混合动力汽车电池能量管理系统设计-车辆工程毕业论.docx

57燕京理工学院毕业设计（论文）诚信申明本人申明：我所完成的毕业设计论文课题研究与设计是在宫唤春老师的指导下完成的。在本次论文中除去一些专业的术语词之外，本篇论文中不包含其他人的设计成果，同时也不包含为获得燕京理工学院或其它教育机构的学位或证书而已经使用过的资料。与我一起完成毕业设计论文课题的同学表示衷心的感谢。若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名： 年 月 日混合动力汽车电池能量管理系统设计王鹏车辆工程专业 车辆1303班 学号130330078指导老师：宫唤春副教授摘 要跟随着资源的稀缺，新能源越来得到人们的信赖。近年以来，混合动力汽车越来越快的发展，同样也越来越成熟，但是，目前的趋势下在混合动力汽车能源管理方面还有众多的问题没有得到解决。这是一种新型的交通使用工具，怎样更多的利用混合动力汽车中的车载电池能量管理系统对电池进行能量的控制是发展无法前进的难题。在混合动力车辆中电池能量管理系统研究中的能量监测、电池热管理、电池状态的确定以及动力电池均衡管理系统具有十分必要的意义。本文首先分析了混合动力车辆的基本概况以及工作原理，以及车辆管理系统中各个小系统的原理和控制监测方法。并对车辆的能量管理系统的主要模块进行分析，以及每个模块对于电池能量管理系统中影响和对车辆本身续驶里程的影响和电池使用寿命的影响。关键字：能量管理 动力电池 混合动力汽车 Battery energy management system foe hybrid electric vehicleAbstract The development of the new energy vehicle power system with low emission trumpet is the direction and trend of the global automotive industry.The development of electric vehicle has been more and more rapid in recent years.The development of hybrid electric vehicle is becoming more and more mature.But there are still many problems in the energy management of HEV.How make use of the energy of the power battery effectively is the extension of the life of the power battery.The problem of the energy of the nuclear power battery has become an obstacle to the development of the electric vehicle.Therefore,the development prospect of hybrid electric vehicle,which combines the advantages of traditional fuel vehicles and pure electric vehicles,is very promising.As a kind of new energy vehicles,how to efficiently use the energy management system for the development of hybrid electric vehicles.The performance of hybrid electric vehicle is closely related to the energy management policy used in HEV.Therefore,it is of great significance to study the battery energy management system of hybrid electric vehicle.In this paper,the structural principle of hybrid electric vehicle is analyzed firstly,battery energy management