第五章 混合动力电动汽车(二)

刘于斯GXUST2013-8-28新能源汽车技术 第 2 页1第五章 混合动力电动汽车（二）第5章 混合动力电动汽车（二）5 5.4 4 混合动力电动汽车的能量管理混合动力电动汽车的能量管理5 5.5 5 混合动力电动汽车车型实例混合动力电动汽车车型实例5.4 混合动力电动汽车的能量管理 作为一种新型的多能量源交通工具，混合动力电动汽车的性能与其采用的能量管理策略密切相关，能量管理策略是传统燃油汽车与纯电动汽车完美结合的纽带，是混合动力电动汽车成败的最终决定性因素。5.4.1 混合动力电动汽车的能量管理策略 1.串联式混合动力电动汽车的能量管理策略串联式混合动力电动汽车的能量管理策略 三种基本的能量管理策略：（1）恒温器策略 （2）功率跟踪式策略 （3）基本规则型策略 并联式混合动力电动汽车的能量管理策略基本属于基于转并联式混合动力电动汽车的能量管理策略基本属于基于转矩的控制。矩的控制。（1）静态逻辑门限策略）静态逻辑门限策略 实现简单，实际应用广泛。但由于主要依靠工程经验设置门限参数，静态逻辑门限策略无法保证车辆燃油经济性最优，而且这些静态参数不能适应工况的动态变化，无法使整车系统达到最大效率。2.并联式混合动力电动汽车的能量管理策略并联式混合动力电动汽车的能量管理策略 （2）瞬时优化能量管理策略）瞬时优化能量管理策略 瞬时优化策略一般是采用“等效燃油消耗最少”法或“功率损失最小”法，等效燃油消耗最小方法在每一步长内是最优的，但无法保证在整个运行区间内最优。（3）全局最优能量管理策略）全局最优能量管理策略 全局优化模式实现了真正意义上的最优化，但实现这种策略的算法往往都比较复杂，计算量也很大，在实际车辆的实时控制中很难得到应用。2.并联式混合动力电动汽车的能量管理策略并联式混合动力电动汽车的能量管理策略 （4）模糊能量管理策略）模糊能量管理策略 基于模糊逻辑的策略可以表达难以精确定量表达的规则；可以方便地实现不同影响因素(功率需求、SOC、电机效率等)的折中；鲁棒性好。但是模糊控制器的建立主要依靠经验，无法获得全局最优。2.并联式混合动力电动汽车的能量管理策略并联式混合动力电动汽车的能量管理策略 混联式混合动力电动汽车由于其特有的传动系统结构，如混联式混合动力电动汽车由于其特有的传动系统结构，如采用行星齿轮传动，除了采用瞬时优化能量管理策略、全局采用行星齿轮传动，除了采用瞬时优化能量管理策略、全局优化能量管理策略和模糊能量管理策略（与并联式混合动力优化能量管理策略和模糊能量管理策略（与并联式混合动力汽车能量管理策略原理类似汽车能量管理策略原理类似)以外，还有一些特有的能量管理以外，还有一些特有的能量管理策略。策略。3.混联式混合动力电动汽车的能量管理策略混联式混合动力电动汽车的能量管理策略 （1）发动机恒定工作点策略）发动机恒定工作点策略 由于采用了行星齿轮机构，发动机转速可以独立于车速变化，这样使发动机工作在最优工作点，提供恒定的转矩输出，而剩余的转矩则由电动机提供。（2）发动机最优工作曲线策略）发动机最优工作曲线策略 发动机工作在万有特性图中最佳油耗线上，只有当发电机电流需求超出电池的接受能力或者当电动机驱动电流需求超出电动机或电池的允许限制时，才调整发动机的工作点。3.混联式混合动力电动汽车的能量管理策略混联式混合动力电动汽车的能量管理策略5.4.2 混合动力电动汽车的工作模式 混合动力电动汽车是由两种动力源驱动，由于发动机和电动机两套动力系统分别具有不同的高效工作区，为了充分发挥混合动力系统的优势，汽车在不同的运行工况下，应具有多种不同的工作模式，以充分提高车辆整体性能。1.串联式混合动力电动汽车的工作模式 （1）纯电动模式 （2）纯发动机模式 （3）混合模式 （4）发动机牵引和蓄电池充电模式 （5）再生制动模式 （6）蓄电池组充电模式 （7）混合式蓄电池充电模式 2.并联式混合动力电动汽车的工作模式 （1）纯电动模式（2）纯发动机模式（3）混合驱动模式（4）行车充电模式（5）再生制动模式（6）怠速/停车模式 5.4.3 混合动力电动汽车的能量管理策略 以并联混合动力电动汽车为例。并联混合动力电动汽车的能量管理系统普遍采用分级分布式结构。最上层为能量管理系统的决策单元，统一协调和控制各个低端控制器；中间一层包括多个低端控制器；最下层为各个执行器。（1）起步 由于电动机具有低速大转矩的特性，所以混合动力电动汽车的起步由电动机单独来完成。（2）低速或城市工况 SOC值较高或为中时动力由电动机单独提供 SOC值较低时汽车所需动力由发动机来提供 1.