新能源汽車技術(shù)：第5章-2-混合動(dòng)力電動(dòng)汽車

1、第5章 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（二） 5.4 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理5.5 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車車型實(shí)例新能源汽車技術(shù) 第 1 頁(yè)5.4 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理 作為一種新型的多能量源交通工具，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的性能與其采用的能量管理策略密切相關(guān)，能量管理策略是傳統(tǒng)燃油汽車與純電動(dòng)汽車完美結(jié)合的紐帶，是混合動(dòng)力電動(dòng)汽車成敗的最終決定性因素。 新能源汽車技術(shù) 第 2 頁(yè)5.4.1 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理策略 1.串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理策略 三種基本的能量管理策略： （1）恒溫器策略 （2）功率跟蹤式策略 （3）基本規(guī)則型策略 新能源汽車技術(shù) 第 3 頁(yè) 并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管

2、理策略基本屬于基于轉(zhuǎn)矩的控制。 （1）靜態(tài)邏輯門(mén)限策略 實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，實(shí)際應(yīng)用廣泛。但由于主要依靠工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)置門(mén)限參數(shù)，靜態(tài)邏輯門(mén)限策略無(wú)法保證車輛燃油經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，而且這些靜態(tài)參數(shù)不能適應(yīng)工況的動(dòng)態(tài)變化，無(wú)法使整車系統(tǒng)達(dá)到最大效率。2.并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理策略新能源汽車技術(shù) 第 4 頁(yè) （2）瞬時(shí)優(yōu)化能量管理策略 瞬時(shí)優(yōu)化策略一般是采用“等效燃油消耗最少”法或“功率損失最小”法，等效燃油消耗最小方法在每一步長(zhǎng)內(nèi)是最優(yōu)的，但無(wú)法保證在整個(gè)運(yùn)行區(qū)間內(nèi)最優(yōu)。 （3）全局最優(yōu)能量管理策略 全局優(yōu)化模式實(shí)現(xiàn)了真正意義上的最優(yōu)化，但實(shí)現(xiàn)這種策略的算法往往都比較復(fù)雜，計(jì)算量也很大，在實(shí)際車輛的實(shí)時(shí)控

3、制中很難得到應(yīng)用。 2.并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理策略新能源汽車技術(shù) 第 5 頁(yè) （4）模糊能量管理策略 基于模糊邏輯的策略可以表達(dá)難以精確定量表達(dá)的規(guī)則；可以方便地實(shí)現(xiàn)不同影響因素(功率需求、SOC、電機(jī)效率等)的折中；魯棒性好。 但是模糊控制器的建立主要依靠經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法獲得全局最優(yōu)。 2.并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理策略新能源汽車技術(shù) 第 6 頁(yè) 混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車由于其特有的傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如采用行星齒輪傳動(dòng)，除了采用瞬時(shí)優(yōu)化能量管理策略、全局優(yōu)化能量管理策略和模糊能量管理策略（與并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車能量管理策略原理類似)以外，還有一些特有的能量管理策略。 3.混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)

4、汽車的能量管理策略新能源汽車技術(shù) 第 7 頁(yè) （1）發(fā)動(dòng)機(jī)恒定工作點(diǎn)策略 由于采用了行星齒輪機(jī)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以獨(dú)立于車速變化，這樣使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最優(yōu)工作點(diǎn)，提供恒定的轉(zhuǎn)矩輸出，而剩余的轉(zhuǎn)矩則由電動(dòng)機(jī)提供。 （2）發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)工作曲線策略 發(fā)動(dòng)機(jī)工作在萬(wàn)有特性圖中最佳油耗線上，只有當(dāng)發(fā)電機(jī)電流需求超出電池的接受能力或者當(dāng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電流需求超出電動(dòng)機(jī)或電池的允許限制時(shí)，才調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)。3.混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理策略新能源汽車技術(shù) 第 8 頁(yè)5.4.2 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的工作模式 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車是由兩種動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩套動(dòng)力系統(tǒng)分別具有不同的高效工作區(qū)，為了充分發(fā)揮

