内燃混合动力能量管理讲义

电池特性与控制
蓄电池Rint模型
Ro Rd
Voc
V
V Voc ( SOC, T ) R( SOC, T )I bat bat t SOC (SOCinit C0 0 I dt ) / C0 bat t C0 K ( 0 I dt / t ) bat
电池特性与控制模型
文献综述－能量管理策略
• 基于规则的能量分配策略 – 负载跟随式
• 主动力源工作在优化区域，负载跟随 • 蓄电池提供辅助瞬时功率
• 蓄电池SOC控制在一定的优化范围
– 开关式控制
• 基于蓄电池SOC的滞环控制 • APU工作在最高效率点附近
– 基于模糊逻辑的能量分配策略
文献综述－能量管理策略
基于优化的能量分配策略
PRND
determine gear mode
gear mode
engine & control
APPS
accelerator torque
+
+ -
driver’s torque command
Energy Management
trans. cmmd motor. cmmd
Transxale
motor & control battery & control
PRND & Speed PRND/ Rolling Direction
APS & Speed
APS/Torque Transformation
Accel Torque Cmd
+
+
MCP & Speed Regenerative Braking Control
RegenTorque Cmd
Driver’s Torque Command
[6,7,8] [6,7,5] [1,2,6] [6,7,1]
AMT 控制器 汽油机 控制器
机械功率流
[8,0]
纯电动 (1)
[1,2,3] [0,1]
混联式混合动力系统结构图
[0,2,3]
停车 (0)
[6,3] [3,6]
发动机驱动 (3)
[3,4] [4,3]
充电 (6)
[4,6] [6,4]
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
功率辅助 (4)
车用混合动力系统能量管理
2005
前言
混合动力存在两类核心的控 制问题
• 稳态或动态过程中多个动力源的能量 分配和效率优化 • 动态过程中动力源的动态控制或动力 源间的协调控制
清华大学汽车安全与节能国家重点实验室
能量管理与动态协调
③
司机转矩 需求
基 扭于 矩规 管则 理的 策稳 略态
电机助力最小扭矩
Driver’s Torque Cmd
行驶模式切换
电池 电机 控制器 电池 控制器
ISA 控制器
离合器
ISA 多点 电喷 汽油机 电机 变速器 主减 速器 车轮 整车 控制器
停机 (8)
[1,8] [8,1] [3,7,8] [8,2,3] [3,7,1]
电功率流 信号流
[5,8]
[8,5]
能量回馈 (5)
（时间长度选择为完整循环工况长度，则优化问题成为一个全局最 优控制问题。选择为采样步长，则优化问题成为瞬时优化问题）
• 瞬时优化能量分配策略
– 基于系统功率损失的目标函数 – 基于系统等价燃料消耗的目标函数
• 全局优化能量分配策略
– 根据既定的驾驶循环对目标函数进行优化，优化 得到的控制输出是时间的函数，不能直接应用于 实时控制中 – 典型优化方法：动态规划
BPPS
regen torque
APPS – Acceleration Pedal Position Sensor BPPS – Brake Pedal Position Sensor (master cylinder pressure)
所有混合动力系统 能量管理的共性问题
驾驶意图解释
任务： 1 车辆行驶模式选择 2 车辆行驶档位选择 3 车辆行驶方向选择 4 加速转矩解释 5 制动转矩解释
inv finv (nm , Tm )
mot
fmot (nm , Tm )
Tm_max fmax (nm ) Tm min(Tm_ request , Tm_max ) m /(s m )
电机特性与控制
⑥电机驱动系统高效率区匹配研究
公交工况常 用区间
－－通过工况研究，匹配单驱动电机高效率区间； －－同时利用特殊减速箱与适当功率等级的双电机驱动系统组合，来达到电机 驱动系统最佳效率控制。
.
公交工况下传统车与串联式混合动力车发动机的工作 效率对比
传统车大型柴油机 平均工作效率15-20％
混合动力车小型柴油机 平均工作效率30-36％
混合动力系统能量管理策略
能量管理就是对能量装置的能量特性进行综合 优化.是迄今为止混合动力系统控制算法中研究的 最为广泛的内容。 混合动力能量管理策略具有一定的共性，大部 分文献提出的方法对不同类型的混合动力均适用 基于规则的稳态能量管理策略已经相对成熟， 如何利用优化理论最大限度发挥混合动力的潜力一 直是研究者追求的目标
串联式混合动力系统能量管理策略
基于稳态规则的能量管理
开关式控制 •APU工作在最高效率点附近 ，基于蓄电池SOC的开关控制
On-off
APU state working condition start SOC<=SOC_low keep SOC<SOC_high APU ---> （MOTOR＋BAT） （APU＋BAT）---> MOTOR stop SOC>=SOC_high SOC>SOC_low BAT ---> MOTOR Power flow
电机 目标扭矩
电机
电机的 目标扭矩
整车控制器的功能框图
整车控制器
Interpret Driver’s Intents
KEY
determine key position key position
VSC
subsystems
子系统
Sequential control
vehicle mode eng. cmmd
运行状态分类及状态切换示意图
发电机
电动机
变速箱
APU控制器
蓄电池 整车控制器
电机控制器
电池控制器
串联式混合动力系统结构图
串联式混合动力系统工作模式切换示意图
能量管理目标
燃料消耗率最小 排放最低 尽量不损失动力性能 保证电池组寿命
能量管理的必要性
内燃机、电机、电池的特性及其互补性
电机模型 电机的效率特性、动态特性一阶惯性环节：
内燃机 目标扭矩
②
内燃机工作最小扭矩
①
内燃机的 目标扭矩 功率限制后 内燃机的 目标功率
协 调 控 制 算 法
X
内燃机的 目标功率
内燃机 功率限制
内燃机 稳态功率 MAP图
内燃机 节气门 目标值
内燃机节气 门目标开度
内燃机
内燃机扭矩 估计算法
估计的内燃 机输出扭矩 变速器输入端 的总扭矩需求
＋ -
内燃机转速