并联混合动力电动汽车的能量管理策略 （3）加速当SOC状态比较高时，若汽车此时是弱加速，电动机只提供部分功率来辅助发动机驱动汽车，若此时汽车是急加速，电动机则提供最大功率来辅助发动机。当SOC状态为中的时候，无论汽车是弱加速还是急加速，发动机工作，而电动机驱动，提供部分功率辅助汽车的加速。当SOC比较低的时候，电动机空转，发动机的节气门全开。1.并联混合动力电动汽车的能量管理策略 （4）巡航 发动机以恒定的速度行驶时，由于汽车克服路面阻力保持恒定速度行驶时的转矩是很小的，所以，发动机主要提供平均功率而不是峰值功率。（5）减速 在这种模式下，会有部分制动能量回收，通常有松开加速踏板和踩下制动踏板两种模式。在第一种模式下，发动机关闭，电动机提供部分负转矩来给蓄电池充电 1.并联混合动力电动汽车的能量管理策略 在第二种模式下，若SOC值为小或为中时，电动机提供最大的负转矩来给蓄电池充电，发动机关闭，如果蓄电池的剩余电量多，则电动机空转，发动机关闭。（6）驻车 当系统处于驻车模式时，此时汽车是不需要能量的，因此电动机空转，发动机关闭。若此时电池SOC状态比较低，发动机开机驱动电动机给蓄电池充电。1.并联混合动力电动汽车的能量管理策略 2.并联混合动力电动汽车模糊逻辑能量管理策略 混和动力电动汽车能量管理系统是个复杂的非线性的系统，而模糊控制是基于模糊推理，模仿人的思维方式，对难以建立精确数学模型的对象实施的一种控制。模糊逻辑能量管理策略通过综合考虑发动机、蓄电池和电动机的工作效率，可以实现混合驱动系统的整体效率最高。3.并联混合动力电动汽车模糊逻辑能量管理控制目标及原则 （1）控制目标 模糊逻辑能量管理策略的目标主要实现最佳燃油效率并兼顾排放和电池SOC。转速/(r/min)转矩/Nm（2）控制的主要原则）控制的主要原则 为延长电池的使用寿命和提高电池的充放电效率，电池的SOC在循环工况的起始和结束时，应基本保持不变。为提高整车系统效率，发动机应尽可能在高效率区工作。在混合动力驱动系统中，控制系统将以发动机为主能源，电机为辅助能源。在保证制动安全的前提下，回收制动能量。3.并联混合动力电动汽车模糊逻辑能量管理控制目标及原则 4.并联混合动力电动汽车模糊推理系统结构 MATLAB模糊逻辑工具箱提供了模糊逻辑控制器和系统设计的全部环节，并提供了GUI（图形用户界面）的形式，极大的方便了用户，不用在繁琐的计算中花费过多的时间，所有的规则的模糊运算、模糊蕴涵、模糊合成和反模糊化都由计算机来完成。FIS系统结构如下：FIS（Mamdani）SOC5.并联混合动力电动汽车模糊控制变量 （1）输入变量论域 输入变量的论域为0，当驾驶员请求转矩高于 时，采用发动机工作于最大转矩线上的控制方法；当请求转矩小于零时，采用制动控制策略，即请求转矩全部由电动机提供，作为发电机为电池充电。ICEICE优化曲线控制策略示意图优化曲线控制策略示意图转速/(r/min)转矩/Nm 输入转矩 论域制定基于以下原则：当输入变量 时，论域为-3，0；当输入变量 时，的论域为0，+3。将精确量 转化到区间-3，0的公式为：将精确量 转化到0，+3上的公式为：输入变量SOC的论域为0，1。“0”表示SOC的最小值，“1”表示SOC的最大值。5.并联混合动力电动汽车模糊控制变量 转速/(r/min)转矩/Nm最大转矩曲线优化转矩曲线5.并联混合动力电动汽车模糊控制变量 （2）输出变量论域）输出变量论域 模糊逻辑控制器的输出变量的论域在也在-3,+3上，将其转化为实际输出转矩为 上。（3）控制变量模糊子集）控制变量模糊子集 通常情况下，像误差和误差变化等语言变量的模糊语言子集一般取为，“负大”，“负中”，“负小”，“零”，“正小”，“正中”，“正大”或NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB等。因此，输入变量和输出变量模糊子集取为：5.并联混合动力电动汽车模糊控制变量 负大，负中，负小，零，正小，正中，正大 或NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB 电池SOC的模糊子集取为：“太低”，“较低”，“低”，“适中”，“高”，“较高”，“太高”或very low,lower,low,normal,high,higher,very high 其中输入变量的模糊语言表述是通过比较请求转矩和优化转矩而得到的，如为“负大”时，表示请求转矩比优化转矩小很多；为“零”时表示请求转矩与优化转矩相等。