PHEV驅(qū)動模式分析與能耗優(yōu)化

徐洪贊 李志成 張?zhí)鞓?/p>

摘 要：近年來，隨著國家社會的發(fā)展及國民環(huán)保意識的增強(qiáng)，人們對代步工具的選擇越來越偏向于環(huán)保、節(jié)能等方向?；旌蟿恿ζ嚨某霈F(xiàn)，不僅滿足了國民對于環(huán)保的需求，也為新能源汽車的發(fā)展，提供了更多樣化的途徑。結(jié)合我國插電式混合動力汽車的研究文獻(xiàn)，本文對某插電式混合動力汽車進(jìn)行目標(biāo)數(shù)據(jù)采集，利用時序關(guān)聯(lián)及劃分的有效方式，對該車不同的驅(qū)動模式進(jìn)行判別，設(shè)置出由汽車運(yùn)行數(shù)據(jù)就可辨識汽車驅(qū)動模式的方案。然后對其能源消耗進(jìn)行分析探究，提出科學(xué)合理的能源優(yōu)化策略。

關(guān)鍵詞：插電式混合動力汽車;驅(qū)動模式;能耗優(yōu)化

0 引言

新能源汽車產(chǎn)業(yè)已發(fā)展成為我國的重要國家戰(zhàn)略之一，該乘用車已連續(xù)5年引領(lǐng)世界新能源銷售市場;而隨著補(bǔ)貼時代的逐步退出、雙積分補(bǔ)貼政策的不斷地優(yōu)化和升級，新能源汽車市場將平穩(wěn)地過渡進(jìn)入到后雙積分補(bǔ)貼的時代，在市場化機(jī)制的形成中兼顧節(jié)能與發(fā)展，促進(jìn)該行業(yè)的發(fā)展。

從新能源汽車的總體發(fā)展情況來看，我國純電動型新能源汽車的技術(shù)，還有待提升，其技術(shù)短板集中于充電、續(xù)航等問題上。相比較下插電式混合動力汽車的充電、里程等方面更加有優(yōu)勢。因此，在插電式新能源混合動力汽車技術(shù)，從應(yīng)用、發(fā)展等情況，受到業(yè)界的高度重視[1]。

目前，混合動力型汽車的特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在航行路程和充電效果兩方面，在一定程度上，減輕了對于充電樁的依賴程度進(jìn)而消除用戶的里程焦慮。本文針對插電式混合動力汽車所具備的兩套動力系統(tǒng)的使用情況，進(jìn)行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)：該類型車輛的電池、電機(jī)、能耗問題雖然需要進(jìn)一步的完善，但在技術(shù)層面已經(jīng)取得了突破[2]。通過對混合動力型汽車使用仿真建模技術(shù)，可以更好為相關(guān)人員的研發(fā)工作進(jìn)行服務(wù)。

1 目標(biāo)車輛信息采集

本研究目標(biāo)以某插電式混合動力汽車部件配置為例，通過構(gòu)建思維導(dǎo)圖及相關(guān)參數(shù)信息，了解其驅(qū)動系統(tǒng)配置渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)（1.5T）及電機(jī)，采用三元鋰離子電池（9.4kWh），NEDC 純電51km，整成導(dǎo)圖及參數(shù)如下：

其驅(qū)動系統(tǒng)包含了多種樣式（如：純電動型、混合型、發(fā)電機(jī)等），插電式混合汽車，則是采用并聯(lián)式，這也是汽車驅(qū)動系統(tǒng)的主要動力模式之一[3]。

該型車輛的數(shù)據(jù)樣本收集于上海新能源汽車研究中心，具體運(yùn)行數(shù)據(jù)采集類型如下表：

根據(jù)以上數(shù)據(jù)情況，可以看出其數(shù)據(jù)的可信度，要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)溢出、錯位、重復(fù)及殘缺四方面。

①數(shù)據(jù)溢出：是指車輛在電磁干擾等情況下，數(shù)據(jù)的表現(xiàn)超乎計算機(jī)所設(shè)置的選項(xiàng)，以至于不存在而發(fā)生錯誤，對此應(yīng)該對數(shù)據(jù)進(jìn)行及時清除。

