新能源之增程动力系统（二）功率跟随与电量跟随
四、系统控制策略从系统架构已经可看出控制增程器运行的关键是控制发动机与ISG的高效、稳定工作，而对于发动机与ISG而言，它们是两个具有独立功能的组件，其功能的实现分别由EMS与GCU负责，且对于发动机与ISG电机的 ...
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| 四、系统控制策略 从系统架构已经可看出控制增程器运行的关键是控制发动机与ISG的高效、稳定工作，而对于发动机与ISG而言，它们是两个具有独立功能的组件，其功能的实现分别由EMS与GCU负责，且对于发动机与ISG电机的控制在任务划分上，常分属于不同的部门或企业，因此在此两者结合后所实现的发动机电动化即增程动力系统，尚需一套控制策略去实现对EMS以及GCU的管理，从而实现系统级的功能控制，而此策略的归属便也形成了如图1所示的不同EEA。由此，增程动力系统控制策略便得以诞生。 4.1.功率跟随 纵观当下的业内企业，其在功能实现上具有不同的技术手段，其中被应用较为广泛的策略是系统功率跟随。其常规工作流程是：当动力电池电量低于所设定阈值后，系统将启动增程器，并让其进入怠速状态，再结合整车功率需求（如动力电池充电功率、驱动电机输出功率、空调等用电器输出功率等），控制增程器进入运行工况以输出相应功率，进而去匹配整车实时的功率请求。当动力电池电量高于所设定阈值后，系统将控制增程器由工作工况回到怠速工况，进而再停止其工作。示意如下：  图8 功率跟随工作流程示意 此过程中由于动力电池在一定SOC范围内时，其充电需求功率可相对稳定，而车辆运行状态却在时刻发生改变，因此整车的功率输出也在实时变化，从而导致匹配此功率输出的功率请求也在不断变化，进而增程器的输出功率便会跟随车辆功率的变化而变化，因而此控制策略便得名功率跟随。 不过此策略在应用中也存在功率不跟随的特例，即当车辆输出功率始终大于增程器输出的最大功率时，增程器便只能保持最大功率输出，同时不足部分由动力电池补上。在功率跟随策略下，功率的波动主要来源于车辆应用的功率请求，此过程中增程动力系统所输出到动力电池的功率也即电流状态较为稳定，可实现较快的能量补充。 采用此策略的初衷是让用户优先使用动力电池的能量，毕竟，当下充电费用较之油价要低许多，这导致了整车百公里所需的电费要低于油费，电量优先的应用方式可以降低用户的用车成本。为此，在此策略下，对于启动增程器的动力电池SOC的阈值通常会设定的较低，如20%甚至10%。 又由于此策略下，增程器输出功率需匹配整车的功率需求，为此对于增程器的输出功率而言，除个别极端情况外（如坡道保持、瞬时加速等），其都需覆盖到位，所以需要更宽输出功率范围的增程器产品，这便导致了增程器总成具有了更大的体积与重量。  图9 功率跟随下的增程器产品 4.2.电量跟随 在新能源汽车的日常应用中，其百公里平均耗电量通常在20千瓦时以内，因此只要确保增程器的输出功率能将此范围覆盖，便能很好地满足用户日常的用电需求。在此应用背景下，通过对动力电池电量进行跟随的策略被得以应用，在此方案下增程动力系统只关注动力电池的电量，而不再去关注整车的用电需求。 其常规工作流程是：当动力电池SOC值降低到设定阈值后，系统启动增程器并让其进入怠速，再根据SOC值，控制增程器进入运行工况以输出相应的功率。由于物理特性的原因，在车辆运行过程中，增程器所输出的功率有一部分将流向车辆应用，而剩余部分被充入动力电池，随着动力电池SOC值的升高，增程器所输出的功率也将下降，直到所设定的阈值上限，进而进入怠速后停止工作。  图10 电量跟随控制流程 在此过程中，由于车辆的输出功率在实时变化，为此由增程器端流向车辆应用的功率也在变化，从而让充入动力电池的功率也随之变化，若此时整车的应用功率大于增程器的输出功率，那么增程器所发出的电量将会全部流向车辆应用。 由于增程器输出功率被优先消耗，所以为动力电池充电的输入功率将始终较低，充电功率的下降便意味着电流的减小，在车辆运行状态下，提升SOC的时间也就更长。但我们知道浅充更加有利于动力电池的寿命，同时在车辆运行过程中，其对快速充满电的紧迫性并不强烈，所以‘提升SOC的时间更长’并不会产生实际的用车影响。于增程器端而言，尽管对于动力电池的充电功率在变化，但其输出的总功率依然只会按照SOC的变化而变化。 在此方案下，为确保车辆的动力性能，通常需将增程器的启动SOC值设定的较高，如在动力电池的SOC处于40%时（此值最好设定为动力电池馈电之前的电量）便可启动增程器，以此来保证动力电池始终处于电量较佳的状态，从而可应对极端情况下的功率输出要求。此模式下，由于增程器的输出功率相较于功率跟随方案而言更小，因此可实现更小体积、更轻重量的增程器总成的车载应用。同时，动力电池始终处于最佳电量范围，可让其使用寿命相对更长。在控制方面，由于无需再考虑车载功率的应用，因此可实现控制逻辑的简单化。 但由于此方案下增程器在动力电池SOC还处于较高时便会工作，这便提高了其运行参与度，对于汽油等化石燃料的总消耗将提升，相应的电量消耗则得以降低。此时想要确保用户的综合用车经济性，对于增程器中的发动机需要具备极优的油耗特性以及极高的系统效率。 为此，采用此方案下的增程器由于运行时长远高于功率跟随方案，这在当下燃油价格及不具备高效增程器的应用背景下，会提升用户的用车成本，因而在诸多主机厂中，该方案的应用并不多见。 不过也有少部分相关企业对发动机等产品进行了重新设计，以起到增程应用的最佳状态，在常规车型中（低于15kw.h/100km）可让百公里馈电油耗下降至3.xL，即综合用车成本可达到每公里2-3毛多。  图11 电量跟随下的增程器产品 |
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