5.并联混合动力电动汽车模糊控制变量 6.控制变量的隶属函数 输入变量的隶属函数的设计主要根据发动机、蓄电池和电动机的效率MAP确定各自高效运行的模糊集。输入变量隶属函数的确定方法主要有模糊统计法、二元对比排序法、专家经验法和借助常见模糊分布等方法。输入变量和输出变量均选用钟型隶属函数。输入变量和输出变量的隶属函数曲线 模糊论域隶属度输入变量电池输入变量电池SOC的隶属函数曲线的隶属函数曲线 隶属度模糊论域7.模糊逻辑控制规则 通过对初步建立的模糊规则进行多次修正和试凑，根据发动机工作模式和电池SOC的不同，按照在某一特定道路循环下电池充放电平衡的原则，建立转矩分配的控制规则。也可以用IFandTHEN模糊语言来描述控制规则。模糊逻辑控制规则 8.仿真结果 5.5 混合动力电动汽车车型实例 1长安杰勋混合动力电动汽车 长安杰勋混合动力电动汽车是在长安的MPV杰勋的车上装了油电混合动力的发动机。其工作原理是采用汽油发动机和电动机混合联动模式为车辆提供动力，它具有以下特点：（1）燃油经济性：通过实现“加速助力”、“制动能量回收”、“怠速起停”三大混合动力功能；（2）排放限值满足国IV要求；（3）与原汽油机汽车比较，单车成本增加不到2万元，性价比具有卓越的竞争优势。长安杰勋混合动力电动汽车 2奇瑞A5混合动力电动汽车 奇瑞A5混合动力电动汽车采用了双轴并联低度混合式（BSG）动力系统，该系统由1.6L汽油机、5速手动变速箱、2KW电动机和12V铝酸电池组成，电动机采用的是爪极电动机并带有电动机控制系统，发动机采用的是直列四缸、四气阀、顶置双凸轮轴、双可变气门正时和多点电控汽油喷射，完全满足欧IV法规要求的标准。奇瑞奇瑞A5混合动力电动汽车外形图混合动力电动汽车外形图 3奔腾混合动力电动汽车 “一汽轿车”以奔腾轿车为基础开发的混合动力车型，是自主品牌在长安和奇瑞后第三家有能力自主研发混合动力的厂家。奔腾混合动力轿车的动力系统由一款1.5L发动机和一个288V的镍氢动力电池组成。该车的最高时速达191km/h,，从0-100km/h的加速时间只有12.5秒，燃油经济性比传统汽车减少35，整车排放比传统汽车尾气排放减少30。一汽奔腾混合动力电动汽车一汽奔腾混合动力电动汽车 4东风EQ7200HEV混合动力电动汽车 东风 EQ7200HEV混合动力轿车是一款基于东风日产蓝鸟平台的油电混合动力轿车，该产品主要技术特点在于采用了混联式的机电耦合方式、AMT自动变速箱、高效节能电控小排量汽油机、高效永磁同步驱动电动机和ISG，以及镍氢电池及其管理系统。东风东风 EQ7200HEV混合动力轿车混合动力轿车 5荣威750 H YBRID混合动力电动汽车 荣威750 H YBRID混合动力电动汽车是上汽集团自主研制的混合动力新能源轿车。该车在综合工况下节油25，达到欧洲IV排放标准。这款车也于去年进入路试阶段，样车速度可达到120 kmh以上。荣威750 H YBRID混合动力电动汽车有望在2010年前实现量产。荣威荣威750 H YBRID混合动力电动汽车混合动力电动汽车 6本田思域Hybrid混合动力车 东风本田思域混合动力车第8代思域的改进版。思域混合动力系统标准配置CVT无级变速箱，混合系统能在行车中自动控制发动机的运转情况，在低速巡航时可关闭发动机仅由发电机提供动力。每升汽油可以行驶31km，相当于油耗为3.2 L100km，该款车的CO 2排放仅为75gkm。思域混合动力车型思域混合动力车型 7别克君越混合动力电动汽车 别克LaCROSSE君越Eco-Hybrid油电混合动力车是国内第一款中高档量产混合动力车型。该车采用独立的电动机（最大功率7kW，最大扭距65Nm）-镍氢电池组（36V，17Ah）动力辅助系统，配合高效节能2.4L ECO智能发动机（最大功率125Kw/6400rpm，最大转矩225Nm/4800rpm）驱动汽车，在保证充沛动力和性能的前提下，实现了更低能耗、更少排放。别克君越混合动力电动汽车别克君越混合动力电动汽车 思考题1.混合动力电动汽车有哪些类型混合动力电动汽车有哪些类型?其特点是什么？其特点是什么？2.在混合动力电动汽车的设计中，如何确定发动机、电动机在混合动力电动汽车的设计中，如何确定发动机、电动机和蓄电池的单数和蓄电池的单数?3.混合动力电动汽车制动能量回收系统的功能是什么？混合动力电动汽车制动能量回收系统的功能是什么？4.混合动力电动汽车能量福安里系统的功能是什么？混合动力电动汽车能量福安里系统的功能是什么？