CN107014623A - 电动汽车增程器***试验台架及增程器***可靠性试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电动汽车增程器***试验台架，包括自动控制器、发动机、发电机、整车控制器、与发电机为电连接的发电机控制器和动力电池，发电机通过连接轴或联轴器与发动机连接，自动控制器与电池管理***、整车控制器、发电机控制器和发动机控制器为电连接。本发明的电动汽车增程器***试验台架及试验方法，实现了电动汽车增程器***的可靠性试验，为开发高性能的增程器***提供数据支撑，对于开发高可靠性的增程器***应用于电动汽车，促进增程器***的快速产业化具有重要的指导意义。本发明还提供了一种增程器***可靠性试验方法。
Description
技术领域
本发明属于电动车增程器***技术领域，具体地说，本发明涉及一种电动汽车增程器***试验台架及增程器***可靠性试验方法。
背景技术
增程式纯电动车被普遍认为是一种最具有产业化前景的新能源汽车，世界各国都开始重视增程式纯电动车技术的研发和产业化。国内现阶段还没有较为成熟的增程式纯电动车产品推向市场，有关产品的研究和开发工作也刚刚起步，在研发过程中，发现增程器***中发动机与发电机的连接轴经常发生断裂，其可靠性不能满足增程式电动汽车产业化的需求。因此，建立电动汽车增程器***试验台架及可靠性试验方法，为开发高性能的增程器产品提供数据支撑，对于开发高可靠性的增程器***应用于电动汽车具有重要的指导意义。
公开号为CN104590041A的专利文献公开了一种电动汽车用燃气增程器***，它包括燃气发动机与发电机，燃气发动机通过离合器与发电机连接，发出的电可以直接驱动汽车。
燃气增程器技术的优点有以下两点：
1、由于燃气比汽油便宜并且更少排放，采用燃气增程器可以增加里程减少污染；
2、该***可用于电动汽车增程器***，建立燃气增程器的构架平台，不仅能够共有关键零部件，而且能够降低产业化成本。
从使用方面看，该技术简单便捷。但对于批量性生产来说，该技术的缺点是：
1、该技术使用范围有限，仅仅适合于燃气发动机增程器***，不能适用于普遍使用的燃油发动机(汽油发动机和柴油发动机)增程器***；
2、燃气发动机加速时间较慢，动力性能较差，不能满足客户对车辆良好动力性能的需求；
3、该技术没有考虑发动机和发电机连接部分的可靠性，可靠性是制约增程式电动汽车产业化的一个关键因素，必须考虑。
因此，开发一款兼具较好的动力性能和较高可靠性的燃油增程器***并且应用于电动汽车，建立电动汽车增程器***可靠性试验方法，是本发明专利的基本目标。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种电动汽车增程器***试验台架及增程器***可靠性试验方法，目的是实现电动汽车增程器***的可靠性试验，为开发高性能的增程器***提供数据支撑。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：电动汽车增程器***试验台架，包括自动控制器、发动机、发电机、整车控制器、与发电机为电连接的发电机控制器和动力电池，发电机通过连接轴或联轴器与发动机连接，自动控制器与电池管理***、整车控制器、发电机控制器和发动机控制器为电连接。
所述动力电池、发电机控制器和发电机通过高压线与提供高压电的电源柜连接。
所述发电机控制器根据所述整车控制器的指令实时控制发电机进行发电或者启动发动机。
当所述动力电池的电量低或者电量耗完时，发动机控制器根据所述整车控制器的指令实时控制发动机的工作，此时发动机带动发电机运转，进行发电，产生的电能用于给动力电池充电。
本发明还提供了一种电动汽车增程器***可靠性试验方法，包括步骤：
S1、进行发动机和发电机的单体性能的初试；
S2、增程器***试验台架的安装；
S3、增程器***试验台架的磨合；
S4、进行增程器***可靠性试验；
S5、拆卸增程器***试验台架，进行发动机和发电机的单体性能的复试；
S6、进行增程器***可靠性的合格评价。
所述步骤S1中，进行发动机性能初试时按照GB/T19055-2003执行，进行发电机性能初试时按照GB/T18488.2-2006执行。
所述步骤S2中，将完成性能初试后的发动机和发电机通过连接轴或联轴器连接，并提供动力电池、自动控制器、整车控制器和电源柜，然后将发电机控制器、发动机控制器、电池管理***和整车控制器与自动控制器电连接，将动力电池、发电机控制器和发电机通过高压线与提供高压电的电源柜连接。
