混合动力汽车混合度设计方法研究

T - 0. 1 T
x
+
汽车动力性一致的前提下, 对燃油经济性、排放性提 出改善目标[5], 即设计要求为: 目标函数为百公里油 耗; 设计变量为发动机功率 P e、电动机功率 P m、电池 容量C; 约束条件: 最高车速 vm ax, 加速性为 v 0～ v t 小 于T , 爬坡能力为直接挡车速v i 时的爬坡度ii 或最大 爬坡度 im ax- 1, 工况加速性为 ∃v ≤∃uc, 工况电能量 平衡为 ∃soc ≤∃socc。
(15)
∫ P e3=
1 T cy c
T cyc P w h ( t) d t (P w h > 0)
0
(16)
∫ P e4=
3
1 600Γt tm ax
tm ax
F t (t) v (t) dt
0
(17)
式中 v cruise —— 巡航车速, km h
T cyc ——循环工况时间, s
P w h ——车轮功率要求值, kW
(8)
213 约束条件 SOC 平衡策略
混合动力汽车的燃油消耗B H 可表示为
∫ B H =
3
1 600Θfuel
tf
be ( t) P e ( t) d t
t0
(9)
同时要满足: ∃soc ≤∃socc。并进一步转换为效
率的函数, 即
∫ B H = ce
tf t0
Pe
Γe
( t) ( t)
d
t
(10)
动机提供, 电动机功率即为动力源总功率需求, 属于
电电混合形式, 即发动机发电机组输出的电功率和
电池输出的电功率混合一起向电动机提供驱动功
率, 所以混合度定义为
H
=
P P
ess m
×100%
(3)
式中 P ess——电池功率, kW
上述动力源功率指最大功率, 由于电动机的峰
值功率按不同持续时间计算其数值变化很大, 对混
收稿日期: 2006- 07- 18 3 教育部重点项目(项目编号: 2001059)、高等学校博士学科点专项科研基金项目(项目编号: 20010183021) 和吉林大学“985”工程资助项目 曾小华 吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 讲师 博士, 130025 长春市 王庆年 吉林大学汽车工程学院 教授 博士生导师 王伟华 吉林大学汽车工程学院 副教授 博士
∃ P e= P chg = P set (soci- soc0)
(12)
式中 P set ——设定的充电功率值, kW
soci、soc0 —— 当 前 SO C 值 和 设 定 控 制 中 线
SO C 值
由于这部分充电功率, 使得混合动力汽车的燃
油消耗为
∫ B H = ce
tf t0
Pe
Γe
( t) ( t)
Key words H yb rid elect ric veh icles, D eg ree of hyb rid iza t ion, Con st ra in t, Side va lue cond it ion
引言
混合动力汽车的混合度直接表征了两种动力源 的功率组合和分配比例, 是混合动力汽车的重要设 计参数及混合动力汽车特性参数设计的核心内容。
2 0 0 6 年 12 月
农业机械学报
第 37 卷 第 12 期
混合动力汽车混合度设计方法研究3
曾小华 王庆年 王伟华
【摘要】 提出了并联型混合动力汽车的混合度设计方法, 重点讨论混合度设计的约束条件、边值条件及其计
算方法。 并结合实例说明该混合度的设计方法可合理、有效地确定动力源的功率参数。
10
农 业 机 械 学 报
2 0 0 6 年
214 混合度边值条件设计 (1) 最大边值条件 混合度最大边值条件即在动力源总功率一定的
前提下选择发动机的最小功率。
根据发动机和电动机自身特点, 即发动机的惯 量较大, 响应较慢, 而电动机的响应较快, 应当让发 动机提供变化较慢的稳态功率, 而电动机提供瞬态 变化的峰值功率。 而稳态功率包括以巡航车速行驶
CDA
v
2 i
21115
式中 J e ——发动机转动惯量, kg·m 2 tstart ——电动机起动发动机时间, s T d ——发动机摩擦转矩, N ·m Ξe、Ξidle ——发动机转速、怠速转速, rad s
电动机最小功率 P m - m in 均须满足上述要求的功 率 (具体与设计实际情况有关, 如不要求纯电动行 驶, 则 P m 2不考虑) , 即
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第 12 期
曾小华 等: 混合动力汽车混合度设计方法研究
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合度定义和研究带来不便, 而额定功率反映动力源