module function and control method and regenerative braking energy recovery strategy.And in view of the current development battery safety monitoring for battery cycle life.The optimal energy management system for hybrid electric vehicle is developed based on the relevant theoretical literature.Key words:energy management power battery hybrid electric vehicle 目 录前 言1第1章 课题研究背景与价值2第1.1节 选题的意义与价值2第1.2 节 研究综述3第1.3节 课题的研究意义与目的4第1.4节 研究范围与内容5第2章 混合动力汽车的电池能量管理系统的特点分析6第2.1节 混合动力汽车电池能量管理系统的概况6第2.2节 混合动力汽车能量管理系统的发展优势7第3章 混合动力汽车能量管理系统每个模块特点与分析9第3.1节 电池荷电状态的精确估计特点分析9第3.2节 电池组中均衡控制策略模块的特点分析11第3.3节 电池组热管理系统特点与分析14第3.4节 电池监测诊断与过载保护特点分析15第4章 混合动力汽车续驶里程影响因素的分析17第4.1节 混合动力汽车中续驶里程的计算和整车电量的消耗率计算17第4.2节 混合动力汽车续驶里程的分析18第4.3节 动力电池剩余可以使用能量的估算19第4.4节 混合动力车辆能量管理系统范围的选取23第4.5节 丰田能量管理计算分析27第5章 混合动力车辆中动力电池寿命的影响因素分析31第5.1节 均衡控制管理策略与动力电池寿命的分析31第5.2节 电池组热管理与动力电池寿命分析35第5.3节 电池的监控诊断和过载保护与电池寿命的分析38结 论42参考文献44致 谢46VI前 言跟随着资源的稀缺，新能源越来得到人们的信赖。近年以来，混合动力汽车越来越快的发展，同样也越来越成熟，但是，目前的趋势下在混合动力汽车能源管理方面还有众多的问题没有得到解决。这是一种新型的交通使用工具，怎样更多的利用混合动力汽车中的车载电池能量管理系统对电池进行能量的控制是发展无法前进的难题。之前的普通车辆只有一种启动源内燃机，内燃机在构造上可以很好把握，但汽车在行驶过程中会偏离最佳的运行空间，工作效率较低，车辆的排放和消耗也没有的理想的结果。首先从降低环境污染的角度来看，混合动力汽车的使用越来越多会解决一些能源问题和减少污染排放的等环保的类似问题。混合动力汽车是在原有的一般汽车的能量源的情况之上再添加一个能量储存的系统-车载电池。主要动源之一电池组的加入，使得混合动力汽车的整辆汽车系统变得更加得灵活，但是，同时也在增加电池能量管理系统的监控上有难度。在本论文的课题目标就是客服之前电池能量管理上的不足，同时分析电池使用寿命对汽车性能的影响。在不想影响整体汽车性能的情况下，设计出一套完整的动力能量管理系统。第1章 课题研究背景与价值 因为地球能源的稀缺，导致新能源发展较好，新能源是是现在汽车行业发展中严重的问题，所以，对于汽车行业中开发新能源型车辆的发展是必然的。在有效提高性能的情况下，也节约了能源。混合动力汽车动力电池的能量管理系统得发展是混合动力车辆现在所要面对的很严重的瓶颈。第1.1节 选题的意义与价值1.1.1 理论意义与价值全球得能源正在逐渐的降低，环境的破坏也是越来越严重。低消耗能量、低排放的新型节能车辆中的车载电池能量管理系统是目前汽车行业的趋势。近年来，混合动力汽车的发展甚是迅速也是在逐渐的扩大，但是目前还是有很多的问题没有得到解决。怎样高效得利用动力电池的能量管理系统以此来使动力电池得循环寿命变长，以及提升混合动力汽车得续驶里程等问题。 查阅文献资料得知，混合动力车辆不仅拥有传统燃油车辆的特点同时也拥有纯电动车辆的特点，成为当今社会上车辆行业最拥有应用前景得发展方向。以此得知混合动力汽车中电池的重要性。1.1.2 实践意义与价值混合动力车辆中动力电池管理系统是混合动力车辆技术设计当中必不可少的组成部分，在混合动力车辆行业中得具有很必要的意义。要保证混合动力车辆中动力电池可以很好的工作，就要使能量管理系统完善，的估算要准确，成本要低。混合动力车辆中动力电池管理系统得到优化，可以此来改变动力电池的循环使用寿命，并且还可以改变混合动力汽车的行驶速度和里程数。