所述步骤S3中，磨合期间，确保增程器***试验台架能够正常完成启动、发电、加速、减速、等速和怠速工况变化及转换，确保增程器***试验台架的振动和噪声正常，记录电池SOC的变化曲线以及发电过程中转速和扭矩变化的动态跟随情况。
所述步骤S4中，进行可靠性试验时按发动机试验工况和发电机试验工况组合运行，并确保增程器***试验台架的持续运行时间符合要求；若试验过程中出现故障，则终止试验。
进行增程器***可靠性试验时，包括步骤：
S41、控制发动机运转并使发动机的转速从nM均匀地上升至nP，然后控制发动机在转速nP下稳定运行一段时间，然后使发动机的转速从nP均匀地下降至nM，最后控制发动机在转速nM下运行一段时间；
S42、重复步骤S41的过程，直至发动机持续运行了规定的时间；
S43、使发动机的转速下降至ni，并控制发动机在转速ni下运行一段时间；
S44、加大发动机的油门，使发动机的转速超过额定转速或上升到最高转速；
S45、减小发动机的油门，使发动机的转速下降至nM，至此完成一个单次试验过程。
本发明的电动汽车增程器***试验台架及试验方法，实现了电动汽车增程器***的可靠性试验，为开发高性能的增程器***提供数据支撑，对于开发高可靠性的增程器***应用于电动汽车，促进增程器***的快速产业化具有重要的指导意义。
附图说明
图1为本发明增程器***试验台架的结构示意图；
图2为增程器***可靠性试验运行工况图(单个循环)；
图3为增程器***可靠性试验方法工作流程图；
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
增程式电动汽车在研发过程中，发现增程器***中发动机与发电机的连接轴经常发生断裂，其可靠性不能满足增程式电动汽车产业化的需求。因此，开发一款兼具较好的动力性能和较高可靠性的燃油增程器***并且应用于电动汽车，该项发明专利建立电动汽车增程器***安装台架及可靠性试验方法，对于开发高可靠性的增程器***应用于电动汽车，促进增程器***的快速产业化具有重要的指导意义。
如图1所示，本发明提供了一种电动汽车增程器***试验台架，包括自动控制器、发动机、发电机、整车控制器、电源柜、与发电机为电连接的发电机控制器和动力电池，发电机通过连接轴或联轴器与发动机连接，自动控制器与电池管理***、整车控制器、发电机控制器和发动机控制器为电连接。
具体地说，如图1所示，自动控制器(AUTO CONTROL SYSTEM)，它通过CAN总线控制发电机控制器、电池管理***、整车控制器、发动机控制器的指令，作为试验台架的控制中心。动力电池(BATTERY)，是作为电动汽车上储存电能的部件，同样在试验台架中也用于储存电能。电池管理***(BMS)，是用于动力电池上智能化管理及维护各个电池单元，防止动力电池出现过充电和过放电，延长动力电池的使用寿命，监控动力电池的状态。
整车控制器(VMS)，负责控制和协调整车其它控制器工作(如：EMS、GCU等)，实现增程式电动汽车功能控制。发电机控制器(GCU)，根据VMS的指令实时控制发电机进行发电或者启动发动机，避免发动机启动时在低效率区间工作。发电机(GENENATOR)，增程器***的发电机除发电外，还能作为发动机的启动电机。发动机(ENGINE)，通过连接轴或联轴器与发电机相连接。发动机控制器(EMS)，当动力电池的电量较低或耗完时，整车进入增程模式，EMS根据VMS指令实时控制发动机的工作，此时发动机带动发电机发电，电能可以带动驱动电机或给动力电池充电。
如图1所示，动力电池、发电机控制器和发电机通过高压线与提供高压电的电源柜连接。自动控制器(AUTO CONTROL SYSTEM)是试验台架的控制中心，它通过CAN总线控制发电机控制器(GCU)、电池管理***(BMS)、整车控制器(VMS)、发动机控制器(EMS)的指令；发电机(GENENATOR)通过连接轴或者联轴器与发动机(ENGINE)构成增程器***。整车控制器负责控制和协调整车其它控制器工作(如:EMS、GCU等)，实现增程式电动汽车功能控制：发电机控制器(GCU)根据VMS的指令实时控制发电机进行发电或者启动发动机，避免发动机启动时在低效率区间工作；当动力电池的电量较低或耗完时，整车进入增程模式，EMS根据VMS指令实时控制发动机的工作，此时发动机带动发电机发电，电能可以带动驱动电机或给动力电池充电。电源柜通过高压线与动力电池(BATTERY)、发电机控制器、发电机连接，并且提供高压电。需要特别说明的是，该总成安装台架是一个简易台架，主要适用于增程式电动车处于增程模式的时候对增程器***总成机械结构及性能的可靠性进行考核。
