王祥杨卫松郝宝青
(上海汽车集团股份有限公司商用车技术中心，上海200438)
摘要：随着能源与环境问题越来越多地受到政策法规的重视与影响，各种形式的新能源汽车均得到了较好的发展㊂增程式电动汽车是新能源汽车中的重要分支，它既可以利用纯电动车的动力电池和电驱系统，同时又可以通过增加1个小排量发动机的方式，规避纯电动车的里程焦虑问题，是1个非常好的方案㊂房车对电能的需求越来越大，这是传统内燃机车辆所无法满足的㊂基于增程式电动汽车搭建房车，可以充分发挥增程式电动汽车大电量㊁无里程焦虑的优势，满足房车对电能的需求，并且可以彻底释放房车去营地化的客观需求㊂
关键词：增程式；房车；性能匹配；去营地化
0前言
能源和环境问题已成为当前汽车产业发展的两大
驱动因素，在此背景下各种形式的新能源汽车应运而
生，车型主要包括混合动力㊁燃料电池和纯电动车等㊂
燃料电池汽车受限于电池电堆技术的成熟度，离
大规模商业的应用尚有时日；纯电动车的路线由于国
家的补贴而受到广泛的欢迎，但纯电动车受到电池能
量密度影响，存在续航里程与整车质量之间的冲突；混
合动力技术难度比较大，并依赖于混合动力变速箱的
成熟度，在真实路况下的节能减排效能还需要得到时
间的检验㊂
增程式电动汽车是介于纯电动汽车㊁插电式混合
动力汽车之间的动力路线㊂目前，增程式电动汽车受
到厂商的普遍重视㊂大多数增程式电动汽车都是在纯
电动车基础上，增加发动机㊁发电机，进而提高续航里
程，克服纯电动车的里程焦虑㊂该车型通过发动机和
发电机来提供动力来源，以动力电池为主要输出动力
源，整个系统由电动机驱动㊂发动机在一般情况下不
直接为车辆提供动力，仅为车辆提供电力来源㊂
增程式电动汽车匹配的发动机主要作用是发
电[1-2]，因此可以通过发动机运行工况点的调整，实现整个系统的能耗最优化㊂因此，增程式电动汽车系统
的效率㊁排放㊁系统稳定性等均较为理想㊂
同时，由于增程式电动汽车自带发电机，因此可以
减小动力电池的容量，因而减小了车重㊂最重要的是，增程式电动汽车彻底解决了里程焦虑的问题㊂增程式电动汽车同时具备了电动汽车高能量转换效率㊁ 零排放 ㊁长续航里程的优点[3]㊂
另一方面，目前的房车大多数是由纯内燃机底盘汽车改制而来㊂房车对生活用电的需求越来越高，这就导致房车电池电量越来越大，而电量的增大会带来电能的补给问题，以及增加车重等问题㊂
增程式电动房车可以解决电池大电量㊁电能补给的问题㊂本文研究车型基于某款整备质量(G VW)为4.5t的N2类底盘车㊂技术人员将该车型改制成增程式电动房车，并对其核心零部件进行了选型和匹配㊂通过A V L-C r u i s e建立仿真模型，技术人员研究了该增程式电动房车的动力性㊁经济性，以及电能均衡性等问题㊂
1增程式电动房车系统结构与工作模式
增程式电动房车一般由内燃机与发电机总成(A P U)㊁动力电池㊁主驱电机三大主要部件总成组成㊂主驱电机用于驱动汽车车轮，动力电池为电动机供电, A P U总成用于车辆发电，提供额外的动力，延长行驶里程㊂
1.1增程式电动房车系统结构
增程式电动房车的种类有很多种，按照驱动方式的不同，可分为串联式㊁并联式，以及串并联混合式
电动房车㊂
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本文主要研究串联式电动房车，这是最简单的1
种增程方式[
4]
㊂该车型的系统架构如图1所示㊂其中，动力电池通过驱动电机控制器(M C U )
和增程器发电机控制器(G C U )
进行管理
㊂图1 串联式系统架构
在这种模式下,A P U 总成仅提供电力来源,
并且将电能储存在电池中，而车辆前进所需要的能量来自于动力电池㊂串联式增程电动房车的能量方向如图2所示
㊂
图2 串联式增程电动房车的能量方向
1.2 增程式电动房车工作模式
增程式电动房车的工作模式有分为以下几种㊂(1
)纯电动模式运行㊂在该模式下，发动机不起动，车辆前进所需要的动力来源于动力电池㊂(2)纯内燃机模式㊂在该模式下，发动机全程起动，车辆前进所需要的动力来源，以及电池充电所需要的能量，全部来自于发动机㊂
