CN113378300B - 一种电动汽车用增程器***台架能耗确认方法 - Google Patents

Abstract

一种电动汽车用增程器***台架能耗确认方法，属于增程器技术领域。它提出一种简单可行的电动汽车用增程器***台架能耗确认方法。包括以下步骤：S1.制定增程器***能耗确认点的网格区域；S2.控制增程器抵达增程器第一个目标转速，至增程器目标能耗点位置(N₀，T₀)；S3.等待增程器运行稳定、油耗仪输出油耗量数值相对稳定；S4.进行比油耗计算和油电转化率计算；S5.对增程器全部确认的功率点油耗量和功率进行测量和统计，输出增程器比油耗云图和油电转化率云图。本发明的能够测算增程器全部工作区域内燃料与电能之间的转化关系及效率，为增程器整车标定能耗标定提供重要参考依据，提高增程器整车标定效率。

Description

一种电动汽车用增程器***台架能耗确认方法

技术领域

本发明属于增程器技术领域，特别是涉及一种电动汽车用增程器***台架能耗确认方法。

背景技术

增程式电动汽车完全采用电力驱动，在蓄电池电能不能继续维持车辆动力需求或更远续航里程需求时，增程器启动为整车提供电能，或为蓄电池充电直接增加电动汽车的续航里程。

现有技术情况：增程器能耗确认工作中，通常采用发动机比油耗和电机***效率进行仿真计算的方法得出增程器整体效率，属于理论计算值；已有增程器能耗确认和标定方法中，不能直接得出增程器全部工作区域内每升燃油和和每度电量之间的转换关系。

发明内容

本发明的目的提出一种简单可行的电动汽车用增程器***台架能耗确认方法，得出增程器全工作区间的比油耗数据，绘制增程器工作区间的所有区域的能耗情况云图，直观的体现增程器运行效率趋势及高效区位置，为整车能耗标定提供重要参考依据。

本发明所采取的技术方案是：

一种电动汽车用增程器***台架能耗确认方法，包括以下步骤：

S1.制定增程器***能耗确认点的网格区域；

S2.控制增程器抵达增程器第一个目标转速，至增程器目标能耗点位置(N₀，T₀)；

S3.等待增程器运行稳定、油耗仪输出油耗量数值相对稳定；

S4.记录增程器当前转速、增程器专用发动机扭矩、增程器扭矩、同时开始油耗量和发电功率测量，并取20s平均值进行比油耗计算和油电转化率计算；

S5.对增程器全部确认的功率点油耗量和功率进行测量和统计，输出增程器比油耗云图和油电转化率云图。

本发明的有益效果在于：

1.本发明的能够测算增程器全部工作区域内燃料与电能之间的转化关系及效率，输出增程器比油耗和油电转化效率云图，同时为增程器整车标定能耗标定提供重要参考依据，提高增程器整车标定效率。

2.针对曲轴直连式增程器的发动机和增程电机扭矩外特性的差异问题，定义扭矩中点转速概念，精确划分增程器工作外特性边界。将增程器的工作区域离散化为可以测定的点，输出增程器能耗点网格区域，可操作性强。基于油耗仪和功率分析仪对增程器工作区间内所有区域内每克燃料与发电量的对应关系、每升汽油转化为电能间转换关系进行测算，拟合为相应的云图后，可直观有效的确认增程器工作区域内的效率分布趋势，提高增程器在整车匹配标定过程中的效率，有助于提升整车能耗水平。

附图说明

图1是本发明流程图；

图2是增程器***比油耗云图；

图3是增程器油电转化效率云图；

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明做进一步详细的描述。

本发明将增程运行区间离散化为有限个功率点，可对每一个功率点分别测算能耗，对每一个离散化功率点进行测试，可以得出增程器工作区间内所有离散的能耗确认点的比油耗数值。整合所有输出增程器工作区间内所有区域内的能耗确认点比油耗使用绘图软件输出增程器全部工作区域内没千瓦时电能所需的燃油质量关系，即比油耗数值。在实测汽油密度的基础上，通过公式推导，得出传统比油耗(g/kWh)与增程器专用的油电转化率(kWh/L)之间转化关系，将增程器所有能耗确认点的比油耗数值转为所有能耗确认点的油电转化率，输出增程器每升汽油与输出电能之间的转换关系云图。