②數(shù)據(jù)錯位：是因數(shù)據(jù)延遲或系統(tǒng)誤差等原因，導(dǎo)致車載儀器或相關(guān)設(shè)備，再接收信號時，產(chǎn)生與實(shí)際情況不符或誤差數(shù)據(jù)過大的問題。

③數(shù)據(jù)重復(fù)：是指新能源汽車結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要到的數(shù)據(jù)多而復(fù)雜，收集處理產(chǎn)生困難，在大量的數(shù)據(jù)中，容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)重復(fù)或者多余的現(xiàn)象，數(shù)據(jù)出現(xiàn)頻率過高，引起分析結(jié)果產(chǎn)生誤差，對此應(yīng)該檢查數(shù)據(jù)進(jìn)行多余數(shù)據(jù)的刪除。

④數(shù)據(jù)殘缺：殘缺數(shù)據(jù)的產(chǎn)生原因，是因數(shù)據(jù)在傳輸過程中，可能存在丟失、未上傳等問題，造成實(shí)際完整數(shù)據(jù)不完整。舉例而言：若電池總電壓的數(shù)據(jù)存在缺失問題，就有可能導(dǎo)致整個健康系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤，實(shí)際儀表顯示電量與實(shí)際使用不符，也就無法尋得電池健康規(guī)律。

2 基于運(yùn)行數(shù)據(jù)的PHEV驅(qū)動模式分析與能耗分析

通過實(shí)際PHEV運(yùn)行情況和數(shù)據(jù)，對其驅(qū)動模式進(jìn)行詳細(xì)的判定與劃分。以此，來了解每種模式下的能耗問題，進(jìn)而分析其能耗情況為下一步優(yōu)化提供依據(jù)。其車輛分析的框架如下：

2.1 數(shù)據(jù)分段

車輛只有在運(yùn)行過程中才會將運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器端口，所以數(shù)據(jù)的采集是分段進(jìn)行分析的。

對于數(shù)據(jù)分段檢測的方法：若第二、第三工況點(diǎn)所數(shù)據(jù)采集超過2分鐘的間隔時間，則將第三工況點(diǎn)視為第四個數(shù)據(jù)的起始數(shù)據(jù)，第二工況點(diǎn)視為第一個工況點(diǎn)數(shù)據(jù)的末端數(shù)據(jù)。

2.2 驅(qū)動模式判斷

純電動汽車的判定法：是采用單位里程法以及功率對比法兩種。主要通過單位里程法計算，公式如下：

①SOCf：數(shù)據(jù)末端電池SOC。

②SOC0：起始SOC值。

③E：電池總能量。

④L：已行駛的路程。

根據(jù)單位里程，可以判定其驅(qū)動模式，為純電動模式。

若PHEV不處于純電動模式，接下來判斷其是否處于混合驅(qū)動驅(qū)動模式或者內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動模式，具體操作公式如下：

若當(dāng)前車速>0，SOC表現(xiàn)為遞減，公式符合（2），則車輛驅(qū)動模式為混合驅(qū)動;當(dāng)前車速>0，SOC表現(xiàn)為不變，公式符合（3），則車輛驅(qū)動模式為內(nèi)燃機(jī)模式。

若以上三種模式都不符合，接下來判斷車輛是否處于行車充電模式。

當(dāng)車輛車速>0，SOC表現(xiàn)為增加，且該情況下的數(shù)據(jù)可以持續(xù)一定時間，大于閾值，公式符合（4），則車輛驅(qū)動模式為行車充電模式。

2.3 能耗分析

2.3.1 純電動驅(qū)動模式能量損耗分析

車輛處于純電動驅(qū)動模式時只損耗電能，重點(diǎn)探究其百公里電量損耗。具體計算公式如下：

Epure為單車綜合電耗，∑L為單車行駛里程的總和。

2.3.2 混合驅(qū)動驅(qū)動模式能量損耗分析

電能損耗量同純電動驅(qū)動模式下一致，油量損耗根據(jù)行駛路程所需要的總能量與電能消耗量的差值計算所得。

電能消耗量計算公式如下：

Ehybrid ：百公里電耗。

該驅(qū)動模式下，電貢獻(xiàn)度可以反映整車消耗的電能與總能量的關(guān)系，從而可以折射出PHEV在該工作中的電能參與度。

2.3.3 行車充電模式與內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動模式分析

行車充電模式下內(nèi)燃機(jī)消耗油的能量=車輛所需總能量+電池提供的能量之和。

3 能耗優(yōu)化

利用時序關(guān)聯(lián)及劃分的有效方式，根據(jù)插電式混合動力汽車（PHEV）的運(yùn)行測試數(shù)據(jù)，對其驅(qū)動模式和能源損耗進(jìn)行分析，可以全方位進(jìn)行仿真控制，解析PHEV的能源特點(diǎn)。

