Plug_in混合动力汽车动力系统参数匹配

速等决定, 电池 SOC在整个操作过程中逐渐减少;
( 2) 电量维持型 ( CS). 这一模式与普通的 HEV 控制策略类似, 发动机和电机协同工
作, 电池 SOC 可以波动, 但其波动范围仅限于一个很小的操作带.
在电池 SOC值高于其最小门槛值时采用电量耗尽型工作模式, 当电池 SOC 达到最小 门槛值时采用电量维持型工作模式.
Pe
=
vs 1000 T
mgfr +
1 2
a CD A v2s
( 8)
式中, f r 为滚动阻力系数; a 为空气密度, kg /m3; CD 为风阻系数; A 为迎风面积, m2; vs 为
车速, km / h; T 为传动系效率.
( 2) 由爬坡度要求选择
Pe
=
vg 1 000
T
m gfr +
1 2
2, 3, 4, 5) 档下的最高转速 nj 应满足
nj
=
ig j i0 V 0. 377r
( 5)
式中, nj 为 j档下的转速, rm p; igj为 j档下的速比; i0 为主减速比; V 为纯电动模式下最高车
N o. 3
李 佳等: P lug in混合动力汽车动力系统参数匹配
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速, km /h; r为车轮半径, m.
aCD vg2 + mg i
( 9)
式中, i为爬坡度; vg 爬坡时的车速, m / s. 考虑到电机的充电功率需求和附件功率, P 应 emax
取以上两者的最大值加上 15% 的余量 [ 8 ] .
2 PHEV 工作模式及控制策略
2. 1 PHEV 工作模式 运行模式及运行要求分析是研究制定 PHEV 混合动力总成控制策略的基础. 下面对
机最高转速及电机额定转速.
1. 3. 1 电机峰值功率及额定功率 首先, 以最高车速计算电机参数. 根据最高车速计
算电机参数时不考虑加速阻力项和坡道阻力项, 电机功率 PM max应满足
pM max =
1
r
m36g0fr0V +
7C6D1A40V3
( 1)
式中, PMmax为驱动电机的最大输出功率, kW; r 为整车传动效率; m 为整车最大总质量, kg; f r 为滚动阻力系数; CD 为空气阻力系数; A 为迎风面积, m2; V 为纯电动模式下最高车速, km /h.
证 PHEV有必要的动力性能指标和纯电动行驶里程;
( 4) 各部件质量总和最小, 性能可靠, 性价比高. 针对给定的车型、目标工况和基本控
制策略, 在保证车辆纯电动行驶里程 ( AER ) 和整车动力性要求的前提下, 以经济性为主
要目标进行设计.
1. 3 电机参数选择
通常, 适用于电动车辆的电机外特性为: 在额定转速以下, 电机以恒转矩模式工作; 在 额定转速以上, 以恒功率模式工作 [ 4] . 电机参数选择包括: 电机峰值功率及额定功率、电
soc_h i.
2. 2 PHEV 控制策略
PH EV 有电量耗尽型、电量维持型、纯电动和纯发动机模式等能量管理模式 [ 9] , 文中
主要采用混合控制策略, 该控制策略由电量耗尽型和电量维持型两种模式构成.
( 1) 电量耗尽型 ( CD) . 电能作为主要能量源, 发动机输出转矩使车辆在电能耗尽之 前能行驶尽可能长的路程, 发动机的开关由诸如电池荷电状态 ( SOC) 、电机功率限制和车
3 匹配结果
利用前述理论, 计算 PH EV 动力系统主要元件参数, 并建立 PHEV 的仿真模型, 具体 参数见表 1.
N o. 3 部件 整车
发动机 电机
动力电池
李 佳等: P lug in混合动力汽车动力系统参数匹配
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表 1 PH EV 动力系统主要参数
T ab le 1 M ain param eters o f PHEV pow er system
动汽车.
( 5) 减速制动工况
当 SOC < SOC _h,i 驾驶员制动转矩需求较小, 且制动转矩小于充电转矩时, 电机制动
单独工作, 并对电车进行充电. 若驾驶员制动转矩需求较大, 此时由点电机再生制动和机 械制动共同作用.