(3
)混动模式㊂在该模式下，车辆前进所需要的动力一部分来自于内燃机，一部分来自于动力电池㊂整车控制器会根据系统能耗最优的策略，向内燃机或者动力电池提出动力分配需求㊂在该模式下，相对纯内燃机系统，该车型的平均节油率约为20%~30%㊂
增程式电动房车可以根据不同的使用场景，在以上3种模式之间进行切换，从而达到系统能耗最优的目的㊂
目前，市场主流的增程式电动房车的动力电池匹配一般集中在2个区间:(1)电池电量大约在13~20
k W ㊃h 之间,
采用功率型电池，电池放电倍率较高㊂该方案的主要使用场景以混动为主㊂(2)电池电量大约在40~50k W ㊃h 左右，采用能量型电池，电池的放电倍率相对较低㊂该方案的主要使用场景以纯电为主㊁混动为辅㊂1.3 房车用电需求
随着智能房车领域的发展，房车对电能的需求越来越高㊂典型的房车上配备有部分功率需求，约为3k W 左右㊂然而，现代房车一般需要向用户提供7~8h 左右的生活用电，能量需求约为24k W ㊃h 左右㊂因此，对于传统内燃机而言，无论是用电功率㊁还是电池电量，远远无法满足车型需求㊂加上动力
性需求，此时底盘车能量需求至少为40k W ㊃h 以上㊂如此大的电量需
求，再结合上述增程式电动房车特点，可以看出，基于增程式架构的电动房车是最理想的选择㊂
2 增程式电动房车的性能匹配
考虑到房车载质量的需求，本文以某款G VW 为
4.5t 的N 2类增程式底盘匹配房车,
其基本性能指标要求如表1所示㊂
表1 增程式房车性能需求
项目
参数
房车类型N 2类增程式底盘车整备质量/t 4.500
玛莎拉蒂司机父亲曝光标称质量/t
4.495
设计质量/t
5.000/
恒驰汽车图片6.000轮胎半径/m 0.3762后桥速比
5.286/5.375
1m i n 最高车速/(k m ㊃h
-1)10030m i n 最高车速/(k m ㊃h
-1)901m i n 最大爬坡坡度/%
30持续最大爬坡坡度/%
12
设计质量对应车型阻力/N
F 0车型:308.400F 1车型:2.679F 2车型:0.161
常规车速/(k m ㊃h
-1)50~80平均车速/(k m ㊃h
-1)60
每日运行里程/k m
100~250电量需求/(k W ㊃h
)ȡ40
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如上所述,
增程式电动汽车方案最核心的零部件是A P U ㊁动力电池和主驱电机㊂基于上述增程式车辆性能指标要求和增程式电动房车对于电量的需求，技术人员对核心零部件进行了综合选取㊂
2.1 A P U 总成的匹配
对于串联式增程器来说，车辆前进所需要的轮边功率㊁车辆基本用电负荷㊁驾驶舱成员所需要制冷与制热功率，以及房车内部用电需求等，全部来自于A P U
总成，即来自于内燃机与发电机㊁电机控制器总成[5]
㊂合理选择A P U ,
直接决定了整个增程式车辆的能耗，是整个系统中最重要的部分㊂
针对本文研究的G VW 为4.5t 的N 2类车辆改制
的增程式房车，技术人员经过测算，从车轮边到电机侧
的机械效率η轮边为0.95，电机效率η电机为0.90,
底盘车基本的灯光㊁娱乐系统等负荷约为3k W ，房车内部功率需求约为3k W ，底盘车与房车内所需
要的制冷㊁制热功率约为4k W ，合计附件功率约为10k W ㊂技术人员通过A V LC r u i s e 搭建仿真模型,
计算得出各个车速下所需要的发动机功率如图3所示
㊂
图3 车速-A P U 功率需求
在实际车辆运行中，通常房车的运行车速点为80
~100k m /h ,
基于车辆阻力㊁零部件效率㊁系统功率需求等因素，并且考虑到常见工况点下的能耗最优原则，在高效区间段,A P U 总成至少需要满足50k W 左右，并且A P U 的输出功率范围应不小于81k W ㊂表2为
常见的增程式房车A P U 功率需求㊂
2.2 主驱电机的匹配
红旗h9落地价对于主驱电机的选择，首先需要考虑的是扭矩和功率特性，即车辆在低速时的扭矩特性㊁高速时的功率特性㊂
