第七讲--串联混合动力系统设计.docVIP

——————————————————————————————————————————————— 第七讲--串联混合动力系统设计 串联混合动力系统设计 周 维 车辆工程系 课时要点 ?串联混合动力系统的几种典型构型 ?串联混合动力汽车的基本工作模式 ?串联混合动力系统能量管理策略 ?串联混合动力系统匹配设计 串联混合动力系统 ?串联混合动力汽车 ?增程式电动汽车 串联混合动力系统 ?增程式电动汽车 ?纯电动汽车 APU（増程器）和动力电池直连 ?成本低，控制简单 ?APU发电功率不可控 ? APU工作点不可控 三相桥式整流电路 动力电池侧配置DC-DC变换器 APU侧配置DC-DC变换器 ? ? ? ? ?动力电池电压变动不影响DC总线电压 动力电池中的能量可被充分利用 可通过控制发动机转速和DC-DC电压/电流实现对APU输出功率的准确控制 可应用低电压的动力电池，串联单元少，成本低 APU给动力电池充电时，可准确调节充电电流 电耦合装置的电路拓扑 串联混合动力汽车的工作模式 ? 功率流电气连接机械连接 串联混合动力汽车的工作模式 ? 功率流电气连接机械连接 串联混合动力汽车的工作模式 ?制动能量回收模式 串联混合动力汽车的工作模式 ?APU单独供电模式 功率流电气连接机械连接 串联混合动力汽车的工作模式 ?停车充电模式 功率流电气连接机械连接 串联混合动力汽车的工作模式 ?发动机反拖启动模式 功率流电气连接机械连接 能量管理的提出 电气连接机械连接 ICE: 发动机；G：发电机；EM：驱动电机；AT：自动变 速箱；B：动力电池；AL：电动附件 ?电传动车辆的直流母线上存在多股能量流，由于产生这些能量流的部件物理特性差异很大（APU是机电耦合装置，电池是电化学装置），如果不对这些能量流进行合理的管理和控制，不仅有可能导致整车的性能下降，甚至会影响某些功能的正常实现 ?能量管理控制器即是完成对直流母线上各能量流管理和控制的关键部件 发电机控制器 ? ? 能量管理控制中最核心的功能是实现母线需求功率在APU和动力电池之间的分配，在保证整车动力性的前提下优化整个系统的工作效率，降低整车油耗，延长动力电池的使用寿命 能量管理控制包括上层稳态控制和下层动态协调控制两个部分，上层控制通过一定的算法决定APU的目标输出功率（剩余功率由动力电池补充），下层控制通过动态协调发动机和发电机的工作来实现目标功率的输出 时间/sAPU功率/N mAPU转速/r/min的 串联混合动力系统控制层次 ?整车控制；能量管理；APU动态协调控制 能量管理策略 ?开关型/恒温器型控制策略 1000140016001200180020002200 转速/r/min240026002800 能量管理策略 ?开关型/恒温器型控制策略 APU效率MAP的生成方法 ?方法 1. 分别测试发动机和发电机，然后数据合成 APU效率MAP的生成方法 ?方法 2. 测试发动机发电机组整体 串联混合动力系统能量管理策略 ?功率跟随型控制策略 APU转速/r/min 串联混合动力系统能量管理策略 ?功率跟随型控制策略 能量管理策略 ?多点转速切换的控制策略 1000 1200 180020002200转速/r/min 240026002800 能量管理策略 ?峰值电源最大荷电状态控制策略 能量管理策略 ?峰值电源最大荷电状态控制策略 能量管理策略 ?基于规则的控制策略 ?恒温器 ?功率跟随 ?多点转速切换 ?最大荷电状态保持 优点：规则事先设定，系统行为可预测，具有较高的鲁棒性；易于在车载控制系统中实现 缺点：基于简单规则，无法保证系统效率最优；控制参数多，标定工作量大 能量管理策略 ?等效燃油消耗最小法（ECMS） m f_eq?mf?sPb 能量管理策略 ?等效燃油消耗最小法（ECMS） ?minmf_eq(Papu)?min?mf?sp(soc