动力电池是混合动力汽车目前发展中最重要得问题。混合动力车辆中电池的寿命和车辆的续驶行驶里程会受到荷电数值的计算、电池热管理以及电池所有数据监测系统的影响。混合动力汽车的能量管理系统主要包括以上介绍的几大模块，在整个系统中有重要的位置。第1.2 节 研究综述 1.2.1国内现状一辆性能优秀得混合动力车辆，除去具备很好的机械能力、电驱动能力、适和的除去电池的能源，还应该具备一套完整的维持混合动力车辆电池组件工作的能量管理系统，并且可以使混合动力汽车处于最优的状态下。 1、混合动力汽车的优势混合动力车辆相比较以电池为动力的车辆来说，增加了一个原发动机或者内燃机的启动源，在车辆行驶性能上可以更有动力性能。 2、混合动力汽车的不足混合动力汽车的动力电池安全监测对电池使用寿命有着影响，主要有以下四种电流监测方法。恒流恒压充电和智能充电方法不是很常用。变电流间接充电虽然在一定的程度上可以保证电池的使用寿命，但是充电速度较慢。脉冲充电的方法，颠覆了之前传统充电的限制，同时也可以消除电池的极化现象的问题，但是充电速度还是有点慢的。 3、混合动力汽车能量管理系统在文献资料中查阅得知，混合动力动力车辆的能源管理系统具有能量回收和储存的作用，对于有效得、合理得发挥动力电池的作用，以及使动力电池的使用寿命变长，车辆整车的制动性、经济性的提升，对于混合动力车辆节能环保，以此来保证整辆汽车可以安全可靠得运行行驶。1.2.2 国外现状自从20世纪末，外国的很多公司都依次加入到了这个混合动力车辆研究的大队伍中。经历这么多年的扩大，混合动力车辆在商业和产业上面发展是相对来说比较快的和可观得，混合动力车辆很有研究意义。在2004年世界的各大汽车公司制造商陆陆续续扩展了新能源汽车的研究开发力度和发展方向，混合动力车辆是这次发展方向中得重中之重，慢慢地打破了较小车辆的限制越来越被应用到大中型的车辆生产中，技术也发展越来越激烈。在欧洲，各个车辆制造厂家陆陆续续展示了自己企业所研发的混合动力车辆得车型。在一段期间内，欧洲六大汽车公司根据混合动力汽车的发展的能源技术做了深入的探讨和整体数据的论述，认为混合动车辆力制造成本与传统燃料车辆的制造成本相接近。第1.3节 课题的研究意义与目的1.3.1课题的理论意义 综上所述，整理看出混合动力车辆相比较另外两种类型车辆来说，可以拥有更好的性能和节能环保的能力。混合动力汽车动力电池能量管理系统中能量的控制与电池循环使用寿命和车辆续驶里程息息相关的，并且是相互制约着。电池管理系统是混合动力车辆重点发展技术当中必要的一个构成部件，在新能源车辆产业化和市场上具有非凡得意义。1.3.2课题的实践意义利用对混合动力车辆电池管理系统的优化，以此来提高混合动力汽车的行驶性以及燃油的经济性，还可以使得混合动力车辆车载动力电池的寿命有所改变。电池能量管理系统的优化对混合动力车辆的发展有着重要得意见，使得混合动力车辆的整车性能可以满足更多人的要求。第1.4节 研究范围与内容 1.4.1研究范围本论文中研究方面由两方面组成：（1） 分析混合动力车辆电池能量管理系统对混合动力车辆各个方面的影响。（2） 整理混合动力汽车动力电池的能量管理系统中各个模块的优势与不足，并针对一种车型进行数据的分析。 1.4.2研究内容本论文研究内容：根据之前的研究文件，对之后的发展进行一个设计，并针对某一个车型进行数据分析。依据之前文献中电池能量管理对混合动力汽车性能的影响，以及针对文献中整理出的能量管理系统中每个模块的优势与不足对能量管理系统进行优化，来达到人们对于汽车动力性和经济性上的一些条件。第2章 混合动力汽车的电池能量管理系统的特点分析混合动力车辆对于另外两种车辆类型系统来说，在动力性和经济性的方向上和新能源方向都是有着优点的。在本章节中着重根据以往文献中内容针对本论文将要设计完成的题目进行一个总体的概述。第2.1节 混合动力汽车电池能量管理系统的概况2.1.1混合动力汽车的概述在文献车辆发展技术概述中得出串联式混合动力车辆的工作原理：这类车辆的驱动力仅仅来源于电动机和发动机发电，电量通过控制器传递给电动机，使得电机作用于汽车上，让汽车进行行驶，其中动力电池是独自向电动机提供电量以此来让汽车进行运行的。在车辆技术概述中得出并联式混合动力车辆的工作原理的，并联式混合动力车辆的行驶是在电机和发动机同时或者各自独自传送给车辆，两者互不干扰，以此来让车辆动起来。这类混合动力汽车整合了前面两类混合动力汽车的特点，这类方式下对于上面两种方式都可以应用，很好得概括了串联式与并联式的特点。