5、混合動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，汽車在不同的運(yùn)行工況下，應(yīng)具有多種不同的工作模式，以充分提高車輛整體性能。 新能源汽車技術(shù) 第 9 頁(yè)1.串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的工作模式 （1）純電動(dòng)模式 （2）純發(fā)動(dòng)機(jī)模式 （3）混合模式 （4）發(fā)動(dòng)機(jī)牽引和蓄電池充電模式 （5）再生制動(dòng)模式 （6）蓄電池組充電模式 （7）混合式蓄電池充電模式 新能源汽車技術(shù) 第 10 頁(yè)2.并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的工作模式 （1）純電動(dòng)模式 （2）純發(fā)動(dòng)機(jī)模式 （3）混合驅(qū)動(dòng)模式（4）行車充電模式 （5）再生制動(dòng)模式 （6）怠速/停車模式 新能源汽車技術(shù) 第 11 頁(yè)5.4.3 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理策略 以并聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車為

6、例。并聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理系統(tǒng)普遍采用分級(jí)分布式結(jié)構(gòu)。 最上層為能量管理系統(tǒng)的決策單元，統(tǒng)一協(xié)調(diào)和控制各個(gè)低端控制器； 中間一層包括多個(gè)低端控制器； 最下層為各個(gè)執(zhí)行器。新能源汽車技術(shù) 第 12 頁(yè) （1）起步 由于電動(dòng)機(jī)具有低速大轉(zhuǎn)矩的特性，所以混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的起步由電動(dòng)機(jī)單獨(dú)來(lái)完成。 （2）低速或城市工況 SOC值較高或?yàn)橹袝r(shí)動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)單獨(dú)提供 SOC值較低時(shí)汽車所需動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)提供 1. 并聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理策略 新能源汽車技術(shù) 第 13 頁(yè) （3）加速當(dāng)SOC狀態(tài)比較高時(shí)，若汽車此時(shí)是弱加速，電動(dòng)機(jī)只提供部分功率來(lái)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車，若此時(shí)汽車是急加速，電動(dòng)機(jī)則

7、提供最大功率來(lái)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)SOC狀態(tài)為中的時(shí)候，無(wú)論汽車是弱加速還是急加速，發(fā)動(dòng)機(jī)工作，而電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，提供部分功率輔助汽車的加速。當(dāng)SOC比較低的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)氣門(mén)全開(kāi)。 1. 并聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理策略 新能源汽車技術(shù) 第 14 頁(yè) （4）巡航 發(fā)動(dòng)機(jī)以恒定的速度行駛時(shí)，由于汽車克服路面阻力保持恒定速度行駛時(shí)的轉(zhuǎn)矩是很小的，所以，發(fā)動(dòng)機(jī)主要提供平均功率而不是峰值功率。 （5）減速 在這種模式下，會(huì)有部分制動(dòng)能量回收，通常有松開(kāi)加速踏板和踩下制動(dòng)踏板兩種模式。 在第一種模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，電動(dòng)機(jī)提供部分負(fù)轉(zhuǎn)矩來(lái)給蓄電池充電 1. 并聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理策略 新能

8、源汽車技術(shù) 第 15 頁(yè) 在第二種模式下，若SOC值為小或?yàn)橹袝r(shí)，電動(dòng)機(jī)提供最大的負(fù)轉(zhuǎn)矩來(lái)給蓄電池充電，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，如果蓄電池的剩余電量多，則電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉。 （6）駐車 當(dāng)系統(tǒng)處于駐車模式時(shí)，此時(shí)汽車是不需要能量的，因此電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉。若此時(shí)電池SOC狀態(tài)比較低，發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)給蓄電池充電。 1. 并聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理策略 新能源汽車技術(shù) 第 16 頁(yè) 2.并聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車模糊邏輯能量管理策略 混和動(dòng)力電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)是個(gè)復(fù)雜的非線性的系統(tǒng)，而模糊控制是基于模糊推理，模仿人的思維方式，對(duì)難以建立精確數(shù)學(xué)模型的對(duì)象實(shí)施的一種控制。 模糊邏輯能量管理策略通

