1、第5章 混合動力電動汽車（二） 5.4 混合動力電動汽車的能量管理5.5 混合動力電動汽車車型實例新能源汽車技術(shù) 第 1 頁5.4 混合動力電動汽車的能量管理 作為一種新型的多能量源交通工具，混合動力電動汽車的性能與其采用的能量管理策略密切相關(guān)，能量管理策略是傳統(tǒng)燃油汽車與純電動汽車完美結(jié)合的紐帶，是混合動力電動汽車成敗的最終決定性因素。 新能源汽車技術(shù) 第 2 頁5.4.1 混合動力電動汽車的能量管理策略 1.串聯(lián)式混合動力電動汽車的能量管理策略 三種基本的能量管理策略： （1）恒溫器策略 （2）功率跟蹤式策略 （3）基本規(guī)則型策略 新能源汽車技術(shù) 第 3 頁 并聯(lián)式混合動力電動汽車的能量管

2、理策略基本屬于基于轉(zhuǎn)矩的控制。 （1）靜態(tài)邏輯門限策略 實現(xiàn)簡單，實際應(yīng)用廣泛。但由于主要依靠工程經(jīng)驗設(shè)置門限參數(shù)，靜態(tài)邏輯門限策略無法保證車輛燃油經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，而且這些靜態(tài)參數(shù)不能適應(yīng)工況的動態(tài)變化，無法使整車系統(tǒng)達(dá)到最大效率。2.并聯(lián)式混合動力電動汽車的能量管理策略新能源汽車技術(shù) 第 4 頁 （2）瞬時優(yōu)化能量管理策略 瞬時優(yōu)化策略一般是采用“等效燃油消耗最少”法或“功率損失最小”法，等效燃油消耗最小方法在每一步長內(nèi)是最優(yōu)的，但無法保證在整個運(yùn)行區(qū)間內(nèi)最優(yōu)。 （3）全局最優(yōu)能量管理策略 全局優(yōu)化模式實現(xiàn)了真正意義上的最優(yōu)化，但實現(xiàn)這種策略的算法往往都比較復(fù)雜，計算量也很大，在實際車輛的實時控

3、制中很難得到應(yīng)用。 2.并聯(lián)式混合動力電動汽車的能量管理策略新能源汽車技術(shù) 第 5 頁 （4）模糊能量管理策略 基于模糊邏輯的策略可以表達(dá)難以精確定量表達(dá)的規(guī)則；可以方便地實現(xiàn)不同影響因素(功率需求、SOC、電機(jī)效率等)的折中；魯棒性好。 但是模糊控制器的建立主要依靠經(jīng)驗，無法獲得全局最優(yōu)。 2.并聯(lián)式混合動力電動汽車的能量管理策略新能源汽車技術(shù) 第 6 頁 混聯(lián)式混合動力電動汽車由于其特有的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如采用行星齒輪傳動，除了采用瞬時優(yōu)化能量管理策略、全局優(yōu)化能量管理策略和模糊能量管理策略（與并聯(lián)式混合動力汽車能量管理策略原理類似)以外，還有一些特有的能量管理策略。 3.混聯(lián)式混合動力電動

4、汽車的能量管理策略新能源汽車技術(shù) 第 7 頁 （1）發(fā)動機(jī)恒定工作點策略 由于采用了行星齒輪機(jī)構(gòu)，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速可以獨立于車速變化，這樣使發(fā)動機(jī)工作在最優(yōu)工作點，提供恒定的轉(zhuǎn)矩輸出，而剩余的轉(zhuǎn)矩則由電動機(jī)提供。 （2）發(fā)動機(jī)最優(yōu)工作曲線策略 發(fā)動機(jī)工作在萬有特性圖中最佳油耗線上，只有當(dāng)發(fā)電機(jī)電流需求超出電池的接受能力或者當(dāng)電動機(jī)驅(qū)動電流需求超出電動機(jī)或電池的允許限制時，才調(diào)整發(fā)動機(jī)的工作點。3.混聯(lián)式混合動力電動汽車的能量管理策略新能源汽車技術(shù) 第 8 頁5.4.2 混合動力電動汽車的工作模式 混合動力電動汽車是由兩種動力源驅(qū)動，由于發(fā)動機(jī)和電動機(jī)兩套動力系統(tǒng)分別具有不同的高效工作區(qū)，為了充分發(fā)揮