2.1.2混合动力汽车电池管理系统的概述分析 依据混合动力车辆对电池能量的管理条件，并根据文献论文中得出，能量管理系统中模块之间得联系如下：动力电池组 DSPCAN通信电压检测整车控制模块动力电流检测故障报警模块 温度检测 图2.1 动力电池管理总框图 根据全球的汽车研究中可以看出来，在混合动力汽车动力电池管理系统的研究现状和发展中可以得到，这个系统主要包括四个方面：，电池组热管理系统以及电池监控诊断与电池过载掩护的作用。 电池管理系统作为一个能源管理系统，它其中得各个组成元件是关联在一起、之间制约着的。针对这类车辆来说，因为车辆的工作电流变化相对较大，充放电的转换次数是很多的，改善能量管理系统中的放电性能可以利于提升的准确度，使这类车辆的能量管理系统更加完善。第2.2节 混合动力汽车能量管理系统的发展优势2.2.1 混合动力汽车中能量管理系统的特点在查阅文献资料中了解到，能量管理系统经历了基于系统本身的决策算法、逻辑门限控制、实时监控以及全面优化节制阶段。时刻监测荷电状态的功用可以随时向车辆总系统报告汽车车载电池剩余得可使用的电量。 因为混合动力车辆上安装了另外电动机和内燃机两种动力源，可以使得持续运行能力要比纯电动车辆较好。依据文献资料中查阅了解到，混合动力车辆电池能量管理系统可以充分发挥出低速运转、大扭矩运行的优势，使车辆可以尽量多的回收车辆输出剩下的能量，从而保证有限能量可以最大限度的使用。混合动力汽车能量管理系统拥有较高效率和较高能量的能量储存装备，降低制造价格。2.2.2混合动力汽车对比电动汽车的优势与纯电动车辆相比较来说，混合动力车辆比纯电动车辆多了一种动力源。因为有两种动力源的因素，所以可以降低动力电池所占的比例，以此可以来降低汽车自重。在有了电动机的助力之后，可以充分利用这部分来支持空调等一些辅助设备，大大的降低电池的压力，同时也可以使得电池管理系统对混合动力汽车提供最佳的工作状态。2.2.3混合动力汽车相比传统汽车的优势混合动力车辆与传统燃料车辆相比较来说，拥有较高的经济性。能量管理系统可以高效的使得汽车达到良好的经济性，在不会使动力性大幅度降低的情况下。混合动力汽车兼备了两者的优点。第3章 混合动力汽车能量管理系统每个模块特点与分析混合动力车辆能量管理系统中包含四个模块，分别为电池荷定状态得精确估计、电池组均衡控制策略、电池组热管理系统以及电池组监测诊断与电池过载保护。这四个部分对于能量管理系统中是必不可少的一部分，正因为这几大模块中相互配合，可以达到最佳的能量管理办法。第3.1节 电池荷电状态的精确估计特点分析电池荷电状态的确定对于车辆续驶行驶里程数有很重要的影响正确的估计动力电池目前的电量多少，对电池能量有效管理，是能避免和减少过度充放电对电池造成的影响，与此同时让电池的电能使用效率和电池使用寿命有所改变。3.1.1 电池荷电状态的概念在电动车辆能量管理系统的功用以及研究进展中了解到，电池荷定状得估计，一般是由CPU模块进行计算地。但是根据电动车辆能量管理系统的功用以及研究进展文献中得出，针对传统的电池荷定状态得估计方法有很多的不足。的定义在文献电动车辆电池测验手册里面得出得基本概念如以下式子所示： (公式3-1)公式中：为动力电池的剩下的容量，为动力电池放电时所拥有的全部容量。若是用已经放出电量Q来计算参数时，表示如下公式： （公式3-2）公式中：Q表示动力电池已经放出来的电量，表示动力电池放电时所拥有的全部容量。表示动力电池为充满电情况下，表示动力电池放完电情况下。由上面的综述可以得到的估算是对于动力电池状态的非常重要的数据，一般情况下，在特定温度下动力电池充电充到不可以再接受能量时的电量定义为,当动力电池放电时不再可以放出能量时的电量定义为。3.1.2 的主要影响因素对于动力电池荷定状态的影响因素有很多种，比如以下几种情况。动力电池得电动势E会跟随放电过程中放电的运行而会减小，而且针对不一样得放电情况下得电流，电动势会根据电流的大小来改变电动势的降低速度，每个时段都是不一样的。正常情况下这样降落的速度会和放电状态下放电电流的高低成正比例，也就是说放电电流越高电动势就会就会降低的快，放电电流越低电动势就会降低的慢。动力电池中内阻的浮动情况是与电动势的浮动情况相类似得。也就是说，内阻增大，电动势变化则快，若内阻减小，则电动势变化就会慢。动力电池中电容得数值变换也是很大的，动力电池的电容也是会跟着充电电流的变动大小来进行变动的。而且电容还会根据充电电流大小变化不同展现出不规则的状态，是很难进行整理的。根据以上综述和文献中得出，以上这些原因的问题，导致混合动力汽车在行驶过程中，不能够正确的估算出电池的荷定状态从而导对动力电池造成伤害，使得动力电池的使用性能会有所下降，并且循环寿命也会受到影响。