有效确认增程器工作区间以及增程器在工作区间内的效率分布，提高增程器在整车匹配过程中的效率。

增程器台架能耗确认方法如流程图1所示。

步骤1：制定增程器***能耗确认点的网格区域。

由于增程器发动机曲轴直接连接发电机转子，发动机输出扭矩和发电机扭矩相同，发动机输出扭矩特性和发电机输出扭矩特性存在固有差异。增程器发动机输出扭矩随着其转速的增加由低扭矩先上升至峰值扭矩后缓慢下降；发电机扭矩在较低转速即可达到峰值扭矩，到达额定工作点后其发电扭矩会随着永磁同步电机的弱磁控制而迅速下降。本发明中增加了增程器扭矩交点转速概念N_交点。发动机外特性中最大输出扭矩和发电机输出扭矩相等的增程器转速值即为增程器扭矩交点转速。

根据固定转速，后扭矩的原则，分别固定转速和扭矩的增加步长，在增程器外特性以内制定增程器***能耗确认点的网格区域。

在进行增程器***扫点之前需确认增程器的各相功能处于正常工作状态，可以通过增程器上位机控制增程器准确到达工作区域内任意目标转速-扭矩位置。

步骤1.1：确认外特性区域。

根据增程器发动机及增程电机的外特性或标定区域分别确定增程器的初始转速N₀和最高转速N_MAX，最小扭矩按增程器启动后最小发电扭矩进行设定。

本发明设定扭矩中点转速概念N_交点，在扭矩中点转速位置，发动机转矩和发电机扭矩一致，增程器实际转速N_实际>N_交点时，增程器扭矩上限T_MAX由发动机扭矩上限决定；当增程器实际转速N_实际<N_交点，增程器扭矩上限T_MAX由发电机扭矩上限决定。

步骤1.2：增程器能耗点扭矩确认

在本发明中能耗点遵循先转速后扭矩的原则，首次进入第一目标转速N₀后，保持转速不变，完成当前转速点对应所有扭矩点的能耗确认后再进行下一转速点能耗确认工作。

增程器第一个能耗点坐标为(N₀,T₀)。改变增程器能耗确认点时，保证转速不变、按固定扭矩步长增加扭矩进入下一能耗点。扭矩计算公式如下：

T₁＝T₀+a

···

T_i+1＝T_i+a

式中T₀为初始能耗确认点最小扭矩值、T₁为下一能耗确认点扭矩值、a为扭矩递增步长，得出下一能耗确认点坐标为(N₀,T₁)。

在转速不变的情况下，下一能耗点扭矩按固定步长增加。

T_i为当前转速点下第i个扭矩点的扭矩值(i≥0)，若此能耗确认点的扭矩值T_i+1大于增程器在此转速点下的点的最大扭矩值>T_MAX情况，增程器在当前转速下能耗确认点的扭矩上限为T_i。此转速下能耗点坐标为(N₀,T_i)。

完成当前转速点最后一个能耗点(N₀,T_i)测试后将扭矩调整为初值即：

T_i＝T₀；

增程器返回至(N₀,T₀)能耗点。

步骤1.3：增程器能耗点转速确认

增程器完成上一转速点对应所有扭矩点的能耗确认之后进入下一转速点的能耗确认。

增程器转速从初始转速N₀到下一转速N₁时保证扭矩不变，按固定转速步长递增转速值进入下一转速，转速递增逻辑如下：

N₁＝N₀+b

···

N_j+1＝N_j+b

式中N_j为初始能耗确认点最小转速值、N_j+1为下一转速点(j≥0)转速、b为转速递增步长。当下一转速点转速值N_j+1大于增程器最大设计转速N_MAX时，N_j+1＝N_MAX，按步骤1.2完成当前转速点最后一个扭矩点(N_j+1，T_i)点的确认。

