乙醇增程器在纯电动客车上的开发与设计

娄立坤　赵彦军

摘 要：本文主要基于当前科学技术发展和新能源汽车创新的时代背景下，开发与设计纯电动客车上的乙醇增程器。通过系统性的硬件设计、软件设计与控制策略分析，得到纯电动客车上的乙醇增程器。

关键词：乙醇增程器 纯电动客车 开发 设计

Development and Design of Ethanol Range Extender on Pure Electric Bus

Lou Likun，Zhao Yanjun

Abstract：This article is mainly based on the current scientific and technological development and the era of new energy vehicle innovation， the development and design of the ethanol range extender on pure electric buses. Through systematic hardware design， software design and control strategy analysis， the ethanol range extender on pure electric buses is obtained.

Key words：ethanol range extender， pure electric bus， development， design

人们物质生活水平的提升使得私家车数量与日俱增，全球汽车保有量的增加增加了环境压力，使得能源资源也逐渐紧张。各国政府积极倡导与推动新能源汽车的发展，如今电动汽车的出现与发展，成为环节汽车与环境之间矛盾的重要措施。电动汽车的出现，凭借其高效、低噪音和环保的特点，在节能和环保领域，具有不可比拟的优势。乙醇增程器纯电动客车具有复杂的结构，在使用过程中，需要采取有效的措施完成乙醇增程器控制。

1 乙醇增程器控制系统的硬件设计

1.1 乙醇增程器控制系统的硬件设计方案

纯电动客车中的增程器控制系统是增程器的顶层设计单元，该系统在使用中所发挥的主要作用是对发动机、发电机以及电池组等多种部件信号进行收集与控制。以信号传输差异作为依据，可以将增程器控制系统的硬件设计划分成为两个部分，第一是信号流出部分，第二是信号流入部分[1]。

1.2 各模块硬件设计分析

1.2.1 处理器模块设计

处理器模块作为整个纯电动客车增程器控制系统的核心单位，其所实现的主要功能有采集数据、处理数据、逻辑运算与控制输出等。设计处理器模块的时候，选择使用的Tricore1782单片机为Infineon产品。在处理过程中，可以通过精简指令集计算处理器架构在一颗芯片上汇集完成三种类型不同的器件，提升汽车电子控制系统的运行速度，降低功能消耗，提高性价比。单片机Tricore1782有四个方面的特点，第一，位处理功能强大，并且具有四级流水线结构，在单片机中含有单精度浮点单元，能够实现单独处理中断问题。第二，单片机之上的存储器将2.5MB带纠错码的片上程序Flash进行集成，可以满足程序对于存储空间的基本需求。第三，拥有较为丰富的接口。

1.2.2 电源模块设计

提供增程器控制系统的电源是铅酸蓄电池，但是这种电池电压波动较大，拥有很强的不稳定性，所以将会对增程器控制系统的运行正常性产生影响。所以在运用高性能电源管理芯片的同时，需要将电压监控电路、过流电路、防反接电路等接入电源电路之中，确保整板供电具有安全性。

1.2.3 离散输入与输出模块

根据整体方案与功能基本需求作为依据设计离散输入，共计需要设计20路离散输入，同时要保证满足高电平和低电平有效。信号在完成电阻配置处理以后，传输到微处理器GPIO中。离散输出所需要的驱动电流比较大，其结构是由处理器模块直接将其输出到智能功率开关模块之中。以实际需求作为出发点，分别选择低边或者是高边开关芯片。在选择芯片的时候，可以选择使用TLE8108智能低边开关芯片，该芯片在使用过程中具有良好的诊断与保护功能，实现的最大驱动力可以得到500mA。可以将TLE8108智能低边开关芯片作为400mA低边开关输出的驱动芯片。

1.2.4 PCB设计与布局

因为乙醇增程器控制系统在使用过程中所处的位置环境较为恶劣，并且容易受到干扰，所以在使用过程中较为容易受到耦合方式以及噪声等多种因素影响。在设计与布局PCB的时候，要对可靠性和电磁兼容性等基本要素展开全面分析与控制。为了确保增程器控制系统在使用中具有良好的稳定性，可以采取以下设计措施：

第一，基于主信号流向完成对核心元件、重要单元的布置工作，尽可能的结构相同的电路采取对称式的方式完成布置，保证布局简洁、美观，提升电路板在使用中的抗干扰性。

第二，适当加粗地线和电源线，尽量缩短最小系统内部的弱点信号，减低对地分布电容。

第三，分区布置完成功率输出电路和控制电路，提升间隔的合理性，均匀布置大功率元器件。

第四，在成本合理的范围之内，最好是选择使用四层电路板设计方式。

2 乙醇增程器控制系统的软件设计

2.1 软件功能架构

上层控制策略和驱动程序组合形成控制系统软件架构，其中上层控制策略所实现的主要功能为管理与优化增程器能量，这一部分在设计的过程中基于模型而展开。底层驱动所实现的功能是将初始化设置、接口程序、通讯以及其他信号等提供给上层控制策略。开发低层驱动的主要方法是手写代码。