增程器***可靠性试验运行工况图(单个循环)如图2所示，增程器***可靠性试验按发动机试验工况和发电机试验工况组合运行，发动机从转速nM(nM为发动机带动发电机运转进行发电时的最低工作转速)均匀地上升至np(np为发动机带动发电机运转进行发电时的最高工作转速)，历时90s；在转速np下稳定运行210s；随后均匀地下降至转速nM，历时90s；在转速nM下稳定运行210s。重复上述交变工况，运行到1500s。转速下降至怠速(ni)运行到1770s；发动机处于怠速状态，无负荷，油门开大，使转速均匀上升到105％额定转速(nτ)或上升到发动机制造厂规定的最高转速，历时15s±6s；随即均匀地关小增程器发动机的油门，使转速降至nM，历时15s±6s。至此完成一个循环，历时1800s。增程器***试验台架至少运行800个循环，持续运行时间400h。
表1为与图2相对应的单个循环各工况运行时间表：详细的描述了各工况对应的发动机转速的变化情况，对应的负荷变化情况以及该工况持续的运行时间。
表1 单个循环各工况运行时间表
本发明还提供了一种电动汽车增程器***可靠性试验方法，如图3所示，包括如下的步骤：
S1、进行发动机和发电机的单体性能的初试；
S2、增程器***试验台架的安装；
S3、增程器***试验台架的磨合；
S4、进行增程器***可靠性试验；
S5、拆卸增程器***试验台架，进行发动机和发电机的单体性能的复试；
S6、进行增程器***可靠性的合格评价。
步骤S1中，进行发动机的性能试验时按照GB/T19055-2003《汽车发动机可靠性试验方法》中第8.3条的规定执行。进行发电机及控制器性能的试验时按照GB/T18488.2-2006《电动汽车用点击及其控制器第2部分：试验方法》的规定执行，进行电机绕组对机壳的绝缘电阻、电机转矩特性(外特性)等测试。发动机、发电机及控制器的性能初试结果应达到制造厂提供的技术条件要求，否则应终止试验。如果制造厂能够提供试验样品合格的单体性能试验报告可不再进行性能初试。
步骤S2中，将完成性能初试后的发动机和发电机通过连接轴或联轴器连接，并提供动力电池、自动控制器、整车控制器和电源柜，然后将发电机控制器、发动机控制器、电池管理***和整车控制器通过CAN总线与自动控制器电连接，将动力电池、发电机控制器和发电机通过高压线与提供高压电的电源柜连接，形成如图1所示的增程器***试验台架。为确保***能正常工作，应对未安装的零部件(对***有影响的)的信号进行模拟或者通过其他方式对控制器程序进行信号屏蔽，同时应在自动控制器中增加***保护程序(如：过压、过流、过温保护程序)，确保***安全。
步骤S3，进行增程器***试验台架的磨合，磨合期间，确保增程器***试验台架能够正常完成启动、发电、加速、减速、等速和怠速工况变化及转换，确保增程器***试验台架的振动和噪声正常，记录电池SOC(SOC全称是State of Charge)的变化曲线以及发电过程中转速和扭矩变化的动态跟随情况。
步骤S4中，进行可靠性试验时按发动机试验工况和发电机试验工况组合运行，并确保增程器***试验台架的持续运行时间符合要求；若试验过程中出现故障，则终止试验。
步骤S4中，进行增程器***可靠性试验的过程，如表1和图2所示，包括如下的步骤：
S41、控制发动机开始运转并使发动机的转速从nM均匀地上升至nP，这个加速过程历时90s；然后控制发动机在转速nP下稳定运行一段时间，该一段时间优选为210s；然后使发动机的转速从nP均匀地下降至nM，这个减速过程历时90s；最后控制发动机在转速nM下稳定运行一段时间，该一段时间优选为210s；
S42、重复步骤S41交变工况的过程，直至发动机持续运转了规定的时间，该规定的时间优选为1500s(该规定的时间是指从步骤S41发动机开始运转后发动机持续运转的工况累计时间)；
S43、使发动机的转速下降至ni(ni为发动机怠速状态时的转速)，发动机处于怠速状态，并控制发动机在转速ni下运行一段时间，直至发动机持续运转了规定的时间，该规定的时间优选为1770s(该规定的时间是指从步骤S41发动机开始运转后发动机持续运转的工况累计时间)；
S44、使发动机处于怠速状态，发动机无负荷，加大发动机的油门，然后使发动机的转速均匀上升，直至发动机的转速大小超过105％*nτ(nτ为发动机的额定转速)或上升到发动机制造厂规定的最高转速，这个加速过程历时15s±6s；
S45、均匀地减小发动机的油门，使发动机的转速下降至nM，这个减速过程历时15s±6s。
经过步骤S41至S45，至此完成增程器***可靠性试验的一个单次试验过程，完成一个循环，整个单次试验过程历时1800s。