3.1.3 电池荷电状态估算的难点针对电池荷定状况来说，电池本身就是一个比较繁琐的工具，动力电池本身的残剩电池容量关系到动力电池内部、外部的较多的状况；还有一个很难解决的方法就是对电池进行任意先验性的实验都是不可以重复针对北侧工具来对比。对电池荷定状态进行估算是要建立在一定测试条件下的，在此基础上测量出测试数据，并且进行分析。但是这种方法在汽车运行的时候是很难预测到的。动力电池的在车辆行驶时的使用方法也对剩余容量有很大的影响，这个是非常难以测量估算的。3.1.4 的常见几种计算方法从文献混合动力汽车电池估算算法的研究中了解到使用SOC估计方式主要有电流积分法、测量交流阻抗、开路电压法、零负载法。如下所示： 1、电流积分法 （公式3-3）其中为蓄电池当中最高的放电容量，为动力电池的电流，为充放电的放电效率但是这个方式的最大不足就是需要标准的定义的初始值，须要准确的算出电池充电效率和电池得放电倍率，要用恒定的电流对电池组完成充放电的过程，使得电池可以达到完全放电状态，不能够在继续维持电池组的原先状况。2、 测量交流阻抗法在文献混合动力汽车电池估算计算方法研究中学习到，测量交流阻抗法是选择在电池的两头重复多加一个交流电的信号，用它来采集其中的差值，并且从中得出电池组的交流阻抗，用此方式作为估算的标定方式。在电池荷电数值处于中段的时段的变化就会很小，若是在测量的过程中不够准确时，使得计算误差值会出现比较大的偏差。3、 开路电压法开路电压法是对于两者的关联测量是比较严格的。在文献混合动力汽车电池SOC估算计算方法研究中了解到之间存在一些相关联的关系，基本上是递增的关系，但是比较容易受到若干方面的影响，分别为:前一刻充放电状况，在不思量静置前的充放电状态的条件下，与之间不会有任何的联系。4、 零负载法零负载法在一定的基本上对之前的算法中的不足进行了优化。但是从文献混合动力汽车电池估算计算方法研究中了解到零负载法可能存在以下问题：需要测量出之间的变化曲线，按照要求计算出动力电池组中的各个阻抗参数，并且这些电池数据一般情况下受各种环境因素的影响。第3.2节 电池组中均衡控制策略模块的特点分析混合动力车辆发展甚是迅速，其中混合动力车辆动力电池得均衡控制管理是很重要的发展趋势之一。因为电池的一点不均衡控制就会造成很大的错误，所以说电池组的均衡控制具有很重要的作用。3.2.1节 电池组均衡控制的原理电池组的均衡控制过程实际上是的均衡控制，电池荷电状态的数值在30%-70%之间，在这个范围之内电压与SOC呈现线性的关系，所以在整个范围中电池电压很清晰的反应出电池的数值，以此来说明通过电压对电池均衡进行控制是比较有效的控制方法。V-均衡控制电路的结构图：V+S+SS+S图3.1 电阻放电均衡电路结构图当电池组均衡电路工作的时，两者之间有以下的关联： （公式3-4）公式中为电池组的均衡容量，为均衡电流，为均衡时间。其中 （公式3-5）公式里为均衡电流，为单体电压数值，为放电电阻。上 位 机微控制模块MCU温度控制电源电路风扇控制JTEG调试加热器控制 电池电池监控IC均衡模块图3.2 均衡电路的硬件控制结构框架图3.2.2 电池组均衡控制需要主意问题依据平衡电压对平衡容量控制时的的均衡方法应该注意一些问题，根据文献混合动力车用电池均衡方案研究中总结得出以下几部分：1、均衡放电电阻的选择均衡电路在运行时能量比较大的电池会运用放电电阻的方法以热能的方式排放出来，若是这时的放电电阻的温度过于高会使电路热失去控制，这当中有一定的安全隐患，所以，电阻的数值不宜过小。另外一部分，均衡控制电流有决定控制时间的权利，若均衡电流过于小，会让均衡时间变长，这样便不能达到均衡的规定了。综上所述，可以知道电阻的数值是不是取得恰当是均衡效果的关键。2、 均衡电压阀数值的设定 电压阀数值的大小将会决定均衡电路关闭以及启动的实刻，若是电压阀数值设置过于小，会导致均衡时间过于长，白白消耗了能量，使得均衡的效果也不是很好，对于均衡控制来说是多余的，若是电压阀数值设置的过于大，会使得平衡时间过短，不能达到平衡控制的要求。因此在均衡控制过程中需要根据混合动力汽车应用情况来设置电压阀的数值。第3.3节 电池组热管理系统特点与分析电池组热管理系统是驾驶人的方向进行分析的，以此来保证电池组的运行可以在温度不高不低的情况下运行，包含电池箱、传热介质和监测设备等一些必备零件。3.3.1 电池组热管理系统的功能在文献资料中了解到电池组热管理系统有以下几项用途：（1） 动力电池组温度的精确测量和实时控制。（2） 电池组在运行中温度值很大时可以散去热量和通风。