混合動(dòng)力汽車串并聯(lián)系統(tǒng)控制策略和運(yùn)行模式淺析

陳奐琦+郝云鵬+翟若愚

摘 要：在混合動(dòng)力汽車的串并聯(lián)兩種系統(tǒng)下，分析其工作原理、整體控制策略（峰值電源控制策略）、不同運(yùn)行工況下的蓄電池、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、馬達(dá)的工作狀態(tài)，電流及其轉(zhuǎn)矩等能量的流向，并進(jìn)一步對比分析串并聯(lián)系統(tǒng)與傳統(tǒng)汽車相比的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：峰值電源 混合驅(qū)動(dòng) 再生制動(dòng) 牽引功率

中圖分類號：U466 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1672-3791（2017）10（b）-0123-02

近年來由于國家和人民對環(huán)境和資源問題越來越重視，新能源汽車因在能耗和排放等領(lǐng)域優(yōu)于傳統(tǒng)汽車而逐漸進(jìn)入人們的視線，而混合動(dòng)力汽車在新能源汽車領(lǐng)域里最為靈活和實(shí)用，但由于其布置的多樣性使工作狀態(tài)繁瑣，本文主要介紹混合動(dòng)力汽車在串并聯(lián)兩種系統(tǒng)下的控制策略和各個(gè)工況下的運(yùn)行模式以及其動(dòng)力流向。

1 串聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)行模式

在混合動(dòng)力的串聯(lián)系統(tǒng)下，發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪在結(jié)構(gòu)上是分離的，因?yàn)槲覀兛梢员ＷC在任何工況下使發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)和最低能耗的狀態(tài)。根據(jù)所需要提供的牽引功率的大小，大致可以分為以下幾個(gè)類別。

1.1 單峰值電源牽引模式

在該模式下，由峰值電源單獨(dú)提供能量供汽車的運(yùn)行，因此峰值電源發(fā)出的功率即為汽車行駛所需的功率。

1.2 單發(fā)動(dòng)機(jī)牽引模式

同理在該模式下，由發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)提供能量供汽車的運(yùn)行，因此發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率即為汽車行駛所需的功率。

1.3 混合牽引模式

當(dāng)汽車在加速或者爬坡時(shí)所需要的功率較大，為了使發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳的工作范圍內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)和峰值電源一起為汽車提供能量，因此發(fā)動(dòng)機(jī)和峰值電源所發(fā)出的功率之和即為汽車行駛所需要的功率。

1.4 峰值電源充電模式

當(dāng)峰值電源處于最低值時(shí)，必須為其充電才能保證其繼續(xù)運(yùn)行，此時(shí)由發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出功率為其充電，因此發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出功率為汽車運(yùn)行所保證功率和峰值電源充電功率之和。

1.5 再生制動(dòng)模式

當(dāng)汽車制動(dòng)時(shí)，牽引電動(dòng)機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，其產(chǎn)生的能量用于向峰值電源充電，將汽車制動(dòng)使得動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。

2 串聯(lián)系統(tǒng)的峰值電源控制策略

在這一控制策略下，主要保證在滿足汽車運(yùn)行狀態(tài)下，峰值電源始終保持其為高電平，在此控制策略下，我們將發(fā)動(dòng)機(jī)作為主要?jiǎng)恿υ?，將峰值電源作為輔助動(dòng)力源來保證汽車任何時(shí)刻的高性能。此狀態(tài)下的主要控制策略流程圖如圖1所示。

3 并聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)行模式

并聯(lián)是混合動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)和牽引電動(dòng)機(jī)并聯(lián)直接向驅(qū)動(dòng)輪提供功率來保證汽車在各個(gè)工作狀態(tài)的運(yùn)行。根據(jù)所需要提供的牽引功率的大小，大致可以分為以下幾個(gè)類別。

3.1 單電動(dòng)機(jī)牽引模式

當(dāng)車速小于設(shè)定值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)不能穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)，為熄火或者怠速狀態(tài)，由電動(dòng)機(jī)單獨(dú)提供動(dòng)力源供汽車運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)發(fā)出功率即為汽車運(yùn)行所需要的功率。

3.2 混和牽引模式

當(dāng)汽車所需要的功率大于發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的功率時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)必須同時(shí)為汽車提供功率才可以保證其正常運(yùn)行，這就是混合牽引模式，在此模式下發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的功率之和為汽車運(yùn)行所需要的功率。

3.3 峰值電源充電模式

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳工作狀態(tài)下所發(fā)出的功率大于汽車運(yùn)行所需要的功率時(shí)，若峰值電源低于其上限值，則發(fā)動(dòng)機(jī)向峰值電源充電。

3.4 單發(fā)動(dòng)機(jī)牽引模式

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳工作狀態(tài)下所發(fā)出的功率小于汽車運(yùn)行所需要的功率時(shí)，若峰值電源處于其上限值，發(fā)動(dòng)機(jī)只提供功率給汽車運(yùn)行。

3.5 再生制動(dòng)模式

當(dāng)汽車制動(dòng)時(shí)，若制動(dòng)功率大于電力系統(tǒng)所可以提供的最大功率時(shí)，多余的能量將被用來給峰值電源充電，而發(fā)動(dòng)機(jī)怠速或熄火。

3.6 混合制動(dòng)模式

當(dāng)汽車制動(dòng)時(shí)，若制動(dòng)功率大于電力系統(tǒng)所可以提供的最大功率時(shí)，必須使電力系統(tǒng)的電力制動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械制動(dòng)共同作用于汽車制動(dòng)。

4 并聯(lián)系統(tǒng)的峰值電源控制策略

在這一控制策略下，主要保證在滿足汽車運(yùn)行狀態(tài)下，盡可能地應(yīng)用發(fā)動(dòng)機(jī)作為基本動(dòng)力源，盡可能使發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)。

此狀態(tài)下的主要控制策略流程圖如圖2所示。

5 串并聯(lián)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)分析

串聯(lián)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，等同于純電動(dòng)汽車加一個(gè)汽油發(fā)電機(jī)，結(jié)構(gòu)布置靈活，由于發(fā)動(dòng)機(jī)總是處于最佳狀態(tài)，因此較為省油，但是由于發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)能需要二次轉(zhuǎn)換才可以為電動(dòng)機(jī)供電，在高速時(shí)油耗較高。

并聯(lián)系統(tǒng)在傳統(tǒng)汽車基礎(chǔ)上增加電能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)都可以驅(qū)動(dòng)車輪，也可以共同驅(qū)動(dòng)同時(shí)工作，動(dòng)力性能更好，驅(qū)動(dòng)模式多，可以適應(yīng)各種工況，綜合油耗低，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。

6 結(jié)語

本文通過分析混合動(dòng)力汽車的串并聯(lián)系統(tǒng)在不同工作狀態(tài)下的運(yùn)行模式和峰值電源控制策略，通過流程圖的繪制，使大家更加清晰地明白了不同結(jié)構(gòu)下混合動(dòng)力汽車的工作情況以及動(dòng)力流向，最后進(jìn)行對比，得出串并聯(lián)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)點(diǎn)明其發(fā)展和進(jìn)步空間。

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