9、過(guò)綜合考慮發(fā)動(dòng)機(jī)、蓄電池和電動(dòng)機(jī)的工作效率，可以實(shí)現(xiàn)混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整體效率最高。 新能源汽車技術(shù) 第 17 頁(yè)3.并聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車模糊邏輯能量管理控制目標(biāo)及原則 （1）控制目標(biāo) 模糊邏輯能量管理策略的目標(biāo)主要實(shí)現(xiàn)最佳燃油效率并兼顧排放和電池SOC。 新能源汽車技術(shù) 第 18 頁(yè)轉(zhuǎn)速/(r/min)轉(zhuǎn)矩/Nm新能源汽車技術(shù) 第 19 頁(yè) （2）控制的主要原則 為延長(zhǎng)電池的使用壽命和提高電池的充放電效率，電池的SOC在循環(huán)工況的起始和結(jié)束時(shí)，應(yīng)基本保持不變。為提高整車系統(tǒng)效率，發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)盡可能在高效率區(qū)工作。在混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)將以發(fā)動(dòng)機(jī)為主能源，電機(jī)為輔助能源。在保證制動(dòng)安全的前提下

10、，回收制動(dòng)能量。 3.并聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車模糊邏輯能量管理控制目標(biāo)及原則 新能源汽車技術(shù) 第 20 頁(yè)4.并聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車模糊推理系統(tǒng)結(jié)構(gòu) MATLAB模糊邏輯工具箱提供了模糊邏輯控制器和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全部環(huán)節(jié)，并提供了GUI（圖形用戶界面）的形式，極大的方便了用戶，不用在繁瑣的計(jì)算中花費(fèi)過(guò)多的時(shí)間，所有的規(guī)則的模糊運(yùn)算、模糊蘊(yùn)涵、模糊合成和反模糊化都由計(jì)算機(jī)來(lái)完成 。 新能源汽車技術(shù) 第 21 頁(yè)FIS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：FIS（Mamdani）SOC新能源汽車技術(shù) 第 22 頁(yè)5.并聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車模糊控制變量 （1）輸入變量論域 輸入變量的論域?yàn)?， ，當(dāng)駕駛員請(qǐng)求轉(zhuǎn)矩高于 時(shí)，采用發(fā)動(dòng)機(jī)工

11、作于最大轉(zhuǎn)矩線上的控制方法；當(dāng)請(qǐng)求轉(zhuǎn)矩小于零時(shí)，采用制動(dòng)控制策略，即請(qǐng)求轉(zhuǎn)矩全部由電動(dòng)機(jī)提供，作為發(fā)電機(jī)為電池充電。新能源汽車技術(shù) 第 23 頁(yè)ICE優(yōu)化曲線控制策略示意圖轉(zhuǎn)速/(r/min)轉(zhuǎn)矩/Nm新能源汽車技術(shù) 第 24 頁(yè) 輸入轉(zhuǎn)矩 論域制定基于以下原則： 當(dāng)輸入變量 時(shí)， 論域?yàn)?3，0；當(dāng)輸入變量 時(shí)， 的論域?yàn)?，+3。 將精確量 轉(zhuǎn)化到區(qū)間-3，0的公式為： 將精確量 轉(zhuǎn)化到0，+3上的公式為： 輸入變量SOC的論域?yàn)?，1?！?”表示SOC的最小值，“1”表示SOC的最大值。 5.并聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車模糊控制變量 新能源汽車技術(shù) 第 25 頁(yè)轉(zhuǎn)速/(r/min)轉(zhuǎn)矩/Nm最大

12、轉(zhuǎn)矩曲線優(yōu)化轉(zhuǎn)矩曲線5.并聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車模糊控制變量 新能源汽車技術(shù) 第 26 頁(yè)（2）輸出變量論域 模糊邏輯控制器的輸出變量的論域在也在-3,+3上，將其轉(zhuǎn)化為實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩為 上。（3）控制變量模糊子集 通常情況下，像誤差和誤差變化等語(yǔ)言變量的模糊語(yǔ)言子集一般取為，“負(fù)大”，“負(fù)中”，“負(fù)小”，“零”，“正小”，“正中”，“正大”或NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB等。因此，輸入變量和輸出變量模糊子集取為：5.并聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車模糊控制變量 新能源汽車技術(shù) 第 27 頁(yè) 負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大 或NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB 電

13、池SOC的模糊子集取為： “太低”，“較低”，“低”，“適中”，“高”，“較高”，“太高”或very low, lower, low, normal, high, higher, very high 其中輸入變量的模糊語(yǔ)言表述是通過(guò)比較請(qǐng)求轉(zhuǎn)矩和優(yōu)化轉(zhuǎn)矩而得到的，如為“負(fù)大”時(shí)，表示請(qǐng)求轉(zhuǎn)矩比優(yōu)化轉(zhuǎn)矩小很多；為“零”時(shí)表示請(qǐng)求轉(zhuǎn)矩與優(yōu)化轉(zhuǎn)矩相等。 5.并聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車模糊控制變量 新能源汽車技術(shù) 第 28 頁(yè)6.控制變量的隸屬函數(shù) 輸入變量的隸屬函數(shù)的設(shè)計(jì)主要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)、蓄電池和電動(dòng)機(jī)的效率MAP確定各自高效運(yùn)行的模糊集。輸入變量隸屬函數(shù)的確定方法主要有模糊統(tǒng)計(jì)法、二元對(duì)比排序法、專家經(jīng)驗(yàn)

14、法和借助常見(jiàn)模糊分布等方法。輸入變量和輸出變量均選用鐘型隸屬函數(shù)。 新能源汽車技術(shù) 第 29 頁(yè)輸入變量和輸出變量的隸屬函數(shù)曲線 模糊論域隸屬度新能源汽車技術(shù) 第 30 頁(yè)輸入變量電池SOC的隸屬函數(shù)曲線 隸屬度模糊論域新能源汽車技術(shù) 第 31 頁(yè)7.模糊邏輯控制規(guī)則 通過(guò)對(duì)初步建立的模糊規(guī)則進(jìn)行多次修正和試湊，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作模式和電池SOC的不同，按照在某一特定道路循環(huán)下電池充放電平衡的原則，建立轉(zhuǎn)矩分配的控制規(guī)則。 也可以用IFandTHEN模糊語(yǔ)言來(lái)描述控制規(guī)則。 新能源汽車技術(shù) 第 32 頁(yè)模糊邏輯控制規(guī)則 新能源汽車技術(shù) 第 33 頁(yè)8.仿真結(jié)果 新能源汽車技術(shù) 第 34 頁(yè)5.5

15、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車車型實(shí)例 1長(zhǎng)安杰勛混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 長(zhǎng)安杰勛混合動(dòng)力電動(dòng)汽車是在長(zhǎng)安的MPV杰勛的車上裝了油電混合動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)。其工作原理是采用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)混合聯(lián)動(dòng)模式為車輛提供動(dòng)力，它具有以下特點(diǎn)： （1）燃油經(jīng)濟(jì)性：通過(guò)實(shí)現(xiàn)“加速助力”、“制動(dòng)能量回收”、“怠速起?！比蠡旌蟿?dòng)力功能 ； （2）排放限值滿足國(guó)IV要求； （3）與原汽油機(jī)汽車比較，單車成本增加不到2萬(wàn)元，性價(jià)比具有卓越的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。 新能源汽車技術(shù) 第 35 頁(yè)長(zhǎng)安杰勛混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 新能源汽車技術(shù) 第 36 頁(yè)2奇瑞A5混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 奇瑞A5混合動(dòng)力電動(dòng)汽車采用了雙軸并聯(lián)低度混合式（BSG）動(dòng)力系統(tǒng)，該系統(tǒng)由1