（3） 在低温运行的条件下，可以高效的迅速加热，使得电池组尽快的进入正常工作状态。（4） 使得运行时产生的有害气体可以有效的通风散去。（5） 担保动力电池组在正常工作时，温度场的散布匀称。（6） 可以解除电池组在正常工作时因为热失控造成的电池实效和爆炸的伤害。 3.3.2 电池组热管理系统的必要性在混合动力汽车正常行驶的情况下，电池的温度对于电池本身有一定的影响，会影响电池的使用寿命。针对混合动力车辆电池组热管理系统是必有的，主要有以下几条原因：（1） 动力电池组较长时间的运行在相比较恶劣的热环境下，会对电池的放电容量和电池循环使用寿命造成一定的影响。（2） 汽车正常行驶情况下，电池内温度场的散布不匀称会加重各个整体电池和单个电池的不一致性。3.3.3 电池组热管理系统中传热介质的选择传热介质的选取对于电池组热管理系统中具有较大的的影响，而且传热介质要在最早的时候就确认。根据传热介质的不同可以分为三种方式。在这三种方式中空气冷却方式使最为基础的，只要让空气流接触到地面便是可以实现冷却。通过阅读文献资料中了解到，各种冷却方式都有自己的优点和缺点，如下所示：空气冷却方式的优点：（1）重量轻，构造简单；（2）不易发生漏液；（3）通风状态很好；（4）价格较低。缺点：若达不到基础条件，加热和冷却的速度降低。液体冷却方式的优点：（1）若达不到基础条件，加热和冷却的速度不会降低。（2）体积较小。缺点：维护和保养的方法比较复杂，一些辅助设备的部件结构相对复杂，存在一定渗漏液体的可能。第3.4节 电池监测诊断与过载保护特点分析3.4.1 电池监测与过载保护的定义以及功能在混合动力电池监测模块的研究中得出监测模块在实现以上前提的情况小具备以下功能：（1） 可以接受上一层控制器的智能控制（2） 可以收集电池的数据，并准确做出物理反应。（3） 将收集到有效数据上传给上一层的控制器。实现数据共享的功能3.4.2 电池监测与过载保护的概述在汽车运行过程中对动力电池的维护管理不恰当会使动力电池的循环使用寿命以及使用效益，所以通过对电池监测与过载保护来确保电池的正常运行操作，可以及时的了解到动力电池的工作状态并对超载是做出保护。转换模块电压采集电路电流采集电路温度采集电路图3.3 电池监测系统结构图在蓄电池自我监控系统的研发中道出电池监测系统中主要对以下三点进行监控来保护电池的安全性能。（1） 动力电池充放电电压的监控监测系统可以对动力电池中所有的电池电压数据实施实时的监测和实时的数据参数采集处理。（2）动力电池充放电电流的监控用互感器对动力电池的充放电电流进行整体的随时的监控，测量数据参数并且收集。（3）动力电池内阻和温度的监测动力电池的内阻采用荷电状态在线监测，对于动力电池组的温度采用实时监控是方式，将两组数据进行整合并上传。第4章 混合动力汽车续驶里程影响因素的分析混合动力车辆续驶里程有一部分是从蓄电池全部充足电的状况下开始一直到测验完成时总共完成的里程数。混合动力车辆在行驶时的众多因素都会使汽车消耗的能量有所不一致，从而对混合动力车辆的续驶里程数进行影响。第4.1节 混合动力汽车中续驶里程的计算和整车电量的消耗率计算4.1.1 车辆行驶时消耗的功率汽车行驶路途中的消耗功率()算法公式如下： （公式4-1）公式中：表示混合动力汽车的汽车总质量（）,F表示混合动力汽车的重力（），表示重力加速度，表示车辆行驶速度（Km/h）,表示车辆的加速度（），P表示功率，W表示电池储存的能量。4.1.2 车辆动力电池储存的能量 （公式4-2）公式中：为单个电池的额定电压，为每组电池的个数，为并联的电池的组数，为单个电池的容量，为电池的放电深度（用百分比表示）。著名的方程式： （公式4-3）公式中：表示恒定流放电电流值，表示与电池有关的常数，表示以恒定流持续放电到结束电压的时间。以此可以将上述动力电池储存的能量公式转化为： （公式4-4）4.1.3 续驶里程的计算1、 等速法续驶里程的算法公式动力电池可持续放电的时间为： （公式4-5）公式中：Z为机械系统和电气系统的总效率，W为动力电池储存的能量，P为功率，t为动力电池的可持续放电的时间。等速法的续驶里程为： （公式4-6）2、 工况法续驶里程的算法公式工况法的续驶里程为： （公式4-7）公式中：表示每一个状态下的驶过的距离，表示车辆可以完成的总状态数。4.1.4 混合动力汽车整车电量的消耗率为了使整辆汽车损耗的电量可以方便的进行对比，为此引申了整车电量消耗率，计算方式如下： （公式4-8）公式了里面，表示电池组的平均电压，表示机械系统和电气系统的总效率，表示功率，表示速度。