至此获取的全部能耗确认点(Nj+1，Ti)点整合为增程器能耗点网格区域。

步骤2：控制增程器抵达增程器第一个目标转速，至增程器目标能耗点位置(N₀,T₀)。

步骤3：等待增程器运行稳定、油耗仪输出油耗量数值相对稳定。

由于增程器在改变工况点过程中增程器转速及扭矩均存在变化，实际转速和扭矩不可避免产生超调回调，在进行测试前首先需等待增程器工况稳定运行后开始，在本发明的实施例中，增程器转速稳定在目标转速±20rpm以内，扭矩稳定在目标扭矩±5Nm以内为准。

同时由于增程器工况发生改变，油耗仪的瞬时油耗量也随之变化，测试前也需等待油耗仪数值稳定。

步骤4：记录增程器当前转速、增程器专用发动机扭矩、增程器扭矩、同时开始油耗量和发电功率测量，并取20s平均值进行比油耗计算和油电转化率计算。

本发明的测试方法中需要用到新能源台架油耗仪、电功率分析仪、模拟电池***、增程器上位机等部分组成，使用增程器上位机控制增程器到达预定工况位置，使用油耗仪测试增程器当前油耗量，使用功率分析仪测试增程器输出功率，计算该点比油耗数值。

增程器发电功率由功率分析仪记录分析，功率分析仪需连接在增程电机控制器高压直流母线端，直接测量增程器***输出的直流功率，计算20s时间内增程器输出功率平均值。

使用油耗仪测算增程器20s内平发动机均燃油消耗量。

将发动机平均燃油消耗率及增程器平均发电功率代式(1)中计算得出比油耗。

比油耗(g/kWh)＝

1000*发动机平均燃油消耗量(kg/h)/增程器平均发电功率(kW) (1)

油电转化率测试过程需使用汽油密度，为保证油电转化率测试转化的准确性，根据GB2013-2010对试验用汽油密度进行测量，在本发明所述的实施例中，某批次汽油密度实测值为739g/L。

台架记录增程器瞬时油耗量单位为(kg/h)，将油耗量单位中的重量单位换算为体积单位则需在平均油耗量单位基础上除以汽油质量ρ(g/L)，即：

平均油耗体积单位(L/h)＝1000*平均油耗量(kg/h)/ρ(g/L) (2)

将增程器平均功率(kW)与平均油耗体积单位(L/h)作除出增程器每升油可输出的电能:

油电转化率(kWh/L)＝增程器平均功率(kW)/平均油耗体积单位(L/h)(3)

在本发明的实施例中，进一步简化式(2)和式(3)的计算过程。根据式(1)中计算得出的增程器比油耗数值和实测汽油密度，直接计算得出增程器油电转化效率，如公式(4)所示：

油电转化率(kWh/L)＝

汽油实测密度ρ(739g/L)/比油耗(g/kWh) (4)

为更加直观的体现增程式电动车能量转换效率，本发明通过对增程器基础公式进行推导，将实测汽油密度引入传统比油耗计量单位中，计算得出增程器每升油所产生的电量数据。

步骤5：对增程器全部确认的功率点油耗量和功率进行测量和统计，输出增程器比油耗云图和油电转化率云图。

使用步骤4所述的比油耗及油电转化率计算方法，对步骤1中所确认的能耗点位置分别测量计算，可得出增程器全部工作区域内所有能耗点的比油耗及油电转化率数据，使用绘图软件输出图2增程器比油耗及图3油电转化效率云图。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (3)

1.一种电动汽车用增程器***台架能耗确认方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.制定增程器***能耗确认点的网格区域；

S11：确认外特性区域；根据增程器发动机及增程电机的外特性或标定区域分别确定增程器的初始转速N₀和最高转速N_MAX，最小扭矩按增程器启动后最小发电扭矩进行设定；在扭矩中点转速位置，发动机转矩和发电机扭矩一致，增程器实际转速N_实际>N_交点时，增程器扭矩上限T_MAX由发动机扭矩上限决定；当增程器实际转速N_实际<N_交点，增程器扭矩上限T_MAX由发电机扭矩上限决定，其中，N_交点为扭矩中点转速；