5、混合動力系統(tǒng)的優(yōu)勢，汽車在不同的運(yùn)行工況下，應(yīng)具有多種不同的工作模式，以充分提高車輛整體性能。 新能源汽車技術(shù) 第 9 頁1.串聯(lián)式混合動力電動汽車的工作模式 （1）純電動模式 （2）純發(fā)動機(jī)模式 （3）混合模式 （4）發(fā)動機(jī)牽引和蓄電池充電模式 （5）再生制動模式 （6）蓄電池組充電模式 （7）混合式蓄電池充電模式 新能源汽車技術(shù) 第 10 頁2.并聯(lián)式混合動力電動汽車的工作模式 （1）純電動模式 （2）純發(fā)動機(jī)模式 （3）混合驅(qū)動模式（4）行車充電模式 （5）再生制動模式 （6）怠速/停車模式 新能源汽車技術(shù) 第 11 頁5.4.3 混合動力電動汽車的能量管理策略 以并聯(lián)混合動力電動汽車為

6、例。并聯(lián)混合動力電動汽車的能量管理系統(tǒng)普遍采用分級分布式結(jié)構(gòu)。 最上層為能量管理系統(tǒng)的決策單元，統(tǒng)一協(xié)調(diào)和控制各個低端控制器； 中間一層包括多個低端控制器； 最下層為各個執(zhí)行器。新能源汽車技術(shù) 第 12 頁 （1）起步 由于電動機(jī)具有低速大轉(zhuǎn)矩的特性，所以混合動力電動汽車的起步由電動機(jī)單獨來完成。 （2）低速或城市工況 SOC值較高或為中時動力由電動機(jī)單獨提供 SOC值較低時汽車所需動力由發(fā)動機(jī)來提供 1. 并聯(lián)混合動力電動汽車的能量管理策略 新能源汽車技術(shù) 第 13 頁 （3）加速當(dāng)SOC狀態(tài)比較高時，若汽車此時是弱加速，電動機(jī)只提供部分功率來輔助發(fā)動機(jī)驅(qū)動汽車，若此時汽車是急加速，電動機(jī)則

7、提供最大功率來輔助發(fā)動機(jī)。當(dāng)SOC狀態(tài)為中的時候，無論汽車是弱加速還是急加速，發(fā)動機(jī)工作，而電動機(jī)驅(qū)動，提供部分功率輔助汽車的加速。當(dāng)SOC比較低的時候，電動機(jī)空轉(zhuǎn)，發(fā)動機(jī)的節(jié)氣門全開。 1. 并聯(lián)混合動力電動汽車的能量管理策略 新能源汽車技術(shù) 第 14 頁 （4）巡航 發(fā)動機(jī)以恒定的速度行駛時，由于汽車克服路面阻力保持恒定速度行駛時的轉(zhuǎn)矩是很小的，所以，發(fā)動機(jī)主要提供平均功率而不是峰值功率。 （5）減速 在這種模式下，會有部分制動能量回收，通常有松開加速踏板和踩下制動踏板兩種模式。 在第一種模式下，發(fā)動機(jī)關(guān)閉，電動機(jī)提供部分負(fù)轉(zhuǎn)矩來給蓄電池充電 1. 并聯(lián)混合動力電動汽車的能量管理策略 新能