当 SOC > SOC _h,i 且制动转矩大于充电转矩时, 由机械制动系统单独工作.
速, 根据车辆加速过程动力学方程, 其瞬态过程总功率为
Pa ll = Pj + Pf + Pw =
1 360 0
m
v
dv dt
+
mgfv +
CD 21.
A15v3
( 3)
式中, Pa ll为加速过程总功率, kW; Pj 为加速功率, kW; Pw 为空气阻力功率, kW; 为汽车
旋转质量换算系数; d t为计算过程的迭代步长, s.
车辆在加速过程的末时刻, 电机输出最大功率, 根据以上两种情况, 得到电机的峰值功率.
电机的额定功率可根据峰值功率由下式求出
P额 = Pmax
( 4)
式中, Pmax为电机峰值功率, kW; P额 为电机额定功率, kW; 为电机过载系数.
1. 3. 2 电机最高转速及电机额定转速 纯电动模式最高速度情况下, 电机在 j ( j = 1,
PH EV的运行模式及特定控制策略下的运行要求进行简单的介绍: ( 1) 启动工况 当 SOC > SOC _low 时, 此时由电动机启动整车. 当 SOC < SOC _low 时, 此时由发动机启动整车. ( 2) 低速工况 当 SOC < SOC _low, 且驱动整车的需求转矩与充电转矩之和小于发动机最小转矩时,
转矩之间时, 发动机驱动汽车, 驱动电机给储能装置充电.
当 SOC > SOC _ave, 且驱动整车的需求转矩处于发动机最小与最大转矩之间时, 电机 关闭, 发动机单独驱动汽车.
( 4) 加速和高速工况
当 SOC < SOC _low, 且驱动整车的需求转矩大于发动机最大转矩时, 由发动机单独驱
动汽车. 当 SOC > SOC _low, 且驱动整车的需求转矩大于最大转矩时, 由发动机和电机共同驱
1 动力系统参数匹配
1. 1 PHEV 动力系统的结构 PHEV 动力传动系主要有并联式, 串
联式和混联式 3种典型结构. 本文中主要 针对并联型的 PHEV(图 1)进行讨论. 1. 2 参数匹配原则
PH EV参数匹配的具体原则如下: ( 1) 为保证纯电 动功能模 式下车
图 1 并联型 PHEV 结构 F ig. 1 Configuration of paralle l PHEV
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辆的动力性能和足够的行驶里程, PH EV需要大功率输出电机和高能量电池;
( 2) 为保证混合功能模式下车辆的动力性能, 需要大功率电池, 而发动机的功率可适
当减小. 尽可能选择较小功率的发动机, 以利于改善整车的燃油经济性;
( 3) 确保在工作过程中, 蓄电池的充电、放电电流在电池性能许可范围内, 还必须保
里程对能量的需求.
( 1) 由最大功率选择电池
n = Pmm ax / (P bmax m c ) 式中, Pbmax为单个电池最大输出功率, kW; m 为电机工作效率;
( 2) 由续驶里程选择电池数目
( 6) c 为电机控制单元工作效率.
n = 1000LW / (Cr UsD h )
( 7)
式中, L 为纯电动续驶里程, km; Us 为单节电池电压, V; Cr 为单节电池额定容量, A h; W 为
其次, 根据加速性能来确定最大功率. 假设在纯电动运行模式下, 汽车由 0km /h加速
到最高车速 V, 加速时间为 10s. 汽车起步加速过程可根据经验公式表示为
v = vm
tx tm
( 2)
式中, x 为拟合系数; tm 为加速时间, s; vm 为车辆末速度, km / h. 假设车辆在平直路面上加
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应用基础 与工程科学学报
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此时发动机工作, 并恒定工作在设定的转矩, 驱动电机给储能装置充电.
当 SOC > SOC _low, 且驱动整车的需求转矩小于发动机关闭转矩时, 发动机处于关闭 状态, 电机单独驱动整车.
( 3) 中速工况
当 SOC< SOC_ave, 且驱动整车的需求转矩与充电转矩之和处于发动机最小与最大
电机的最高转速与额定转速的比值, 称为电机扩大恒功率区系数 , 根据 值即可得 到电机额定转速 [ 5] .