16、.6L汽油機(jī)、5速手動(dòng)變速箱、2KW電動(dòng)機(jī)和12V鋁酸電池組成，電動(dòng)機(jī)采用的是爪極電動(dòng)機(jī)并帶有電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)采用的是直列四缸、四氣閥、頂置雙凸輪軸、雙可變氣門(mén)正時(shí)和多點(diǎn)電控汽油噴射，完全滿足歐IV法規(guī)要求的標(biāo)準(zhǔn)。 新能源汽車技術(shù) 第 37 頁(yè)奇瑞A5混合動(dòng)力電動(dòng)汽車外形圖 新能源汽車技術(shù) 第 38 頁(yè)3奔騰混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 “一汽轎車”以奔騰轎車為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的混合動(dòng)力車型，是自主品牌在長(zhǎng)安和奇瑞后第三家有能力自主研發(fā)混合動(dòng)力的廠家。奔騰混合動(dòng)力轎車的動(dòng)力系統(tǒng)由一款1.5L發(fā)動(dòng)機(jī)和一個(gè)288V的鎳氫動(dòng)力電池組成。 該車的最高時(shí)速達(dá)191km/h,，從0-100km/h的加速時(shí)間只有12.5

17、秒，燃油經(jīng)濟(jì)性比傳統(tǒng)汽車減少35，整車排放比傳統(tǒng)汽車尾氣排放減少30。 新能源汽車技術(shù) 第 39 頁(yè) 一汽奔騰混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 新能源汽車技術(shù) 第 40 頁(yè)4東風(fēng)EQ7200HEV混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 東風(fēng) EQ7200HEV混合動(dòng)力轎車是一款基于東風(fēng)日產(chǎn)藍(lán)鳥(niǎo)平臺(tái)的油電混合動(dòng)力轎車，該產(chǎn)品主要技術(shù)特點(diǎn)在于采用了混聯(lián)式的機(jī)電耦合方式、AMT自動(dòng)變速箱、高效節(jié)能電控小排量汽油機(jī)、高效永磁同步驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和ISG，以及鎳氫電池及其管理系統(tǒng)。 新能源汽車技術(shù) 第 41 頁(yè)東風(fēng) EQ7200HEV混合動(dòng)力轎車 新能源汽車技術(shù) 第 42 頁(yè)5榮威750 H YBRID混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 榮威750 H YBRID

18、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車是上汽集團(tuán)自主研制的混合動(dòng)力新能源轎車。 該車在綜合工況下節(jié)油25，達(dá)到歐洲IV排放標(biāo)準(zhǔn)。這款車也于去年進(jìn)入路試階段，樣車速度可達(dá)到120 kmh以上。榮威750 H YBRID混合動(dòng)力電動(dòng)汽車有望在2010年前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。 新能源汽車技術(shù) 第 43 頁(yè)榮威750 H YBRID混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 新能源汽車技術(shù) 第 44 頁(yè) 6本田思域Hybrid混合動(dòng)力車 東風(fēng)本田思域混合動(dòng)力車第8代思域的改進(jìn)版。思域混合動(dòng)力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)配置CVT無(wú)級(jí)變速箱，混合系統(tǒng)能在行車中自動(dòng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，在低速巡航時(shí)可關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)僅由發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力。每升汽油可以行駛31km，相當(dāng)于油耗為3.2 L100km，該款車的CO 2排放僅為75gkm。 新能源汽車技術(shù) 第 45 頁(yè)思域混合動(dòng)力車型 新能源汽車技術(shù) 第 46 頁(yè)7別克君越混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 別克LaCROSSE君越Eco-Hybrid油電混合動(dòng)力車是國(guó)內(nèi)第一款中高檔量產(chǎn)混合動(dòng)力車型。 該車采用獨(dú)立的電動(dòng)機(jī)（最大功率