考虑到代码在使用中具有可移植性性，在編写的程序之中含有Typeh文件，能够重新定义代码中数据类型的名字，从而保证程序中的程序名更加清晰，通过时与便于将程序移植到MCU当中。

2.2 驱动程序执行流程

当为控制器通电后，驱动程序首先开始运行，以项目要求作为依据，执行以下流程：

2.2.1 系统初始化

因为在掉电的过程中将会导致RAM数据丢失，在通电的时候，倘若是变量值呈现出浮动状态，将会造成系统在上电运行环节中出现失控现象，情节严重还将会造成事故。所以想要保证整个系统正常运行，首先便要在对寄存器和变量上电的时候明确初始值，将系统RAM所有变量进行初始化，使其为合理值，进而充分保障顺利的完成主体程序运行。在初始化系统的时候，其所包含的部分为中断设置、初始化变量和初始化寄存器[2]。

2.2.2 任务调度

大多数CPU上层应用结构是集成多个小规模任务，并且要求其具有较强的实用性能，所以CPU拥有非常多的实时任务。但是对芯片内含定时器控制的时候存在有限性，难以满足较多的事件处理进程，所以需要利用手写代码的方式展开，完成任务调动驱动程序的编写工作。任务调度在一定程度上可以看做为虚拟定时器，可以通过人为的方式将进程进行添加或者删除，进而满足CPU实时任务处理的基本需求。

3 乙醇增程器在纯电动客车中的安装与使用

因为需要控制發电机朝向电车电池及时补充电能，可以将电动客车的电池过程中的充电与放电等产生的发热问题消耗，使得电动客车的电池保持长时间的使用状态，提升电池使用的寿命。在一般情况下，新的电瓶车使用时间超过30个月仍旧没有出现容量衰减的现象，即使是重容量出现衰减的旧电瓶，也同样不会对电动客车的正常行驶产生不良影响。需要强调的是，若是选择使用与电车电机功率相同的乙醇增程发电机，需要与原车电池配套使用，因为电车启动、加速、上坡时的用电量是正常行驶的，还要电池帮助供电。如果选用小于电车电机功率的发电机，只能作为行驶过程中为电车提供帮助动力，或者停车时为电池充电，补充电池的消耗电能。

乙醇增程器的使用，目的是为了提升纯电动车在行驶中的里程，属于纯电动汽车上的附加储能部件。在一般情况下，汽车用户可以根据出行情况选择是否安装乙醇增程器，若是不安装，则可以降低车重，减少能量消耗。乙醇增程器在使用中，要对纯电动车的以下性能有所要求。

第一，运行系统稳定且可靠，长时间待机以后仍旧可以在最短时间内进入到工作状态。

第二，因为工程状况单一，从而要求工作点可以较好的完成优化，从而使得系统成本降低，从而提升运行效率。

在纯电动客车中加装乙醇增程器，可以大幅度提升纯电动客车的运行里程。与传统的油电混合动力汽车相比较而言，安装有乙醇增程器的纯电动汽车可以表现出良好的排放效果，并且该优势十分突出。相比较于新型电电混合动力车，安装有乙醇增程器的电动客车可以以蓄电池驱动为主，使得客车更加具有环保性，所以可视其为从混合动力驱动向纯电动驱动的一种过渡方法。

4 结语

能源资源短缺和环境污染是制约时代发展的重要因素，交通能源作为污染环境和消耗能源的元凶之一，已经得到全世界范围的重视。新能源汽车的出现是实现节能减排的重要措施。纯电动汽车的出现与使用，以为其无污染特点，成为理想型汽车类型。本文对乙醇增程器在纯电动客车中的开发与设计展开分析，探究乙醇增程器系统的硬件、软件设计，并且对控制纯电动客车中的乙醇增程器思路作出分析，旨在为提升乙醇增程器设计可行性提供方法。

参考文献：

[1]ANTONY INGRAM，徐博英.马自达转子发动机的复兴 转子发动机将在2020年以电动车增程器的角色回归[J].汽车与运动，2019（05）：102-103.

[2]贾腾飞，张洪信，赵清海，等.增程式电动汽车动力参数匹配与控制策略分析[J]. 青岛大学学报（工程技术版），2018（02）：108-113.