电动汽车仿真系列-串联式混合动力汽车恒温器/功率跟随控制策略
串联式混合动力汽车控制策略(恒温器+功率跟随+复合控制)
1、串联式混合动力汽车控制策略
串联式混合动力汽车由发动机、发电机和驱动电机相串联构成车辆的驱动系统,其中发动机与发电机组成辅助动力单元,仅用于给电机提供驱动汽车行驶所需要的电能,不会直接驱动车辆。当发动机产生的功率大于行驶所需时,发动机功率的就有两个去向,其中一部分能量供给驱动电机,用来带动车辆行驶,另一部分则对动力电池进行充电,以便增加车辆的行驶里程。对于串联式混合动力客车来说,电池可以单独给电动机提供能量,用以驱动车辆行驶,这时混合动力客车能够实现零污染行驶。
2、恒温器控制策略
恒温器控制策略需要设置SOC的上下限值。当SOC低于SOC下限值时,发动机启动(发动机功率一部分驱动电机,一部分给电池组充电);当SOC高于SOC上限值时,发动机停止工作(电池组单独驱动)。
恒温器控制策略能保证发动机一直运行于最佳区域,降低油耗。而电池组一直在充电放电,使其寿命减短。该种控制策略对电池组是不利的,但有利于发动机。
3、功率跟随控制策略
功率跟随控制策略中,发动机的状态随电池组SOC值的负载功率的变化而变化。若电池组的SOC值较高,且车辆需求功率不大,发动机停止工作;若电池组的SOC值较低,且车辆需求功率较高,发动机正常工作。发动机正常工作时,输出功率在一定范围内波动。
功率跟随控制策略能使电池组的循环减少,但对发动机是不利的。发动机一直运行在整个负荷区内,其功率随车速变化而变化,且需要频繁地开启停止,效率也会降低。
4、复合控制策略
复合控制策略以功率跟随为主,以恒温器控制为辅。其基本思路如下:SOC值较低或者是负载功率较大时,发动机启动;SOC值较高或负载功率较小时,发动机关闭。这样既可使发动机尽可能地运行在高效区,又能减少电池组频繁充放电引起的损耗,保证排放和燃油经济性最佳。
5、仿真分析
以串联式混合动力汽车默认车型为例。
仿真工况如下:
恒温器控制策略中,SOC最佳工作区间设置为0.4~0.8。
由仿真结果可以看出,发动机一直随SOC的波动开启或关闭。符合恒温器控制策略需求。
通过充放电效率图可以看出,整个循环过程中效率都很高,充放电均在0.9以上。
功率跟随控制策略仿真结果如下图所示:
由仿真结果可知,功率跟随控制策略与恒温器控制策略最大的不同在于发动机效率图。在功率跟随控制策略中,发动机的工作路径是一条曲线。
分析完以上两种控制策略后,接下来进行复合控制策略。这种控制策略尽可能使发动机工作在高效区,且蓄电池保持较高的SOC值。
复合控制相对于功率跟随控制策略,具有更好的行驶动力性和燃油经济性。评价指标包括:0~60km/h加速时间/s,最高车速,油耗及排放,这里就不具体展开,大家可以自己仿真计算。
6、小结
通过ADVISOR软件,分析了三种串联式混合动力汽车的控制策略(恒温器控制策略,功率跟随控制策略和复合式控制策略),仿真结果表明,复合控制策略在排放性能、燃油经济性及动力性上均优于恒温器控制策略和功率跟随控制策略。
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