PHEV的驅(qū)動模式為混合驅(qū)動時，車輛速度小于40 km/h 的工況點(diǎn)能達(dá)到百分之五十以上，此時與內(nèi)燃機(jī)工作效率較低情況下正好吻合。車輛合理的能量控制是在內(nèi)燃機(jī)效率最低的時候利用電機(jī)驅(qū)動模式進(jìn)行替代，這樣可以降低能量的高損耗。

插電式混合動力汽車的驅(qū)動模式處于行車充電時，若行使路程大于百分之二十五，車速低于40 km/h時，且在這種狀態(tài)下，若內(nèi)燃機(jī)效率低，會導(dǎo)致增大油量的消耗率。所以當(dāng)車輛處于行車充電的驅(qū)動模式時，需使用load point shift charge功能，通過換擋將工作點(diǎn)轉(zhuǎn)速從A點(diǎn)改變至B點(diǎn)，并考慮系統(tǒng)效率最優(yōu)化和NVH性能要求的方式，通過充電的方式將發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)從B點(diǎn)轉(zhuǎn)移至發(fā)動機(jī)OOP線上的D點(diǎn)，在考慮NVH性能確定在C點(diǎn); 系統(tǒng)效率最優(yōu)為考慮發(fā)動機(jī)熱效率、電機(jī)效率、變速器效率、電池效率等等，B點(diǎn)至C點(diǎn)充入電池的能量帶來的油耗節(jié)油FC1，同時分別計算B點(diǎn)和C點(diǎn)時油耗FC2和FC3; 如果FC1>FC3-FC2則進(jìn)行充電;否則以B點(diǎn)進(jìn)行工作。

插電式混合動力汽車，與提高充電效率相比，將發(fā)電機(jī)的驅(qū)動力減小，能更好的降低車輛總的燃油消耗;將車輛的加速度最小化，可抑制汽車額外的制動，電池SOC在SV下的降低要高于RV情況下的降低，由于在SV情況下，車輛制動減小，避免了不必要的行為，達(dá)到更好的節(jié)能效果。

4 結(jié)語

新能源汽車在造型設(shè)計及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有著自身的適應(yīng)性及獨(dú)特性，插電式混合電動汽車無論是從車身設(shè)計還是不同驅(qū)動模式下的能耗都有全新的變化發(fā)展。為了迎合社會綠色發(fā)展，各領(lǐng)域并肩前行，在現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展下有望新型汽車的問世，為綠色環(huán)保技術(shù)更添光彩，為信息科研技術(shù)作出努力。PHEV插電式混合電動汽車與傳統(tǒng)車型相比，表現(xiàn)在PHEV本身設(shè)置兩套動力系統(tǒng)，與傳統(tǒng)燃油汽車大不相同，與純電動汽車相比，具有更廣的適用性。該車型兩套動力系統(tǒng)的設(shè)置擺放、體積大小、整體重量影響著它自身的造型特點(diǎn)：PHEV車身對于前后懸尺寸來說，只能加長或者擁有三個車廂的前后懸尺寸;為了將放置行李的后備箱進(jìn)行電池可拆卸裝置，于是車身采用溜背式，方便較大的行李箱;PHEV的后座底架結(jié)構(gòu)不僅要保護(hù)動力系統(tǒng)，還要對油箱進(jìn)行保護(hù)，由于行李箱負(fù)載動力電池;PHEV與傳統(tǒng)車輛相比，在發(fā)生撞車等安全事故時，它的破損要更加嚴(yán)重，因此車本身設(shè)計需要更強(qiáng)的耐碰撞結(jié)構(gòu)等。

參考文獻(xiàn)：

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[3]陳亞偉，邵毅明，程前.插電式混合動力汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化分析[J].華僑大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2020，41（02）：150-155.