表2 增程式房车A P U 功率需求
项目
包头北奔重汽参数
车速/(k m ㊃h
-1)80
赛博坦克30090
100
A P U 额定发电功率/k W
>50>64>81 车辆在起步或者低速爬坡时，主要考验的是主驱电机的低速扭矩特性，而高速功率特性则决定了车辆能达到的最高车速㊂两者基本上是主驱电机选型时候，技术人员首先需要考虑的最主要因素㊂
针对本文中研究的增程式电动房车，技术人员通过计算在不同工况下的行驶阻力性能，确定主驱电机的最大功率㊁扭矩，以及驱动桥速比等核心参数，同时还需要考虑电机最高转速限制㊂电机最高转速n m a x 与
车速之间的关系见式1㊂
n m a x ȡv m a x i g
i 0/0.377(1)其中,v m a x 为车辆最高车速，单位
k m /h ;i g 为主减速比,
i 0为各档位速比㊂
通过A V LC r u i s e 搭建仿真模型，技术人员计算得出各个后桥主减速比下所需要的电机最高转速㊁电机最大扭矩如图4所示㊂
图4 电机扭矩和转速需求
综合车辆性能需求，车辆在12%和30%爬坡坡度
状态下所需要的电机性能如表3所示㊂
2.3 动力电池的匹配
增程式电动房车的动力电池为驱动车辆前进的动力源㊂如表4所示,N 2类车辆在当前法规条件下,
需60
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要满足中国重型商用车辆瞬态车辆循环(C-WT V C)工况和等速40k m/h时的稳速纯电续航的要求㊂结合本车型的风阻曲线和百公里电耗情况，技术人员通过A V LC r u i s e搭建仿真模型，计算得出本车
型所需要电池电量至少应该满足27k W㊃h以上㊂
表3增程式电动房车的电机性能需求
项目参数
爬坡坡度/%3012
需求的电机扭矩/(N㊃m)>1000>420
需求的电机功率/k W->60
峰值扭矩选型/(N㊃m)>1000
额定扭矩选型/(N㊃m)>450
表4增程式底盘车电量需求
项目参数
循环工况C-WT V C40k m/h等速工况百公里电耗/(k W㊃h)48.6027.35
纯电续航里程/k m5050
最小用电量/(k W㊃h)27.0015.22同时，该动力电池还需要承担房车上的部分用电需求㊂如上所述，电量需求至少为40k W㊃h以上㊂综合以上两者需求，本文研究的增程式电动房车最终选择了40k W㊃h的磷酸铁锂电池作为该房车的动力方案㊂
2.4仿真结果
根据上述原则，技术人员确定了增程式房车A P U㊁主驱电机㊁动力电池等核心零部件，确定了与底盘车相关的基本参数，并利用A V L-C r u i s e仿真软件搭建了增程式电动房车仿真模型㊂不仅如此，技术人员还确定了动力源的能量分配控制策略，设置了电池均衡荷电状态(S O C)为50%，电池放电深度(D O D)区间为5%~95%，并搭建了仿真模型，仿真结果如表5所示㊂
表5增程式电动房车仿真结果
bmw z8项目仿真值
加速时间(0~100k m/h)/s25.2
加速时间(0~50k m/h)/s6.5
加速时间(50~80k m/h)/s7.5
1k m行驶最高车速/(k m㊃h-1)120
30m i n最高车速/(k m㊃h-1)110
1m i n最大爬坡坡度/%32
持续最大爬坡坡度/%16
全球轻型汽车测试循环(W L T C)续航里程/k m83
等速法续驶里程/k m120
百公里C-WT V C工况油耗/L9.83
3总结
可以预见，在未来几年，新能源汽车会得到充分的发展，新能源汽车及配套充电桩将逐渐增多，这为房车的研发提供了更多的可选方案㊂
目前，部分具有整车厂背景的房车制造商开始研究基于增程式电动汽车的新能源房车㊂该车型既可以利用越来越广泛的新能源配套体系，又可以利用增程式电池容量大㊁发电快的特点，彻底满足去营地化的客户需求㊂这将是未来几年房车市场发展的重要方向之一㊂
参考文献
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