第4.2节 混合动力汽车续驶里程的分析4.2.1 整辆汽车的行驶参数对续驶里程的影响240P/kwS/kmps00.20.40.6020406008016024080604020图4.1 能量消耗和续驶里程与车速的关系框图当低速行驶过程中，混合动力汽车的整车质量小和功率损耗少得情况下对增加混合动力汽车的行驶里程有帮助。功率损耗少的运行工况可以说是混合动力汽车行驶时的滚动阻力低、风阻数值低或者是路面的坡度低而形成的。4.2.2 电池SOC的估算对续驶里程的影响在延长混合动力汽车续驶里程时，需求及时的对电池完成正确高效的管理和监控，有效准确得获取电池现在存有的容量参考数据，运用已经拥有的电池数据对现在存有电池容量的状况做出计算，可以对提高混合动力汽车续驶里程的延长具有一定得效果。 通过查阅资料，在文献电动汽车续驶里程的影响因素研究中得出车辆在正常的行驶情况下，急加速和急减速的状态下会导致放电电压和SOC的数值突变，导致估算续驶行驶数值时会出现较大得数据偏差。第4.3节 动力电池剩余可以使用能量的估算车用电池的能量状况估算是混合动力汽车中续驶行驶数值估算的基本，对动力电池的能量多少的条件影响特别得多，电池温度、充放电电流以及整个电池中单体间的不一致性等因素对车辆续驶行驶里程有很大的影响。实时估算电池的能量状态，正确计算动力电池电池剩下可以使用得能源。以此运用正确的方式算出，延长车辆的续驶里程数。4.3.1 动力电池的能量状态估计混合动力汽车中电池方面续驶里程的算法方式如下所示： （公式4-9）公式中：表示电池的剩下可用量（），表示混合动力汽车在将来一定时间中的均等损耗（），表示混合动力汽车的续驶里程（）。电池可以使用的能量的简单估算过程如以下框架图： 电池SOC 电池温度SOC 电流电池剩余 能量动力电池可用能量电池剩余能量 电压可用电能 时间因素 电池容量内阻焦耳热电流电池SOH 电池温度 反应热 温度 电流电池内阻 电压 时间因素图4.2 电池能量估计过程图如上图所表示，将动力电池中和的估计计算进行整合，并且估算出电池组的理论剩下能量数值。电池组中的理论剩余能量是当前状态起始时到状态为零的过程中，放电开路电压曲线在放电量数值坐标下的数值，某个工作状况下动力电池组的剩下的可以使用能量是从现在的状态开始的，当电池两端电压到达放电停止电压时的过程中，两端电压在放电量坐标下得积分值，在以下曲线图所示：电池放电截止电压当前等效开路电压电池理论剩余能量电池剩余可用量当前放电A.h数：放电截止A.h数：SOC=0时对应放电A.h数：开路电压/A放电A.h开路电压曲线累计放电A.h数放电A.h端电压曲线图4.3 电池剩余能量的计算方法电池理论剩余能量和电池剩余能量得差值是由动力电池的内阻焦耳热和回应热构成的。其中形成热过程表现在电池化学反应的熵变，影响因素主要为初始SOC数值与截止SOC数值。在车辆行驶运行下，反应热在电池总产热中所占的比分数是很小的，可以不计。动力电池组的剩余可用能量为： （公式4-10）公式中：为电池组的内阻。在一定的工况下，电工作状况池组排出的电能与剩下的能量差值能量的之比为电池的能量效率，如下公式所示： （公式4-11）4.3.2 电池温度对于剩余可用能量的影响电池温度针对混合动力汽车电池可以使用能量和混合动力汽车的续驶行驶里程主要有以下因素的影响：（1） 当较低温度时的电池内阻变大，内阻焦耳热也会变大，所以得出，当理论剩余能量一样时，低温的能量效率要比正常温度低，动力电池的可以使用能力便会变少。（2） 当低温时的电池内阻加大，动力电池组会更快的到达放电电压的下层界限从而终止了放电过程，使得其中的一部分能量不可以正常的排放出来，使得动力电池的可用能源降低。主要情况如下图所示：行驶里程/千米能量效率0.880.900.920.940.960.981.00 40 20 0-203035 4045 5055能量效率行驶里程电池温度/摄氏度图4.4 异同温度下混合动力汽车续驶里程与电池能量的效率曲线图4.3.3 整车工况对电池状态的影响整辆汽车工作状况除去直接影响动力电池的输出功率之外，另外还会使动力电池内阻产生热量发生偏差，从而导致电池是温度发生异常，间接性的影响电池的状况和能量。当行驶的工况有所不同时，电池能量的效率会有不同，从而也会影响电池的剩余可以使用电量，其过程如下图所示：电池温度变化曲线温度变化环境温度电池热能量效率剩余可用能量电压电流SOC、SOH电池能量（理论剩余能量、剩余可用能量）功率消耗电池状态（SOC、SOH）车辆能量消耗 图4.5 整车工况对电池状态的影响第4.4节 混合动力车辆能量管理系统范围的选取混合动力汽车中动力电池系统中的选择使用范畴对于汽车的性能来说有着重大的影响，混合动力汽车动力电池系统中的范畴一般是不会超过30%-80%之间的，使用范围一般从在几个因素中进行选取：（1） 系统效率的最优区间（2） 整车工况能量确定 4.4.1 电池系统的峰值充放电要求混合动力车辆在电池管理系统中的取值范畴必须要达到整辆汽车的峰值功率规定。