步骤S4中，进行增程器***可靠性试验时，需至少进行800次的上述单次试验过程，也即使增程器***试验台架至少运行800个循环，增程器***试验台架持续运行时间为400h。
如图3所示，步骤S4中，如果增程器***试验台架运行过程中出现故障，则终止试验；如果运行过程中没有出现故障，但是增程器***试验台架持续运行时间达不到400h，重新设计和改进增程器***试验台架，重新进行可靠性试验，直到增程器***试验台架持续运行时间达到400h，方可进行下一步。
如图3所示，步骤S5中，拆卸增程器***试验台架，将发动机、发电机拆卸为单体，便于下一步进行单体性能复试。
如图3所示，步骤S6中，进行增程器***可靠性的合格评价，评价标准如下：
1.增程器***试验台架的实际累计运行时间应大于或等于400h；
2.增程器***试验台架完成可靠性试验后没有异常噪声，能正常运转；
3.发动机、发电机判断未出现严重故障，并且增程器***试验台架未出现关键零部件(连接轴或者联轴器)损坏，需要更换才能恢复功能的现象。
进行评价时，只有同时满足以上三条标准，增程器***试验台架才算合格。如果合格，可靠性试验结束；如果不合格，回到步骤S4重新进行可靠性试验。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.电动汽车增程器***试验台架，其特征在于，包括自动控制器、发动机、发电机、整车控制器、与发电机为电连接的发电机控制器和动力电池，发电机通过连接轴或联轴器与发动机连接，自动控制器与电池管理***、整车控制器、发电机控制器和发动机控制器为电连接。
2.根据权利要求1所述的电动汽车增程器***试验台架，其特征在于，所述动力电池、发电机控制器和发电机通过高压线与提供高压电的电源柜连接。
3.根据权利要求1所述的电动汽车增程器***试验台架，其特征在于，所述发电机控制器根据所述整车控制器的指令实时控制发电机进行发电或者启动发动机。
4.根据权利要求1所述的电动汽车增程器***试验台架，其特征在于，当所述动力电池的电量低或者电量耗完时，发动机控制器根据所述整车控制器的指令实时控制发动机的工作，此时发动机带动发电机运转，进行发电，产生的电能用于给动力电池充电。
5.电动汽车增程器***可靠性试验方法，其特征在于，包括步骤：
S1、进行发动机和发电机的单体性能的初试；
S2、增程器***试验台架的安装；
S3、增程器***试验台架的磨合；
S4、进行增程器***可靠性试验；
S5、拆卸增程器***试验台架，进行发动机和发电机的单体性能的复试；
S6、进行增程器***可靠性的合格评价。
6.根据权利要求5所述的电动汽车增程器***可靠性试验方法，其特征在于，所述步骤S1中，进行发动机性能初试时按照GB/T19055-2003执行，进行发电机性能初试时按照GB/T18488.2-2006执行。
7.根据权利要求5所述的电动汽车增程器***可靠性试验方法，其特征在于，所述步骤S2中，将完成性能初试后的发动机和发电机通过连接轴或联轴器连接，并提供动力电池、自动控制器、整车控制器和电源柜，然后将发电机控制器、发动机控制器、电池管理***和整车控制器与自动控制器电连接，将动力电池、发电机控制器和发电机通过高压线与提供高压电的电源柜连接。
8.根据权利要求5所述的电动汽车增程器***可靠性试验方法，其特征在于，所述步骤S3中，磨合期间，确保增程器***试验台架能够正常完成启动、发电、加速、减速、等速和怠速工况变化及转换，确保增程器***试验台架的振动和噪声正常，记录电池SOC的变化曲线以及发电过程中转速和扭矩变化的动态跟随情况。
9.根据权利要求5所述的电动汽车增程器***可靠性试验方法，其特征在于，所述步骤S4中，进行可靠性试验时按发动机试验工况和发电机试验工况组合运行，并确保增程器***试验台架的持续运行时间符合要求；若试验过程中出现故障，则终止试验。
10.根据权利要求5所述的电动汽车增程器***可靠性试验方法，其特征在于，进行增程器***可靠性试验时，包括步骤：
S41、控制发动机运转并使发动机的转速从nM均匀地上升至nP，然后控制发动机在转速nP下稳定运行一段时间，然后使发动机的转速从nP均匀地下降至nM，最后控制发动机在转速nM下运行一段时间；
S42、重复步骤S41的过程，直至发动机持续运行了规定的时间；
S43、使发动机的转速下降至ni，并控制发动机在转速ni下运行一段时间；
S44、加大发动机的油门，使发动机的转速超过额定转速或上升到最高转速；
S45、减小发动机的油门，使发动机的转速下降至nM，至此完成一个单次试验过程。
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