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混联式混合动力汽车控制策略研究综述
摘要
文章以汽车对社会环境、能源利用等相关问题影响为前提,首先通过对混联式混合动力电动汽车的概述进行阐述,然后介绍了混联式混合动力系统的结构,指出控制策略的技术研究是混联式混合动力电动汽车技术开发的核心之一,也是目前混联式混合动力电动汽车设计与研究的关键所在。混联式混合动力系统结合了串联式和并联式两种结构的优点使得能量流动的控制和能量消耗的优化有了更大的灵活性和可能性。本文对混联式结构的几种方案进行了介绍,其中包括本田Insight 的单轴式结构和丰田Prius 的行星齿轮机构的双轴式结构,而重点放在了对后者的介绍上。本文还对目前混联式混合动力汽车工作模式与控制策略方案进行了介绍和分析。
[关键词] 混联式;混合动力电动汽车;控制策略;优化
目录
目录 1
1
2 混联式混合动力电动汽车的概述 3
混联式混合动力动力电动汽车概念 3
混联式混合动力电动汽车的特点 3
混联式混合动力系统的节能潜力 4
混联式混合动力电动汽车降低排放途径 4
混联式混合动力电动汽车分类 5
3 混联式混合动力系统的结构 6
丰田Prius行星齿轮混合动力系统 7
华沙工业大学的行星齿轮混合动力系统 9
4 混联式混合动力汽车工作模式与控制策略 11
工作模式及其能量流动 11
纯蓄电池模式 11
发动机+发电机+充电模式 11
混合驱动模式 12
回馈制动模式 12
停车充电模式 12
混合式混合动力汽车控制策略 13
发动机恒定工作点模式 13
发动机最优工作曲线模式 13
瞬时优化模式 14
全局优化模式策略 15
控制策略的应用及优缺点 16
5 混联型混合动力汽车驱动工况控制策略优化研究 18
充电工况控制策略(Pb_c≤0) 18
放电工况控制策略(Pb_c>0) 21
结语 24
参考文献 25
致谢 26
1 绪论

随着全球经济以及汽车工业的发展,汽车保有量也在逐年急剧增加,但汽车数量的增加却是城市大气污染的主要来源,因此世界各国纷纷制定一系列十分严格的排放法规,强制要求生产低油耗小排放的汽车。但是,尽管目前内燃机电控技术和三元催化等排气净化技术广泛应用,能够大幅度的降低汽车的排放以及耗油量,可是能源紧张和排放带来的环境污染问题还是没有从根本上得到解决。为此,全球的汽车制造商都寻找新的解决办法,把主要精力放在研究开发新型节能于污染的绿色汽车。
氢燃料电池动力汽车(Fuel Cell Electric Vehicle,简称FCEV),燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换电能的装置,其最大特点是反应过程不涉及燃烧和热机做功。氢燃料电池动力系统不仅高效、低噪音,而且无污染、无二氧化碳排放,是一种新型的环保动力源,另外,由于氢在地球中的蕴藏十分丰富,氢气来源极其广泛,可以说是取之不尽,用之不竭的能源。提取氢的方法非常方便,一是可通过石油、天然气、甲醇、甲烷等进行;二是可通过电解水制氢、生物制氢等方法获取氢气。但是其缺点主要是成本高昂,可靠性和运行寿命较低,以及氢燃料基础设施缺乏等因素,所以无法在短期内取代传统动力汽车。
在这种情况下,混合动力电动汽车异军突起,是目前新型清洁动力汽车中最具有产业化和市场化前景的车辆。混合动力电动汽车将两种或更多能量转换技术和一种或更多的能量存储技术集合为一体,使得混合动力电动汽车能够明显减少汽车排放和降低油耗,难能可贵的是可以达到与传统汽车同样的行驶里程,另外混合动力电动汽车燃料补充便利,节能、环保也是混合动力电动汽车的主要特点,表1是四类车型的比较。
表 1 四类车型的比较
类型
燃油消耗(L)
续驶里程(KM)
排放
电池寿命(次)
加油站改造(元)
成本(元)
传统
汽车
100
100
100
100
EV
0
30-50
0
100
300-400
FCV
<5
>5
HEV
40-60
100
40-60
300-1000
0
130-160
注:表中数据表示比例关系
从表1可以看出,EV和FCV都具有零排放的优点,但是燃料电池的比能以及技术发展仍然是制约其市场化的一大瓶颈,所以不能满足市场要求;HEV的燃油消耗和排放都比传统汽车低,而且HEV对电池的要求不高,并能满足日益严格的汽车尾气排放标准,当前,HEV已经是汽车技术领域的一个重要的发展方向