论文部分内容阅读
【摘要】由于混合动力技术的优越性，伴随着技术的不断成熟，使得在军用越野车辆上的应用已成为可能。因此，通过在X代陆基通用平台上对应用混合动力系统的技术方案进行设计，并给出简单的评价，为混合动力系统的发展提供一定的帮助与技术支持。
【关键词】混合动力；电传动；陆基平台
1 X代陆基通用平台采用混合动力的优势
所谓混合动力，就是将电动机与辅助动力单元（电动机）组合在一起提供驱动力，将传统发动机尽量做小，让一部分动力由电池—电动机承担。
混合动力的节能特性决定了，在相同油量情况下，混合动力车辆续航能力更久；混合动力的双动力特性决定了，在发动机功率大小相同情况下，混合动力车辆的驱动力更大，机动性更强。
2 混合动力技术概述
2.1 轻度/微混合动力系统
这种混合动力系统在传统内燃机上的启动电机上增加了发电功能（简称BSG系统）。该电机为发电启动一体式电动机。由于发电功率大小根据实际需求可控，从而降低了油耗和排放，但是它的电机并没有為汽车行驶提供持续的动力。
2.2 中度混合动力系统
该混合动力系统同样采用了ISG系统，但与轻度混合动力系统不同。中度混合动力系统采用的是高压电机，此外该系统还增加了一个功能。就是在汽车处于加速或者大负荷工况时，电动机能够辅助驱动车轮，从而补充发动机本身动力输出的不足，更好的提高整车的性能。这种系统的混合程度较高，目前技术已经成熟，且应用广泛。
2.3 全混合动力系统
该系统采用了272V～650V的高压启动电机，并通过车载电池供电。电动机可以在启动或巡航过程中，单独驱动车辆行驶。在加速或者电池能量不足的情况下，再由内燃机单独或者联合电动机驱动车辆。与中混合动力系统相比，完全混合动力系统的混合度更高。技术的发展将使得完全混合动力系统逐渐成为混合动力技术的主要发展方向。
2.4 插电混合动力系统
插电式混合动力系统，是一种将纯电动系统和现有混合动力系统相结合的产物。由于车辆带有外接插入式充电系统，车辆可以单独利用电动机行驶较长的距离，将内燃机的工作比例进一步缩小，提供更好的节油比例，同时又解决了纯电动汽车巡航里程短的问题。随着电池技术的发展，插电式混合动力将成为一种过渡方案。
3 X代陆基通用平台混合动力系统技术方案
3.1 X代陆基通用平台轻度/微混合动力系统技术方案
X代陆基通用平台轻度/微混合动力系统中，发电启动一体机串接在发动机和变速箱之间，控制器控制发电启动一体机的工作工况。在启动工况下，控制器控制发电启动一体机处于电动机状态。启动发动机，在发电工况下，控制器根据需要，控制发电启动一体机的发电量，并将发电机输出的交流电经过整流、斩波、滤波转化成车辆所需的28V直流。
目前，某地试制的发电启动一体机已伴某型项目经历了演示验证和初样车两轮试验，技术已经成熟。此发电启动一体机有两组电压：DC28V/10kW和DC270V/20kW。由于X代陆基通用平台发动机选型为300kW，根据经验判断，DC28V/10kW足够满足300kW发动机的启动，以及对X代陆基通用平台电气设备供电。因此，仅需将某地技术成熟发电启动一体机及控制器去除DC270V/20kW的部分。
3.2 X代陆基通用平台并联混合动力系统技术方案
X代陆基通用平台并联混合动力系统中，发动机、发电—电动机和变速箱通过动力耦合器联结。发动机输出的能量主要用于驱动变速箱，多余或不足的部分由电动机吸收或补充，即发动机作为主动力源，电机作为辅助动力源，其控制目标是在维持动力电池组电量的同时，最小化发动机的能耗量。
X代陆基通用平台有加速、爬坡、越障、下坡、平稳行驶等不同工作状况。负载情况各不相同，动力的分配状况也会不同，现分别列出以下典型的工况及其动力分配情况：在轻型负载工况下，工作装置需要的能量小于发动机提供的能量。此时，发动机发出的能量经过发电机，一部分用于驱动变速箱工作，另外一部分用来给动力电池组充电；在下坡及减速工作时，发动机怠速工作（不需做功）。此时，变速箱的势能和惯量经过发电/电动机转化后，再送至动力电池组中，由动力电池组进行能量回收；在加速或爬坡等重载负载工况下，变速箱需要的能量较大，此时发电/电动机处于电动状态，将动力电池组存储的电能转化成机械能，同发动机一起驱动变速箱工作。
3.2.1 电机的匹配
电机的匹配主要根据混合配置型式及控制策略，通过分析电机参数对发动机及整车动力性能的影响，确定电机的性能参数。X代陆基通用平台主要突出机动性，因此，电机功率的选择应满足加速时的功率需求和最大爬坡时的功率需求。
