1電動(dòng)汽車(chē)及增程器簡(jiǎn)介

電動(dòng)汽車(chē)指全部或部分用電能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)的汽車(chē)。它包括燃料電池電動(dòng)汽車(chē)（FCEV）、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)（HEV）和純電動(dòng)汽車(chē)（BEV）3種類(lèi)型。由于目前蓄電池儲(chǔ)能有限，純電動(dòng)汽車(chē)存在一次充電后續(xù)駛里程短的問(wèn)題?？紤]采用在純電動(dòng)汽車(chē)上加裝一個(gè)增程器的方法來(lái)配合車(chē)載動(dòng)力電池在不同工況下工作，增加純電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程。

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

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

2選擇增程器

通?？蛇x擇的增程器類(lèi)型為小型發(fā)電機(jī)或者燃料電池?；诒M量避免使用燃油和爭(zhēng)取實(shí)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(dòng)力電池的充電電壓和車(chē)輛行駛里程的要求可以確定增程器的輸出電壓和儲(chǔ)電量。而根據(jù)增程器的輸出電壓和蓄電量來(lái)選擇目前市場(chǎng)上所銷(xiāo)售的現(xiàn)成產(chǎn)品，從而可以縮短開(kāi)發(fā)周期，節(jié)約開(kāi)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(jì)方案。

實(shí)例分析假設(shè)開(kāi)發(fā)一輛場(chǎng)館車(chē)，整車(chē)參數(shù)見(jiàn)表1。

2.1選擇動(dòng)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(dòng)力性能指標(biāo)。最高車(chē)速：Vmax=35km/h;爬坡能力：以Vb=12km/h車(chē)速爬15%的坡道;加速能力：0～30km/h時(shí)小于6s;巡航車(chē)速：Vn=25km/h。

2.2計(jì)算

經(jīng)過(guò)計(jì)算，同時(shí)考慮到最初設(shè)計(jì)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(gè)放電電壓為3V的磷酸鐵鋰電池串聯(lián)。考慮安全系數(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(chē)行駛45km的能量，考慮蓄電池充電效率，增程器的儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)零排放的初衷，同時(shí)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(chǎng)上現(xiàn)有較成熟的產(chǎn)品（見(jiàn)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(jì)技術(shù)背景

從增程器總成安裝結(jié)構(gòu)方面入手，通過(guò)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(lái)解決電動(dòng)汽車(chē)中續(xù)駛能力不足的問(wèn)題。

3.2燃料電池增程器總成各機(jī)構(gòu)及關(guān)鍵部件

工作原理：整個(gè)增程器總成通過(guò)前端的錐形定位元件和后端的鎖緊定位銷(xiāo)以及卡扣與側(cè)面的輔助擋板實(shí)現(xiàn)快速定位。當(dāng)增程器開(kāi)始安裝時(shí)，底板的滑輪接觸導(dǎo)軌，推動(dòng)到末端后，滑輪滑入滑槽，此時(shí)靠導(dǎo)軌來(lái)支撐，然后銷(xiāo)上定位鎖緊銷(xiāo)，扣上鎖緊卡扣，則完成增程器的機(jī)械安裝。當(dāng)增程器進(jìn)行演示時(shí)，可以把增程器拉出來(lái)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(xiàn)束的長(zhǎng)度，以及氫氣管路的長(zhǎng)度等。但可能不好集中管理，感覺(jué)增程器沒(méi)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(gè)空間更加緊湊。但各零部件離的太近可能會(huì)產(chǎn)生熱輻射和電磁干擾等一些負(fù)面影響，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)可靠性下降，系統(tǒng)極不穩(wěn)定，某子模塊出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，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(lái)可以較好地管理相應(yīng)的模塊，同時(shí)也可以減少一些熱輻射和電磁干擾等。當(dāng)其中某個(gè)模塊出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可以快速發(fā)現(xiàn)并且解決。

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

經(jīng)過(guò)綜合比對(duì)和考慮，本實(shí)例中的電動(dòng)微型車(chē)在空間允許的條件下，優(yōu)先考慮第3種布置方案。在本實(shí)例中，經(jīng)過(guò)細(xì)分，可以把燃料電池增程器分為3個(gè)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(jiàn)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(guò)快速卡扣和輔助定位機(jī)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(gè)燃料電池增程器總成（見(jiàn)圖3）。