1. 4 电池参数选择
电池参数主要由两个因素决定 [ 6 7] : 首先电池组必须满足电机的最大功率需求, 电池
组的峰值功率应不小于电机的最大功率; 其次电池组的容量应当满足 PHEV 纯电动续驶
关键词: P lug in 混合动力汽车; 动力总成; 参数匹配; 仿真
可外接充电混合动力汽车 ( P lug in hybrid electric vehic le, PHEV ) 驱动系统是由传统 内燃机和电力驱动系统所组成. 与普通意义上的混合动力汽车不同的是: PHEV 可以通过 充电装置从供电网络获取电能, 并且能够在保证整车动力性能的前提下, 在一定的行驶距 离内只通过电力驱动系统驱动车辆. PHEV 不仅可以降低人类对石油资源的依赖, 而且能 够有效减少温室效应气体的排放 [ 1 3] . PH EV 已经作为美国联邦政府新一代汽车合作计划 中实现车辆节能减排的重要技术途径之一.
收稿日期: 2009 12 12; 修订日期: 2010 10 21 基金项目: 国家 863 计划重大项目 ( 2008A A 11A 140 ) 通讯作者: 赵又群 ( 1968 ), 男, 教授, 博士生导师. E m ai:l yqzhao@ nuaa. edu. cn
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应用基础 与工程科学学报
( 6) 停车充电工况
当 SOC > SOC _hi时, 不进行任何动作. 当 SOC < SOC _hi时,通过外接充电装置对储 能装置进行充电.
上述 SOC _low 为限定的动力电池 SOC 最小值, SOC _hi为限定的动力电池 SOC最大
值, 设定
SOC _ave为:
soc_ave=
soc_low + 2
类型
容量 CEE S /A h 电压 U /V
2. 295 0. 3
0. 022 0. 299
3. 9 [ 3. 182, 1. 895, 1. 250 0. 909, 0. 703 ]
文献标识码: A
V o.l 19, N o. 3 June 2011
P lug in混合动力汽车动力系统参数匹配
赵又群, 李 佳
( 南京航空航天大学能源与动力学院, 江苏 南京 210016)
摘要: 以并联型 P lug in混合动力电动汽车 ( PHEV ) 为研究对象, 提出了其动力 驱动系统参数匹配的原则和实施方法. 采用该方法对某型轿车动力总成参数进 行了匹配, 使用电动汽车仿真软件 ADV ISOR 对整车性能进行仿真计算. 仿真结 果表明: P lug in混合动力轿车动力性与原车相当, 经济性与原车相比有很大提 高, 达到预期开发目标.
由于 PHEV 须保证相应全电力续驶里程 ( a ll e lect ive range, AER) , 故对其动力总成各 部件提出了不同的要求. PH EV动力系统参数的选择不仅与整车动力性和经济性要求有 关, 还与动力系统构成型式、行驶工况和控制策略等紧密相关. 本文以 PHEV 典型的并联 动力总成为研究对象, 提出其参数匹配的原则和方法.
参数 整备质量 /kg
数值 1382
迎风面积 A /m2 风阻系数 CD
滚动阻力系数 f 轮胎半径 R /m 主减速器速比 R f 变速器 1 到 5档传动比 Rg
排量 V /L 最大功率 / kW 最大扭矩 /Nm 转速范围 / r/m in 最大功率 / kW 最大扭矩 /Nm 转速范围 / r/m in
第 19卷 3期 2011年 6月
应用基础与工程科学学报 JOURNAL OF BASIC SC IENCE AND ENG INEER ING
文章编号: 1005 0930 ( 2011) 03 0459 007 中图分类号: U 469. 79 do:i 10. 3969 / .j issn. 1005 0930. 2011. 03. 012
PH EV纯电动行驶 1km 所消耗的电池能量, kW h / km; Dh 为电池放电深度. 式 ( 6) 和式 ( 7)
中较大者即为所求.
1. 5 发动机参数选择
发动机的功率选择主要由 PH EV 在发动机单独驱动工况行驶时的最高车速和爬坡度
要求决定.
( 1) 由发动机单独驱动时的最高车速选择 Pe