X代陆基通用平台要求在良好的路面上，最高车速为125km/h。假定此时电机不做功，发动机输出功率等于车辆保持高速所需功率，最大功率用P1max表示。
同时为保证越野性能，X代陆基通用平台还要求能爬25°坡，此时所需最大功率（发动机和电机共同提供）用P2max表示。
因此，电机所需最大功率即为P2max-P1max。选取合适的参数代入公式可得，电机所需最大功率约为100kw。通常电机的额定功率约为最大功率的0.7倍，即X代陆基通用平台并联混合动力系统电机额定功率约为70kw。
3.2.2 动力电池组的参数计算
动力电池组连续运行额定功率的选择，需满足发电/电动一体化电机和其他用电设备的连续功率需求。根据动力电池特性，在电荷维持阶段，动力电池组荷电状态SOC可在35%～45%之间工作。因此，要求SOC在35%～45%时，动力电池组连续运行的额定功率等于电机和其他用电设备的连续功率。
X代陆基通用平台用电设备假设约10kw，则动力电池组额定功率P额=70kw+10kw，约80kw。峰值功率P峰=100kw+10kw，约110kw。
动力电池组容量的计算：
动力电池组主要用于加速和爬坡时助力，设定四代陆基通用平台在25°的坡道上，以20km/h的速度连续行驶1km，SOC值从95%下降到35%，则：
动力电池总功W总=（110×1/20）/0.6=9.17kw?h
若动力电池电压选取为575V，动力电池容量即为：Q=W/U=9.17kw/575=16A?h。
3.2.3 混合动力系统重量计算
某地设计试制的电机比功率为1.2kw/kg，60kw电机约重50kg。目前磷酸铁锂电池比能量可达到200Wh/kg以上，动力电池组约重45.85kg。X代陆基通用平台采用并联混合动力系统即增加重量约95.85kg。
3.3 X代陆基通用平台串联混合动力系统技术方案
该方案与前同，暂略。
4 X代陆基通用平台混合动力系统技术方案的评价
X代陆基通用平台作为军用越野车辆，采用并联混合动力系统，在重量增加不多的情况下，续航能力更持久，机动性能更强，整体性能得到有效提升。因此，在三种方案中为最优方案。
参考文献：
[1]“东风猛士”军用越野车研制成功.汽车运用.2007年二期；
[2]东风猛士高机动性越野汽车的技术创新.黄松，徐满年，周忠胜.综述.2008年一期
【关键词】混合动力；电传动；陆基平台
1 X代陆基通用平台采用混合动力的优势
所谓混合动力，就是将电动机与辅助动力单元（电动机）组合在一起提供驱动力，将传统发动机尽量做小，让一部分动力由电池—电动机承担。
混合动力的节能特性决定了，在相同油量情况下，混合动力车辆续航能力更久；混合动力的双动力特性决定了，在发动机功率大小相同情况下，混合动力车辆的驱动力更大，机动性更强。
2 混合动力技术概述
2.1 轻度/微混合动力系统
这种混合动力系统在传统内燃机上的启动电机上增加了发电功能（简称BSG系统）。该电机为发电启动一体式电动机。由于发电功率大小根据实际需求可控，从而降低了油耗和排放，但是它的电机并没有為汽车行驶提供持续的动力。
2.2 中度混合动力系统
该混合动力系统同样采用了ISG系统，但与轻度混合动力系统不同。中度混合动力系统采用的是高压电机，此外该系统还增加了一个功能。就是在汽车处于加速或者大负荷工况时，电动机能够辅助驱动车轮，从而补充发动机本身动力输出的不足，更好的提高整车的性能。这种系统的混合程度较高，目前技术已经成熟，且应用广泛。
2.3 全混合动力系统
该系统采用了272V～650V的高压启动电机，并通过车载电池供电。电动机可以在启动或巡航过程中，单独驱动车辆行驶。在加速或者电池能量不足的情况下，再由内燃机单独或者联合电动机驱动车辆。与中混合动力系统相比，完全混合动力系统的混合度更高。技术的发展将使得完全混合动力系统逐渐成为混合动力技术的主要发展方向。
2.4 插电混合动力系统
插电式混合动力系统，是一种将纯电动系统和现有混合动力系统相结合的产物。由于车辆带有外接插入式充电系统，车辆可以单独利用电动机行驶较长的距离，将内燃机的工作比例进一步缩小，提供更好的节油比例，同时又解决了纯电动汽车巡航里程短的问题。随着电池技术的发展，插电式混合动力将成为一种过渡方案。
3 X代陆基通用平台混合动力系统技术方案
3.1 X代陆基通用平台轻度/微混合动力系统技术方案