8、源汽車技術(shù) 第 15 頁 在第二種模式下，若SOC值為小或為中時，電動機(jī)提供最大的負(fù)轉(zhuǎn)矩來給蓄電池充電，發(fā)動機(jī)關(guān)閉，如果蓄電池的剩余電量多，則電動機(jī)空轉(zhuǎn)，發(fā)動機(jī)關(guān)閉。 （6）駐車 當(dāng)系統(tǒng)處于駐車模式時，此時汽車是不需要能量的，因此電動機(jī)空轉(zhuǎn)，發(fā)動機(jī)關(guān)閉。若此時電池SOC狀態(tài)比較低，發(fā)動機(jī)開機(jī)驅(qū)動電動機(jī)給蓄電池充電。 1. 并聯(lián)混合動力電動汽車的能量管理策略 新能源汽車技術(shù) 第 16 頁 2.并聯(lián)混合動力電動汽車模糊邏輯能量管理策略 混和動力電動汽車能量管理系統(tǒng)是個復(fù)雜的非線性的系統(tǒng)，而模糊控制是基于模糊推理，模仿人的思維方式，對難以建立精確數(shù)學(xué)模型的對象實施的一種控制。 模糊邏輯能量管理策略通

9、過綜合考慮發(fā)動機(jī)、蓄電池和電動機(jī)的工作效率，可以實現(xiàn)混合驅(qū)動系統(tǒng)的整體效率最高。 新能源汽車技術(shù) 第 17 頁3.并聯(lián)混合動力電動汽車模糊邏輯能量管理控制目標(biāo)及原則 （1）控制目標(biāo) 模糊邏輯能量管理策略的目標(biāo)主要實現(xiàn)最佳燃油效率并兼顧排放和電池SOC。 新能源汽車技術(shù) 第 18 頁轉(zhuǎn)速/(r/min)轉(zhuǎn)矩/Nm新能源汽車技術(shù) 第 19 頁 （2）控制的主要原則 為延長電池的使用壽命和提高電池的充放電效率，電池的SOC在循環(huán)工況的起始和結(jié)束時，應(yīng)基本保持不變。為提高整車系統(tǒng)效率，發(fā)動機(jī)應(yīng)盡可能在高效率區(qū)工作。在混合動力驅(qū)動系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)將以發(fā)動機(jī)為主能源，電機(jī)為輔助能源。在保證制動安全的前提下

10、，回收制動能量。 3.并聯(lián)混合動力電動汽車模糊邏輯能量管理控制目標(biāo)及原則 新能源汽車技術(shù) 第 20 頁4.并聯(lián)混合動力電動汽車模糊推理系統(tǒng)結(jié)構(gòu) MATLAB模糊邏輯工具箱提供了模糊邏輯控制器和系統(tǒng)設(shè)計的全部環(huán)節(jié)，并提供了GUI（圖形用戶界面）的形式，極大的方便了用戶，不用在繁瑣的計算中花費(fèi)過多的時間，所有的規(guī)則的模糊運(yùn)算、模糊蘊(yùn)涵、模糊合成和反模糊化都由計算機(jī)來完成 。 新能源汽車技術(shù) 第 21 頁FIS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：FIS（Mamdani）SOC新能源汽車技術(shù) 第 22 頁5.并聯(lián)混合動力電動汽車模糊控制變量 （1）輸入變量論域 輸入變量的論域為0， ，當(dāng)駕駛員請求轉(zhuǎn)矩高于 時，采用發(fā)動機(jī)工

11、作于最大轉(zhuǎn)矩線上的控制方法；當(dāng)請求轉(zhuǎn)矩小于零時，采用制動控制策略，即請求轉(zhuǎn)矩全部由電動機(jī)提供，作為發(fā)電機(jī)為電池充電。新能源汽車技術(shù) 第 23 頁ICE優(yōu)化曲線控制策略示意圖轉(zhuǎn)速/(r/min)轉(zhuǎn)矩/Nm新能源汽車技術(shù) 第 24 頁 輸入轉(zhuǎn)矩 論域制定基于以下原則： 當(dāng)輸入變量 時， 論域為-3，0；當(dāng)輸入變量 時， 的論域為0，+3。 將精確量 轉(zhuǎn)化到區(qū)間-3，0的公式為： 將精確量 轉(zhuǎn)化到0，+3上的公式為： 輸入變量SOC的論域為0，1?！?”表示SOC的最小值，“1”表示SOC的最大值。 5.并聯(lián)混合動力電動汽車模糊控制變量 新能源汽車技術(shù) 第 25 頁轉(zhuǎn)速/(r/min)轉(zhuǎn)矩/Nm最大

