KSPG公司和FEV公司联合开发了用于串联式混合动力系统的增程模块FEVcom，并将其作为汽车的一个零部件组件。经测试，该技术显示出了优秀的性能。应用FEVcom增程器模块，可最大限度地减少对电力系统的干扰，达到卓越的NVH性能。

电池电动车创造了零排放的可能性，但遗憾的是，供电用的蓄电池受制于众所周知的技术瓶颈，如电能容量有限、生产成本高及充电时间长，蓄电池的性能在低温和高温条件下也会受到限制。这种情况导致电池电动车的市场份额很低。尽管这种车辆在市场上已具有较高的技术成熟度。如果能够额外配置一种小型发动机和电动机的组合装置，那么这些缺点是可以克服和得到补偿的。

KSPG公司和FEV公司联合开发了一种增程模块，该模块的设计与串联式混合动力传动机构相匹配，与驱动轴之间没有互相连接的机械装置，适用于结构紧凑的小型电动车。

考虑到电动车的续航性能，发动机NVH标准所面临的挑战依然存在，并要求提出可行的创新思路，例如像完整的发动机振动补偿系统（FEVcom系统）这项新技术已被引入应用。FEVcom技术建立在90°V2发动机的基础之上，这一发动机的结构非常紧凑，可安装于紧凑的车辆底盘之下。

系统布局

为了满足发动机尺寸和成本的要求，该增程模块采用的是一台V型两缸的火花点火（SI）发动机和分离式发电机。其第一级惯性力的全面平衡通过平衡块足以解决，因此水平位置上（立式曲轴）的位移较小，而且发动机的高度较低， 这是发动机选择90°V2技术路线的决定性因素。发动机与两台高效永磁同步电动机（PMSM），以及一套共用的冷却回路一起集成为一个模块，连同其低噪声齿轮传动装置构成了一个统一的整体，合称“FEVcom系统”（组图见图1）。

图2  FEVcom系统的滚动力矩补偿原理

FEVcom系统

电力传动机构的特点是噪声小、排放低。该增程模块可提高车辆的续航里程，同时不会影响其宁静的巡航性能。因此，其最重要的开发目标之一是控制噪声，这里主要指来自于内燃机的气体冲击和质量惯性造成的噪声。这些因素将导致模块的刚体运动和结构变形，然后激发车体产生空气和结构振动噪声。因气体和（质量）惯性力造成的转矩波动，会引起增程模块滚动惯量的加速度，并产生反应性力矩，导致增程模块围绕曲轴的轴心旋转。在传统的发动机设计中，这些滚动力矩必须通过发动机悬置系统予以抵消，通过悬置系统传到整车上。

FEV公司开发的FEVcom系统通过曲轴和发电机之间的一套刚性齿轮传动机构原理运行，并使发动机和发电机的旋转惯量得到协调，使得反应性力矩直接在系统内被抵消，对发动机悬置没有影响。这一系统有效地补偿增程模块的滚动力矩（见图2）。

PMSM发电机和逆变器

为了通过FEVcom系统对滚动力矩进行全面补偿，必须对齿轮传动比进行调整，以匹配总系统的瞬态转动惯量，这将直接导致电动机部分的转速提高。一般来说，与一台相等效率的电动机惯量相比，曲轴系的惯量显然要更大一些。

为了使整个模块结构紧凑，通过FEVcom系统的齿轮传动机构，两台发电机以特定的（机械同步化）w.r.t.相互角度位置进行安装布置。关于其公差和错位的问题，可以通过串联电路连接方式得到最大程度地解决。由于安装空间有限，因此对功率密度有很高的要求，最终只有定制的电动机才能满足这些要求。现在的发电机具有0.68kW/kg的卓越功率密度，也可作为起动电动机。由于采用串联的方式，其所产生的输出功率必须完全通过电力路径传输。因此，高效率发电机是其一个主要的发展目标，这必须在早期开发阶段给予足够的重视。

发电机与发动机被安装于一个公用的冷却回路之中，这意味着冷却液的温度相对较高，因此对冷却系统提出了特别的要求。发电机矽钢叠片定子被压装到铝制套筒之内，由于其具有足够散热特性的原因，其周围无需安装冷却液循环回路。通过这样的方式，就能可靠地解决热损失的问题，即使入口温度达到了80℃。

热动力学和发动机的应用

校准后，发动机开始试验，并对发动机初期的特性数据进行评价。作为一个发动机转速函数的容积效率，表明了为高额定功率输出而设计的进气歧管的布局情况。在额定功率的情况下，容积效率达到了0.92的峰值；在空气/燃油比为1和转速为4500r/min的情况下，这将产生1 MPa的平均有效制动压力（BMEP）和30kW的有效输出功率；在WOT节气门全开且转速为2500r/min的条件下，目前有效的燃油消耗率（BSFC）峰值为270g/kWh（见图3）。如果进一步改进，即可达到 250g/kWh甚至更低的目标值。

车辆检测和控制策略

FEVcom增程模块充分显示了其节约后端空间的优越性。根据FEV公司的“Liiona”锂离子电池计划，这个增程式的动力原型已被安装到以FIAT 500车型为基础的车队进行测试，该项目是在德国国家资助的“智能车轮”项目范围内开展的。这些车队测试车辆的其中一辆被改装为采用KSPG公司增程模块的测试载体和示范样车的基本数据如表所示。

控制策略对采用增程模块车辆的性能、油耗和排放具有重大的影响。主要采用两种不同的方法：一方面，顺着最低的油耗轨迹，优化发动机的效率，偏离最佳操作点的容许偏差由k系数确定（见图4左）；另一方面，发动机的转速与车速相关，参照电池的SOC，模拟固定的齿轮比（见图4右），这种方法可确保驾驶员获得最大的声频反馈，在运行过程中允许存在少量的油耗偏差。由于与车轮之间没有任何机械连接，发动机的运行点可以独立于驾驶状况而任意选择。因而，其控制策略比传统的汽车具有更多的自由度，即使必须考虑到排放法规所规定的附加边界条件。

最佳的解决方案取决于车辆布置，并且必须经过模拟和广泛的运行测试对其进行验证。通过与以前采用离散式动态编程方法（DDP方法）所进行的全球优化方式相比，在油耗和排放方面，该增程模块可以达到不同控制策略的额定目标。FEV公司已经执行和测试了几种不同的操作策略，并在燃油效率、噪声特性和驾驶员主观评价方面对它们进行了测评。根据多次的模拟试验和行驶测试，最后选定的最佳控制策略见图5所示。

在低车速和低功耗需求的情况下，控制策略是始终采用纯粹的电力驱动模式；在车速和功耗需求较高的时候，其控制策略应与良好的NVH特性优越性和驾驶员的合理操作相匹配。由于采用串联式驱动方案，可以避免发动机在燃油效率较差的工况点运行。在充电过程中，增程模块可支持高压蓄电池，能够满足其高性能的需求，以相当低的偏差达到20%的SOC目标值。

总结

电动车和混合动力驱动系统被认为未来发展方向。加装采用增程模块够使结构紧凑的小型车适用于城市交通。车辆的道路试验表明，使用FEVcom技术可提高电动汽车的使用性能并扩大行驶范围。其控制策略和发动机的概念优化了燃油效率和排放性能，提高了增程式电动汽车的NVH性能。