新能源之增程动力系统（三）单点/多点发电及电流/电压环策略
4.3.多点发电在增程器的组成中决定其系统输出效率、油耗的关键因素是发动机及ISG电机的自身特性，因此为了实现系统的高输出转换效率并达到降低油耗的目的，常需针对发动机万有特性和ISG电机效率MAP进行系统的标定匹 ...
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| 4.3.多点发电 在增程器的组成中决定其系统输出效率、油耗的关键因素是发动机及ISG电机的自身特性，因此为了实现系统的高输出转换效率并达到降低油耗的目的，常需针对发动机万有特性和ISG电机效率MAP进行系统的标定匹配，其目的是为了让此二者的高效率及低油耗区尽可能的重合，从而让系统输出能耗达到最优。  图12 效率MAP 以上图为例，在不同的转速/扭矩下，系统的效率是不同的，在以功率跟随及电量跟随的方案中，由于系统需实时去匹配来自于整车或动力电池的功率需求，这使得系统始终线性的运行于不同的效率区间内，如此一来，系统的综合效率将会低于可达到的最佳效率点。 为了让系统效率尽可能的接近最佳点，便通过在高效区间内选择若干功率点以形成多点发电的方案。在此方案中，由于高效率区间所能覆盖的转速/扭矩范围有限，且高效区间常处于转速相对高的范围内，因此所选择的功率点的输出功率通常也较大。如在上图示意中，在大于94%的效率区间内选择了若干功率点，其功率最低为11kW，最高为50kW，转速覆盖范围从1500rpm-4000rpm不等。 此模式下，当动力电池处于低温环境或电压状态低于阈值时，由于动力电池所能接受的充电电流通常较小，而大功率充电对于此时的动力电池自身并不友好，为降低此过程对电池的影响，通常以电量跟随下的多点发电方案对增程器输出的功率进行分流，此方式相对于功率跟随下的多点发电在电池友好度上要更佳些。 对于功率点的选取方式有两种，一种是系统自动选点，即通过高效区间所处的位置对转速与扭矩范围进行限定，再划分SOC的不同状态值，结合BMS的充电请求及动力电池当下的充电特性，可自动选取最佳的功率点。  图13 根据效率区间对转速及扭矩范围进行限定 另一种为被动选点即提前选定工况点，我们知道增程动力系统的发电功率可由公式‘转速*扭矩/9550’得到，因此在进行工况点的选取时便有纵向、横向以及斜向三种选取方式。其中，纵向选取表示在高效区中的某一恒定转速下，根据NVH的优劣对扭矩进行选择，以形成不同的功率点； 横向选取则是在扭矩恒定的情况下，选取不同的转速点。此方式通常被应用于功率跟随之下的ISG电机控转速，发动机控扭矩的策略中。如在电池电量不足的环境中，此时整车有急加速等较高功率需求时，由于转速的响应要快于扭矩，此时ISG电机便可通过优先提升转速来输出较大功率，以满足车端的瞬时功率需求；而斜向是表示在高效区间内同时选取不同的扭矩及转速以组成功率点。选点示意如下：  图14 功率点选取 4.4.单点发电 如果说多点发电方案所选取的功率点还有可能处于非最佳效率区间内，那么单点发电方案下的功率点将只会在最佳效率区间内选取。此方案的优势是相对于其他方案而言，具有最优的系统效率，但由于功率点所在位置的限制，导致系统运行时的NVH并非一定最好。同时，单点发电方案下所输出的较大功率同样对低温电池和非最佳充电状态的动力电池不那么友好，为此在使用此方案时，尽量基于‘电量跟随’完成。 其选点方式与多点发电一样，也有系统自动选点与提前被动选点两类。自动选点即将高效区以转速、扭矩进行限定，根据SOC值以及动力电池状态为其匹配最合适的单功率点，功率点为动态变化的即每一次启动增程器后的发电功率都有可能不一样，但同一发电周期中，只会有一个发电功率。 被动选点即提前设定好工况点，每一次启动增程器后的发电工况都是唯一的。当前在多点或单点发电方案中，由于技术难度以及涉及控制节点范围的原因，主要应用的还是被动选点方式。 4.5.电流/电压控制 增程器相对于整车而言，其本质就是一个发电装置，为此该装置在运行时所充入动力电池的电流亦需符合当下动力电池的充电模型，即当动力电池电压低于馈电电压时，先通过小电流对电池进行预充电；当电压高于馈电电压且低于标准电压时，采用恒流模式充电；当电池恢复标准电压后再通过恒压模式充电。  图15 动力电池常规三段式充电模型 在增程动力系统高压架构中，与动力电池通过直流母线进行连接的产品是GCU，当系统处于工作过程中时，GCU的功能之一是确保动力电池充电的安全稳定。当增程器采用功率跟随方案时，由于电池的低SOC状态可能会让动力电池电压低于阈值，因此，在过程中GCU需结合动力电池状态、系统功率状态等信息，实现对电流与电压的控制，从而使充电过程符合充电模型。 而在电量跟随的方案中，由于相对高的SOC值让动力电池的状态常处于较佳，所以通常不会出现馈电的情况，在此情况下，其控制策略相对于功率跟随而言也要更简洁些。 但在多点或单点发电方案中，由于功率点的相对固定，当动力电池电压低于阈值时，对动力电池进行恒流充电的功率常小于增程系统的输出功率，为防止此时的充电电流过大导致电池发热严重，系统需主动控制多余功率的释放。 如以单点30kW发电为例，在400V平台下，输出电流约为75A，而在动力电池电压馈电时，较理想的电流可能才10A左右，那么此时系统便需主动让多余的电量流向其他用电器或将其以热量形式进行消耗。 另外，由于单点或多点发电的功率与动力电池的需求功率并不一定匹配，为了防止充电过程对电池造成伤害，其所设定的增程器启动阈值不应太低（防止馈电），同时停止阈值也不应太高（防止动力电池可接受的电流变小），最好是在动力电池的馈电压与调节电压之间完成。 |
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