12、轉(zhuǎn)矩曲線優(yōu)化轉(zhuǎn)矩曲線5.并聯(lián)混合動力電動汽車模糊控制變量 新能源汽車技術(shù) 第 26 頁（2）輸出變量論域 模糊邏輯控制器的輸出變量的論域在也在-3,+3上，將其轉(zhuǎn)化為實際輸出轉(zhuǎn)矩為 上。（3）控制變量模糊子集 通常情況下，像誤差和誤差變化等語言變量的模糊語言子集一般取為，“負(fù)大”，“負(fù)中”，“負(fù)小”，“零”，“正小”，“正中”，“正大”或NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB等。因此，輸入變量和輸出變量模糊子集取為：5.并聯(lián)混合動力電動汽車模糊控制變量 新能源汽車技術(shù) 第 27 頁 負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大 或NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB 電

13、池SOC的模糊子集取為： “太低”，“較低”，“低”，“適中”，“高”，“較高”，“太高”或very low, lower, low, normal, high, higher, very high 其中輸入變量的模糊語言表述是通過比較請求轉(zhuǎn)矩和優(yōu)化轉(zhuǎn)矩而得到的，如為“負(fù)大”時，表示請求轉(zhuǎn)矩比優(yōu)化轉(zhuǎn)矩小很多；為“零”時表示請求轉(zhuǎn)矩與優(yōu)化轉(zhuǎn)矩相等。 5.并聯(lián)混合動力電動汽車模糊控制變量 新能源汽車技術(shù) 第 28 頁6.控制變量的隸屬函數(shù) 輸入變量的隸屬函數(shù)的設(shè)計主要根據(jù)發(fā)動機(jī)、蓄電池和電動機(jī)的效率MAP確定各自高效運(yùn)行的模糊集。輸入變量隸屬函數(shù)的確定方法主要有模糊統(tǒng)計法、二元對比排序法、專家經(jīng)驗

14、法和借助常見模糊分布等方法。輸入變量和輸出變量均選用鐘型隸屬函數(shù)。 新能源汽車技術(shù) 第 29 頁輸入變量和輸出變量的隸屬函數(shù)曲線 模糊論域隸屬度新能源汽車技術(shù) 第 30 頁輸入變量電池SOC的隸屬函數(shù)曲線 隸屬度模糊論域新能源汽車技術(shù) 第 31 頁7.模糊邏輯控制規(guī)則 通過對初步建立的模糊規(guī)則進(jìn)行多次修正和試湊，根據(jù)發(fā)動機(jī)工作模式和電池SOC的不同，按照在某一特定道路循環(huán)下電池充放電平衡的原則，建立轉(zhuǎn)矩分配的控制規(guī)則。 也可以用IFandTHEN模糊語言來描述控制規(guī)則。 新能源汽車技術(shù) 第 32 頁模糊邏輯控制規(guī)則 新能源汽車技術(shù) 第 33 頁8.仿真結(jié)果 新能源汽車技術(shù) 第 34 頁5.5

15、混合動力電動汽車車型實例 1長安杰勛混合動力電動汽車 長安杰勛混合動力電動汽車是在長安的MPV杰勛的車上裝了油電混合動力的發(fā)動機(jī)。其工作原理是采用汽油發(fā)動機(jī)和電動機(jī)混合聯(lián)動模式為車輛提供動力，它具有以下特點： （1）燃油經(jīng)濟(jì)性：通過實現(xiàn)“加速助力”、“制動能量回收”、“怠速起?！比蠡旌蟿恿δ?； （2）排放限值滿足國IV要求； （3）與原汽油機(jī)汽車比較，單車成本增加不到2萬元，性價比具有卓越的競爭優(yōu)勢。 新能源汽車技術(shù) 第 35 頁長安杰勛混合動力電動汽車 新能源汽車技術(shù) 第 36 頁2奇瑞A5混合動力電動汽車 奇瑞A5混合動力電動汽車采用了雙軸并聯(lián)低度混合式（BSG）動力系統(tǒng)，該系統(tǒng)由1