S12：增程器能耗确认点扭矩确认；进入第一目标转速N₀后，保持转速不变，完成当前转速下能耗确认点对应所有扭矩点的能耗确认后再进行下一转速下能耗确认点能耗确认工作，

增程器第一个能耗确认点初始坐标为(N₀,T₀)，改变增程器能耗确认点时，保证转速不变、按固定扭矩步长增加扭矩进入下一能耗确认点，扭矩计算公式如下：

T₁＝T₀+a

···

T_i+1＝T_i+a

式中T₀为初始能耗确认点最小扭矩值、T₁为下一能耗确认点扭矩值、a为扭矩递增步长，得出下一个能耗确认点坐标为(N₀,T₁)；

在转速不变的情况下，下一能耗确认点扭矩按固定步长增加，

T_i为当前转速下能耗确认点下第i个扭矩点的扭矩值，i≥0，若能耗确认点的扭矩值T_i+1大于增程器在此转速下能耗确认点下的点的最大扭矩值T_MAX情况，增程器在当前转速下能耗确认点的扭矩上限为T_i，此转速下能耗确认点坐标为(N₀,T_i)，

完成当前转速下能耗确认点最后一个能耗确认点坐标(N₀,T_i)，测试后将扭矩调整为初值即：

T_i＝T₀；

增程器返回至能耗确认点初始坐标(N₀,T₀)；

S13：增程器能耗确认点转速确认；

增程器转速从初始转速N₀到下一转速N₁时保证扭矩不变，按固定转速步长递增转速值进入下一转速，转速递增逻辑如下：

N₁＝N₀+b

···

N_j+1＝N_j+b

式中N_j为初始能耗确认点最小转速值、N_j+1为下一转速下能耗确认点转速值，j≥0，b为转速递增步长，当下一转速下能耗确认点转速值N_j+1大于增程器最大设计转速N_MAX时，N_j+1＝N_MAX，按步骤S12完成当前转速下能耗确认点最后一个坐标点(N_j+1，T_i)点的确认；

S14：获取的全部能耗确认点整合为增程器能耗确认点网格区域；

S2.控制增程器抵达增程器第一个目标转速，至增程器目标能耗确认点初始坐标(N₀，T₀)；

S3.等待增程器运行稳定、油耗仪输出油耗量数值相对稳定；

S4.记录增程器当前转速、增程器专用发动机扭矩、增程器发电扭矩、同时开始油耗量和发电功率测量，并取20s平均值进行比油耗计算和油电转化率计算；

S5.对增程器全部确认的功率点油耗量和功率进行测量和统计，输出增程器比油耗云图和油电转化率云图。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车用增程器***台架能耗确认方法，其特征在于：在S4中进行比油耗计算：

增程器发电功率由功率分析仪记录分析，直接测量增程器***输出的直流功率，计算20s时间内增程器输出功率平均值；

使用油耗仪测算增程器20s内平发动机均燃油消耗量；

将发动机平均燃油消耗率及增程器平均发电功率代入式(1)中计算得出比油耗，

比油耗＝1000*发动机平均燃油消耗量/增程器平均发电功率(1)

其中，比油耗取值单位为g/kWh，发动机平均燃油消耗量取值单位为kg/h，增程器平均发电功率取值单位为kW。

3.根据权利要求1所述的一种电动汽车用增程器***台架能耗确认方法，其特征在于：在S4中，油电转化率计算：

平均油耗流量＝1000*平均油耗量(2)

油电转化率＝增程器平均功率/平均油耗流量(3)

根据式(2)和式(3)，以及根据式(1)中计算得出的增程器比油耗数值和实测汽油密度，直接计算得出增程器油电转化效率，如公式(4)所示：

油电转化率＝汽油实测密度ρ/比油耗(4)

其中，平均油耗流量取值单位为L/h，平均油耗量取值单位为kg/h/ρg/L，油电转化率取值单位为kWh/L，增程器平均功率取值单位为kW，汽油实测密度ρ取739g/L，比油耗的取值单位为g/kWh。