在混合动力电池管理系统使用范畴的研究中得知，峰值功率包含：电机和电机控制器达到峰值的规定，然后反应回馈中的达到峰值充要求，以及峰值对应的连续时间。想要满足负载的运行需求，应该保障在其能用的范畴内，电池组的最大值放电功率要比电动机的功率条件高。 （公式4-12）公式中：为动力电池的峰值放电功率，为电动机的最大功率，为电动机的效率。同时，电池系统中也要有反馈系统，在文献混合动力汽车中SOC范围的选择研究中表示，在不同的制动情况下，同一时刻也是要达到动力电池规定所设定的峰值电功率要求。 （公式4-13）公式中：为动力电池的峰值充电电功率，为反应回馈过程中的峰值充电功率，为充电效率。0%100%SOC%321放电限值可用SOC充电限值放电功率充电功率图4.6 电池与充放电功率关联分析图如上所示，不同的soc范围区域所对应的充放电功率是不同的。根据电池测试的标准和手册的规定，可以得出电池管理系统中的冷启动的测验需要可以跟据功率大小选取的范畴区域的下层界限进行。在文献混合动力汽车电池SOC范围选择研究中有一个例子，在美国Freedom Car测试手册中对动力电池系统冷启动的要求是零下30摄氏度之下，动力电池系统下限时需要可以提供足够大小和足够次数的脉冲功率要求。在一个一样的温度环境条件下，不一样的车型、不一样的控制方法对于动力电池管理系统的需要存有一些不一样，若是不可以达到对应的功率规定的话，就要改变的使用范畴，以此来使整辆汽车的性能得到保障。4.4.2 系统效率的最优区间循环效率最大充电功率/放电效率最大放电功率/放电效率50%SOC%充放电功率图4.7 电池与电池充放电功率和效率的联系图如上面所示，当在上下时刻，动力电池可以一起拥有更好的充放电功率和充放电效率。在混合动力车辆范畴选取研究过程，热力第一定律指出：其中一个热力系统的内能增加数量与外界向它传送的热量和对外界所运行功的和是可以一样的。当混合动力汽车中的动力电池在功率调整时，应该使得正常工作的状态在内阻较低的范围之内。4.4.3 整车工况的能量确定依据不一样的运行工况要求，确认最小的需要能量，之后可以通过不一样的配置、不一样的型号的动力电池系统进行测验，根据不一样的电源系统发生的油量消耗状况来确认电池系统的最小能量的选取。第4.5节 丰田能量管理计算分析丰田是丰田集团首次研发的混合动力车辆 ，丰田的能量系统不仅采用了串联的工作方法，同时也采用了并联式的工作方法，形成了混联的具有并联和串联特点的混合动力系统。丰田采用的发动机是直列4缸发动机，其中每缸拥有四个气门，可以形成智能的可变气门定时。以下是丰田轿车的一些动力参考数据表。 表4.1 混合动力汽车的基本参数名称丰田内燃机汽油机，阿金森循环，每缸4气门，水冷，电子燃油喷射缸数直列四缸缸径，冲程（）排量（）最大功率最大扭矩膨胀比进气定时：开，上止点中心前（度）关，下止点中心后（度）排气定时：开，下止点中心前（度）关，上止点中心后（度）燃油系统电子燃油喷射驱动电机类型交流永磁同步电机，水冷最大功率最大扭矩系统最大电压（V）最大输出功率或者更高最大扭矩或者更低，。表4.2 车辆不同车况下的数据参数工况169.9722.680.790.830.570.650.32264.3739.701.072.010.601.790.22332.1920.420.982.060.811.790.214432.1914.850.360.620.290.560.187588.5170.281.032.010.281.890.1226119.9932.111.051.390.540.790.2777128.7585.753.582.551.290.800.0978108.1539.613.083.930.670.750.163940.7210.982.062.500.540.670.3621044.5811.412.682.640.620.610.351电池电压：电池容量：6.51、车辆起步工况分析车辆起步过程中假设起步时间为10秒。（公式4-14）（公式4-15）（公式4-16）从以上公式中可以看出，无论车辆在启动前无论小于60%还是大于，车辆中起步阶段都是有数值增加的趋势。当小于时，车辆的发动机现在时启动和进行工作一起开始的，当大于时