基于锂电池温度特性的混合动力系统能量管理策略研究
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重型特种车是一类多轮、大承载吨位的机动车。
收稿日期：２０１８－１１－２０ 作者简介：夏欢（１９８６－），男，安徽巢湖人，工程师，研究方向为混合动力系统设计开发。
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现 代 车 用 动 力 ２０１９年第 １期
在重型特种车上应用混合动力技术，除了减少尾气 排放造成的污染，还具有简化机械传动结构、一体化 供电、动力系统简单、维护简便等优点。本文以某串 联式重型混合动力特种车为研究对象，研究其混合 动力能量管理策略。此特种车采用磷酸铁锂电池组 作为储能装置，并以柴油发电机组作为增程器，能量 管理策略用于控制混合动力系统的能量输出以及能 量在发电机组和储能电池组间的分配。
第 １期（总第 １７３期） 现 代 车 用 动 力 Ｎｏ１（ｓｅｒｉａｌＮｏ１７３） ２０１９年 ２月 ＭＯＤＥＲＮＶＥＨＩＣＬＥＰＯＷＥＲ Ｆｅｂ２０１９
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－５４４６．２０１９．０１．００３ 网络出版时间：２０１９－３－２９１３：４０ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／３２．１６４２．ＴＨ．２０１９０３２９．１３４０．００６．ｈｔｍｌ
基于锂电池温度特性的混合动力系统能量管理 策略研究
夏欢１，薛美芳２，鞠兴龙１，赵志刚１，何刚１，骆志伟１
（１．北京航天发射技术研究所，京 １０００７６；２．北京精密机电控制设备研究所，北京 １０００７６）
摘要：为了提高重型串联式混合动力车辆的工作可靠性，从混合动力系统的组成架构入手，分析了系统的动力单元的特性和 储能电池组的特性。而后基于 Ｔｈｅｖｅｎｉｎ模型研究了电池组荷电状态和温度对电池的欧姆内阻和极化内阻的影响，由于电池 温度对电池内阻有着显著地影响，提出了考虑电池温度特性的混合动力系统能量管理策略，即根据电池温度实时控制电池组 的充电、放电电流，避免电池在极端温度下大倍率充放电引起的母线电压波动及电芯损坏等危害。实车道路测试对比了现有 控制策略和所提出的控制策略，证明了基于电池温度的充放电功率控制策略的有效性。 关键词：混合动力车辆；能量管理；策略研究；磷酸铁锂；电池温度特性 中图分类号：Ｕ４６９．７ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１－５４４６（２０１９）０１－００１３－０６
引 言
随着社会的发展，汽车保有量大幅增加，汽车尾 气已成为人类社会最大污染源，这直接导致各国制 定的排放标准越来越严格。为了应对上述状况，纯 电动汽车及混合动力电动汽车得到了发展和推广。
电池作为电动汽车的关键部件，由于其技术发展缓 慢、价格居高不下等因素的制约，影响了纯电动汽车 的普及。而混合动力车结合了内燃机高能量密度和 动力电池高功率密度的优点［１］，成为现今机动车发 展的一大方向。
（１．ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｐａｃｅＬａｕｎｃｈＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００７６，Ｃｈｉｎａ； ２．ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００７６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｈｅａｖｙ－ｄｕｔｙｈｙｂｒｉｄｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｓ，ｔｈｅｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｐｏｗｅｒ ｕｎｉｔａｎｄｔｈｅｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｂａｔｔｅｒｙｐａｃｋｆｒｏｍｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｈｙｂｒｉｄｓｙｓｔｅｍ．ＢａｓｅｄｏｎＴｈｅｖｅｎｉｎ’ｓｍｏｄｅｌ，ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｂａｔｔｅｒｙｓｔａｔｅ ａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｔｈｅｏｈｍｉｃｉｎｔｅｒｎａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｉｎｔｅｒｎａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅｂａｔｔｅｒｙｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｓｉｎｃｅｔｈｅｂａｔｔｅｒｙｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅｈａｓａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅｂａｔｔｅｒｙ，ｔｈｅｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓａｈｙｂｒｉｄｓｙｓｔｅｍｓｔｒａｔｅｇｙｔｈａｔｃｏｎｓｉｄｅｒｓ ｔｈｅｂａｔｔｅｒｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｔｈｅｅｎｅｒｇｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｔｒａｔｅｇｙｃｏｎｔｒｏｌｓｔｈｅｃｈａｒｇｉｎｇａｎｄｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔｏｆｔｈｅｂａｔｔｅｒｙ ｐａｃｋｉｎｒｅａｌｔｉｍｅａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｂａｔｔｅｒｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｏａｖｏｉｄｔｈｅｄａｍａｇｅｏｆｔｈｅｂｕｓｖｏｌｔａｇｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｃｅｌｌｄａｍａｇｅｃａｕｓｅｄｂｙ ｔｈｅｌａｒｇｅ－ｒａｔｅｃｈａｒｇｅｏｒｄｉｓｃｈａｒｇｅｏｆｔｈｅｂａｔｔｅｒｙｕｎｄｅｒｅｘｔｒｅｍｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｎｄｐｒｏｖｅｓｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅｃｈａｒｇｅａｎｄｄｉｓｃｈａｒｇｅｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｂａｓｅｄｏｎｂａｔｔｅｒｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｂｒｉｄｖｅｈｉｃｌｅ；ｅｎｅｒｇｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；ｓｔｒａｔｅｇｙｒｅｓｅａｒｃｈ；ｌｉｔｈｉｕｍ ｉｒｏｎｐｈｏｓｐｈａｔｅ；ｂａｔｔｅｒｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
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ＸＩＡＨｕａｎ１，ＸＵＥＭｅｉｆａｎｇ２，ＪＵＸｉｎｇｌｏｎｇ１，ＺＨＡＯＺｈｉｇａｎｇ１，ＨＥＧａｎｇ１，ＬＵＯＺｈｉｗｅｉ１
收稿日期：２０１８－１１－２０ 作者简介：夏欢（１９８６－），男，安徽巢湖人，工程师，研究方向为混合动力系统设计开发。
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现 代 车 用 动 力 ２０１９年第 １期
在重型特种车上应用混合动力技术，除了减少尾气 排放造成的污染，还具有简化机械传动结构、一体化 供电、动力系统简单、维护简便等优点。本文以某串 联式重型混合动力特种车为研究对象，研究其混合 动力能量管理策略。此特种车采用磷酸铁锂电池组 作为储能装置，并以柴油发电机组作为增程器，能量 管理策略用于控制混合动力系统的能量输出以及能 量在发电机组和储能电池组间的分配。
第 １期（总第 １７３期） 现 代 车 用 动 力 Ｎｏ１（ｓｅｒｉａｌＮｏ１７３） ２０１９年 ２月 ＭＯＤＥＲＮＶＥＨＩＣＬＥＰＯＷＥＲ Ｆｅｂ２０１９
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－５４４６．２０１９．０１．００３ 网络出版时间：２０１９－３－２９１３：４０ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／３２．１６４２．ＴＨ．２０１９０３２９．１３４０．００６．ｈｔｍｌ
基于锂电池温度特性的混合动力系统能量管理 策略研究
夏欢１，薛美芳２，鞠兴龙１，赵志刚１，何刚１，骆志伟１
（１．北京航天发射技术研究所，京 １０００７６；２．北京精密机电控制设备研究所，北京 １０００７６）
摘要：为了提高重型串联式混合动力车辆的工作可靠性，从混合动力系统的组成架构入手，分析了系统的动力单元的特性和 储能电池组的特性。而后基于 Ｔｈｅｖｅｎｉｎ模型研究了电池组荷电状态和温度对电池的欧姆内阻和极化内阻的影响，由于电池 温度对电池内阻有着显著地影响，提出了考虑电池温度特性的混合动力系统能量管理策略，即根据电池温度实时控制电池组 的充电、放电电流，避免电池在极端温度下大倍率充放电引起的母线电压波动及电芯损坏等危害。实车道路测试对比了现有 控制策略和所提出的控制策略，证明了基于电池温度的充放电功率控制策略的有效性。 关键词：混合动力车辆；能量管理；策略研究；磷酸铁锂；电池温度特性 中图分类号：Ｕ４６９．７ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１－５４４６（２０１９）０１－００１３－０６
引 言
随着社会的发展，汽车保有量大幅增加，汽车尾 气已成为人类社会最大污染源，这直接导致各国制 定的排放标准越来越严格。为了应对上述状况，纯 电动汽车及混合动力电动汽车得到了发展和推广。
