计[D].青岛：山东大
学,2016:1-2.
[3] 张育华，孙金虎，曾杰.一种电池管理系统的动态均衡充放电实现
方法[P].中国专利:CN101917036A,2010-12-15.
[4] 韦琳.纯电动汽车锂离子电池管理系统的研究[D].哈尔滨：哈尔滨
理工大学,2015:7-8.
[5] 王博.电动汽车动力电池管理系统[D].长春：吉林大学,2016:2-3.
（上接第29页）
试验天数与发动机运转时间关系（图4），试验天数与试验里程关系（图5），试验天数与累计试验里程关系（图6）。
图6 试验天数与累计行车试验里程
2.2 试验数据分析及保养周期计算
根据《中国机动车行驶里程分布规律》相关统计分析推算，按每年用车200天计算，整车年行驶里程为1.2万公里，其中发动机运转180小时，冷启动550次。与台架200小时更换机油的相关参数相比，其结果具有合理的安全系数，可以满足要求。
3 结论
本文通过研究发动机台架试验和整车试验过程中的发动机保养参数，得出以下结论：
（1）混合动力车发动机保养需考虑发动机的使用率与冷启动对发动机磨损的影响。
（2）合理的保养周期设定，可以保证发动机的润滑效果，延长保养间隔，节省用户的整车使用成本。
（3）由于研究限制，本文研究试验样本和适用性存在一定局限性，研究方法可用于整车及发动机的各项参数的收集统计，为混合动力相关车型研究积累数据。
参考文献
[1] 袁兆成，内燃机设计[M].机械工业出版社,2008.7.
[2] 车用发动机低温冷启动磨损研究[J].内燃机，中国内燃机学
会,2002.3.
[3] 林秀丽，中国机动车行驶里程分布规律[J].环境科学研究,2009.3.
[4] 李兴虎，润滑油粘度的影响因素分析，润滑油,2009.12.
[5] 中国石油，车用润滑油的技术现状及发展趋势，中国石油润滑油公
司,2014.5.
[6] 中国汽车技术研究中心，中国汽车工业年鉴:2002-2007.
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