为了更合理地确定动力单元的功率组合, 本文 提出在一定的约束条件下使燃油经济性 (和 或排放 性、成本) 最优的混合度确定原则, 其主要约束条件 为动力性能与电池电量平衡。因此, 与混合度设计相 关的研究问题主要为动力系统总功率的设计方法 (由动力性约束条件确定)、电池电量平衡策略 (由燃 油经济性要求确定) 及混合度边值条件的研究[1～ 2]。
tm ——起步加速过程的时间, s vm ——起步加速末车速, km h 整车在加速过程的末时刻, 动力源输出最大功 率, 因此, 加速过程最大功率要求可表示为
211 混合动力汽车设计问题转化 混合动力汽车设计要求均是在保证与其传统型
P m ax3=
f
(T , v t) =
∆m
v
2 t
360Γt
1-
1 混合度定义
混合度指的是电系统功率 P elec占动力源总功率 P total的百分比[3～ 4 ] , 即
H
=
P P
elec to tal
×100%
(1)
对于不同的传动系构型, 混合度的定义会略有
不同。 对于并联式混合动力汽车混合度定义为
H
=
P
Pm m+
P
e
×100%
(2)
式中 P e、P m ——发动机、电动机功率, kW 而对于串联式混合动力汽车, 所有动力均由电
上述约束条件中, T 为加速时间, s; ∃v、∃uc 分 别为跟随工况车速误差及其限值, km h, 限值不超 过 ± 3 km h [6]; ∃soc、∃socc 分 别 为 工 况 前 后 电 池 SO C 变化量及其限值。 电池 SO C 变化为 ∃soc = soc ( tf ) - soc ( t0) , soc ( t0)、soc ( tf ) 分别为工况开始与 结束时刻电池荷电量。
由于电池特性参数 (容量) 与电动机功率具有一 定的相关性, 可暂不考虑, 因此, 上述设计问题可简 化为仅有发动机与电动机功率两设计变量的问题。
m 3
gf v t
600Γt
+
CDA
76 140Γt
v
3 t
(7)
最后, 动力源总功率为
P = to tal m ax (P m ax1, P m ax2, P m ax3)
P P to tal
e- m in
P to tal
(19)
3 混合度设计实例
应用上述混合度设计方法确定研究对象 —— 并 联式混合动力城市公交客车的混合度。 311 设计要求及循环工况选择
最后, 根据加速性能来确定动力源总功率。汽车
的持续最大输出能力, 因此, 以额定功率来定义和研 起步加速过程可以表示为[7]
究混合度。
2 混合度设计方法
v = vm
t tm
x
(6)
式中 x ——拟合系数, 一般为 015 左右
绝大多数混合动力汽车以轻度混合为主, 即混 合度应小于 015, 但在 0～ 015 范围内混合度具体如 何设计, 其合理选择范围应取多大, 应有一套较为完 整的混合度设计方法。
A b stra c t
A im ing a t a p a ra llel hyb rid elect ric veh icle ( H EV ) , a design m ethod of deg ree of hyb rid iza t ion (DO H ) , m a in ly abou t the con st ra in t, side va lue cond it ion and com p u te m ethod of DO H w a s in t roduced. F ina lly an exam p le ca se w a s offered to ind ica te tha t the m ethod of DO H cou ld ra t iona lly and effect ively decide to choo se the pow er p a ram eter of m o t ive sou rces.
定的功率对电池进行充电, 以期望维持其电量。发动 机工作点的变化, 使发动机的油耗增加, 则由于SO C 平衡功率使发动机增加的油耗 ∃be 为
计变量为混合度 H 。 约束条件为: P e + P m ≥P max, ∃soc ≤∃socc。 边值条件为H m in≤H ≤H 。 m ax
其中, Pmax为动力源总功率设计值, kW , 由动力 性指标来确定; H m in、H max 分别为混合度最小边值和 最大边值。
tmax ——极限加速过程从零到最高车速 vm ax 的加速时间, sF t——车轮驱动力, N
发 动机最小功率 P e- m in 至少要满足上述所确定 的各功率要求, 即