16、.6L汽油機(jī)、5速手動變速箱、2KW電動機(jī)和12V鋁酸電池組成，電動機(jī)采用的是爪極電動機(jī)并帶有電動機(jī)控制系統(tǒng)，發(fā)動機(jī)采用的是直列四缸、四氣閥、頂置雙凸輪軸、雙可變氣門正時和多點電控汽油噴射，完全滿足歐IV法規(guī)要求的標(biāo)準(zhǔn)。 新能源汽車技術(shù) 第 37 頁奇瑞A5混合動力電動汽車外形圖 新能源汽車技術(shù) 第 38 頁3奔騰混合動力電動汽車 “一汽轎車”以奔騰轎車為基礎(chǔ)開發(fā)的混合動力車型，是自主品牌在長安和奇瑞后第三家有能力自主研發(fā)混合動力的廠家。奔騰混合動力轎車的動力系統(tǒng)由一款1.5L發(fā)動機(jī)和一個288V的鎳氫動力電池組成。 該車的最高時速達(dá)191km/h,，從0-100km/h的加速時間只有12.5

17、秒，燃油經(jīng)濟(jì)性比傳統(tǒng)汽車減少35，整車排放比傳統(tǒng)汽車尾氣排放減少30。 新能源汽車技術(shù) 第 39 頁 一汽奔騰混合動力電動汽車 新能源汽車技術(shù) 第 40 頁4東風(fēng)EQ7200HEV混合動力電動汽車 東風(fēng) EQ7200HEV混合動力轎車是一款基于東風(fēng)日產(chǎn)藍(lán)鳥平臺的油電混合動力轎車，該產(chǎn)品主要技術(shù)特點在于采用了混聯(lián)式的機(jī)電耦合方式、AMT自動變速箱、高效節(jié)能電控小排量汽油機(jī)、高效永磁同步驅(qū)動電動機(jī)和ISG，以及鎳氫電池及其管理系統(tǒng)。 新能源汽車技術(shù) 第 41 頁東風(fēng) EQ7200HEV混合動力轎車 新能源汽車技術(shù) 第 42 頁5榮威750 H YBRID混合動力電動汽車 榮威750 H YBRID

18、混合動力電動汽車是上汽集團(tuán)自主研制的混合動力新能源轎車。 該車在綜合工況下節(jié)油25，達(dá)到歐洲IV排放標(biāo)準(zhǔn)。這款車也于去年進(jìn)入路試階段，樣車速度可達(dá)到120 kmh以上。榮威750 H YBRID混合動力電動汽車有望在2010年前實現(xiàn)量產(chǎn)。 新能源汽車技術(shù) 第 43 頁榮威750 H YBRID混合動力電動汽車 新能源汽車技術(shù) 第 44 頁 6本田思域Hybrid混合動力車 東風(fēng)本田思域混合動力車第8代思域的改進(jìn)版。思域混合動力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)配置CVT無級變速箱，混合系統(tǒng)能在行車中自動控制發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，在低速巡航時可關(guān)閉發(fā)動機(jī)僅由發(fā)電機(jī)提供動力。每升汽油可以行駛31km，相當(dāng)于油耗為3.2 L100km，該款車的CO 2排放僅為75gkm。 新能源汽車技術(shù) 第 45 頁思域混合動力車型 新能源汽車技術(shù) 第 46 頁7別克君越混合動力電動汽車 別克LaCROSSE君越Eco-Hybrid油電混合動力車是國內(nèi)第一款中高檔量產(chǎn)混合動力車型。 該車采用獨立的電動機(jī)（最大功率