X代陆基通用平台轻度/微混合动力系统中，发电启动一体机串接在发动机和变速箱之间，控制器控制发电启动一体机的工作工况。在启动工况下，控制器控制发电启动一体机处于电动机状态。启动发动机，在发电工况下，控制器根据需要，控制发电启动一体机的发电量，并将发电机输出的交流电经过整流、斩波、滤波转化成车辆所需的28V直流。
目前，某地试制的发电启动一体机已伴某型项目经历了演示验证和初样车两轮试验，技术已经成熟。此发电启动一体机有两组电压：DC28V/10kW和DC270V/20kW。由于X代陆基通用平台发动机选型为300kW，根据经验判断，DC28V/10kW足够满足300kW发动机的启动，以及对X代陆基通用平台电气设备供电。因此，仅需将某地技术成熟发电启动一体机及控制器去除DC270V/20kW的部分。
3.2 X代陆基通用平台并联混合动力系统技术方案
X代陆基通用平台并联混合动力系统中，发动机、发电—电动机和变速箱通过动力耦合器联结。发动机输出的能量主要用于驱动变速箱，多余或不足的部分由电动机吸收或补充，即发动机作为主动力源，电机作为辅助动力源，其控制目标是在维持动力电池组电量的同时，最小化发动机的能耗量。
X代陆基通用平台有加速、爬坡、越障、下坡、平稳行驶等不同工作状况。负载情况各不相同，动力的分配状况也会不同，现分别列出以下典型的工况及其动力分配情况：在轻型负载工况下，工作装置需要的能量小于发动机提供的能量。此时，发动机发出的能量经过发电机，一部分用于驱动变速箱工作，另外一部分用来给动力电池组充电；在下坡及减速工作时，发动机怠速工作（不需做功）。此时，变速箱的势能和惯量经过发电/电动机转化后，再送至动力电池组中，由动力电池组进行能量回收；在加速或爬坡等重载负载工况下，变速箱需要的能量较大，此时发电/电动机处于电动状态，将动力电池组存储的电能转化成机械能，同发动机一起驱动变速箱工作。
3.2.1 电机的匹配
电机的匹配主要根据混合配置型式及控制策略，通过分析电机参数对发动机及整车动力性能的影响，确定电机的性能参数。X代陆基通用平台主要突出机动性，因此，电机功率的选择应满足加速时的功率需求和最大爬坡时的功率需求。
X代陆基通用平台要求在良好的路面上，最高车速为125km/h。假定此时电机不做功，发动机输出功率等于车辆保持高速所需功率，最大功率用P1max表示。
同时为保证越野性能，X代陆基通用平台还要求能爬25°坡，此时所需最大功率（发动机和电机共同提供）用P2max表示。
因此，电机所需最大功率即为P2max-P1max。选取合适的参数代入公式可得，电机所需最大功率约为100kw。通常电机的额定功率约为最大功率的0.7倍，即X代陆基通用平台并联混合动力系统电机额定功率约为70kw。
3.2.2 动力电池组的参数计算
动力电池组连续运行额定功率的选择，需满足发电/电动一体化电机和其他用电设备的连续功率需求。根据动力电池特性，在电荷维持阶段，动力电池组荷电状态SOC可在35%～45%之间工作。因此，要求SOC在35%～45%时，动力电池组连续运行的额定功率等于电机和其他用电设备的连续功率。
X代陆基通用平台用电设备假设约10kw，则动力电池组额定功率P额=70kw+10kw，约80kw。峰值功率P峰=100kw+10kw，约110kw。
动力电池组容量的计算：
动力电池组主要用于加速和爬坡时助力，设定四代陆基通用平台在25°的坡道上，以20km/h的速度连续行驶1km，SOC值从95%下降到35%，则：
动力电池总功W总=（110×1/20）/0.6=9.17kw?h
若动力电池电压选取为575V，动力电池容量即为：Q=W/U=9.17kw/575=16A?h。
3.2.3 混合动力系统重量计算
某地设计试制的电机比功率为1.2kw/kg，60kw电机约重50kg。目前磷酸铁锂电池比能量可达到200Wh/kg以上，动力电池组约重45.85kg。X代陆基通用平台采用并联混合动力系统即增加重量约95.85kg。
3.3 X代陆基通用平台串联混合动力系统技术方案
该方案与前同，暂略。
4 X代陆基通用平台混合动力系统技术方案的评价
X代陆基通用平台作为军用越野车辆，采用并联混合动力系统，在重量增加不多的情况下，续航能力更持久，机动性能更强，整体性能得到有效提升。因此，在三种方案中为最优方案。
参考文献：
[1]“东风猛士”军用越野车研制成功.汽车运用.2007年二期；
[2]东风猛士高机动性越野汽车的技术创新.黄松，徐满年，周忠胜.综述.2008年一期