电池作为电动汽车的关键部件，由于其技术发展缓 慢、价格居高不下等因素的制约，影响了纯电动汽车 的普及。而混合动力车结合了内燃机高能量密度和 动力电池高功率密度的优点［１］，成为现今机动车发 展的一大方向。
（１．ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｐａｃｅＬａｕｎｃｈＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００７６，Ｃｈｉｎａ； ２．ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００７６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｈｅａｖｙ－ｄｕｔｙｈｙｂｒｉｄｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｓ，ｔｈｅｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｐｏｗｅｒ ｕｎｉｔａｎｄｔｈｅｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｂａｔｔｅｒｙｐａｃｋｆｒｏｍｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｈｙｂｒｉｄｓｙｓｔｅｍ．ＢａｓｅｄｏｎＴｈｅｖｅｎｉｎ’ｓｍｏｄｅｌ，ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｂａｔｔｅｒｙｓｔａｔｅ ａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｔｈｅｏｈｍｉｃｉｎｔｅｒｎａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｉｎｔｅｒｎａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅｂａｔｔｅｒｙｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｓｉｎｃｅｔｈｅｂａｔｔｅｒｙｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅｈａｓａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅｂａｔｔｅｒｙ，ｔｈｅｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓａｈｙｂｒｉｄｓｙｓｔｅｍｓｔｒａｔｅｇｙｔｈａｔｃｏｎｓｉｄｅｒｓ ｔｈｅｂａｔｔｅｒｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｔｈｅｅｎｅｒｇｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｔｒａｔｅｇｙｃｏｎｔｒｏｌｓｔｈｅｃｈａｒｇｉｎｇａｎｄｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔｏｆｔｈｅｂａｔｔｅｒｙ ｐａｃｋｉｎｒｅａｌｔｉｍｅａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｂａｔｔｅｒｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｏａｖｏｉｄｔｈｅｄａｍａｇｅｏｆｔｈｅｂｕｓｖｏｌｔａｇｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｃｅｌｌｄａｍａｇｅｃａｕｓｅｄｂｙ ｔｈｅｌａｒｇｅ－ｒａｔｅｃｈａｒｇｅｏｒｄｉｓｃｈａｒｇｅｏｆｔｈｅｂａｔｔｅｒｙｕｎｄｅｒｅｘｔｒｅｍｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｎｄｐｒｏｖｅｓｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅｃｈａｒｇｅａｎｄｄｉｓｃｈａｒｇｅｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｂａｓｅｄｏｎｂａｔｔｅｒｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｂｒｉｄｖｅｈｉｃｌｅ；ｅｎｅｒｇｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；ｓｔｒａｔｅｇｙｒｅｓｅａｒｃｈ；ｌｉｔｈｉｕｍ ｉｒｏｎｐｈｏｓｐｈａｔｅ；ｂａｔｔｅｒｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
ＳｔｕｄｙｏｎＥｎｅｒｇｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｔｒａｔｅｇｙｏｆＨｙｂｒｉｄＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ ＢａｓｅｄｏｎＬｉｔｈｉｕｍ ＢａｔｔｅｒｙＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
ＸＩＡＨｕａｎ１，ＸＵＥＭｅｉｆａｎｇ２，ＪＵＸｉｎｇｌｏｎｇ１，ＺＨＡＯＺｈｉｇａｎｇ１，ＨＥＧａｎｇ１，ＬＵＯＺｈｉｗｅｉ１