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原创性声明 舯f l l l i l l l f r ll j r l l l ji l l l l l l r ll jrffifill y 17 8 9 9 5 3 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：趣遂 日 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他 复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名夕哑导师签名：删日期：之避 山东大学硕士学位论文 目录 摘要一i j 6 l b s t r a c t i i i 第一章绪论1 1 1 混合动力汽车的研究背景1 1 2 混合动力汽车的分类2 1 3p h e v 的研究现状及前景6 1 4p h e v 动力电池s o c 估计研究现状8 1 4 1p h e v 的关键技术8 1 4 2s o c 估计研究现状8 1 5 本文主要研究内容9 第二章动力电池s o c 估计基础11 2 1 动力电池s o c 的影响因素1 l 2 2s o c 估计方法分类1 2 2 3p h e v 对动力电池的要求及s o c 估计特点1 5 2 4 电动汽车仿真平台a d v i s o r 软件1 8 2 5 小结一2 1 第三章p h e v 动力电池s o c 估计研究2 3 3 1 基于径向基神经网络的p h e v 动力电池s o c 估计2 3 3 1 1 神经网络基础2 3 3 1 2 径向基神经网络模型2 5 3 1 3 径向基网络的学习过程2 6 3 1 4 仿真结果及分析2 8 3 2 基于支持向量回归算法的p h e v 动力电池s o c 估计一3 4 3 2 1支持向量回归算法原理3 4 3 2 2 l i b s v m 软件一3 6 山东大学硕士学位论文 3 2 3 基于e - s v r 的电动汽车动力电池s o c 估计3 8 3 2 4 基于v - s v r 的电动汽车动力电池s o c 估计3 9 3 3 径向基神经网络和支持向量回归算法的性能比较4 1 3 4 小结4 1 第四章基于d s p 的动力电池s o c 监测系统设计4 3 4 1s o c 监测系统设计方案4 3 4 2 动力电池s o c 监测系统硬件设计4 4 4 2 1 主控芯片及外围电路设计4 4 4 2 2 单体电池电压采集电路4 4 4 2 3 电流和温度检测电路4 7 4 2 4 液晶显示电路4 9 4 3 动力电池s o c 监测系统软件设计5 0 4 3 1c p l d 程序设计。5 0 4 3 2 主程序设计5 1 4 3 3 中断程序设计5 l 4 3 4 液晶显示程序设计5 2 4 4 小结5 3 第五章总结与展望5 5 附录5 6 参考文献5 7 至i 【谢6 1 参与的科研项目6 2 山东大学硕士学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) i a b s t r a c t ( e n g l i s h ) h i c h a p t e r1 i n t r o d u c t i o n 1 1 1 r e s e a r c hb a c k g r o u n do f h e v 1 1 2c l a s s i f i c a t i o no f p h e v 3 1 3 p r e s e n ts i t u a t i o na n df o r e g r o u n do f p h e v 6 1 4p r e s e n ts i t u a t i o no f b a t t e r ys o ce s t i m a t i o ni np h e v 8 1 4 1 k e yt e c h n o l o g i e si np h e v 一8 1 4 2p r e s e n ts i t u a t i o no f b a t t e r ys o ce s t i m a t i o n 9 1 5m a i nr e s e a r c hc o n t e n t s 1 0 c h a p t e r2b a t t e r ys o ce s t i m a t i o nf o r e l e c t r i cv e h i c l e 11 2 1i n f l u e n c i n gf a c t o r so fs o c 1l 2 2s o r t so fs o ce s t i m a t i 0 1 7 lm e t h o d s 12 2 3t h er e q u i r m e n t sf o rp h e v b a t t e r ya n dc h a r a c t e r i s t i c so fs o ce s t i m a t i o n 15 2 4e l e c t r i cv e h i c l e ss i m u l a t i o np l a t f o r m - a d v i s o rs o f t w a r e 18 2 5s u m m a r y 2 2 c h a p t e r3 s o ce s t i m a t i o no f p h e vb a t t e r y 2 3 3 1i 江；fn e u r a ln e t w o r kb a s e ds o c e s t i m a t i o nm e t h o d 一2 3 3 1 1b a s i co f n e u r a ln e t w o r k 2 3 3 1 2p r i n c i p l eo f r b fn e u r a ln e t w o r ka l g o r i t h m 一2 5 3 1 3p r o c e d u r eo f r b fn e u r a ln e t w o r ka l g o r i t h m 2 6 3 1 4s i m u l a t i o nr e s u l t sa n da n a l y s i s 2 8 3 3 s u p p o r tv e c t o rr e g r e s s i o na l g o r i t h mb a s e ds o c e s t i m a t i o nm e t h o d 一3 4 3 3 1p r i n c i p l eo f s v ra l g o r i t h m 3 4 3 3 2i n t r o d u c eo f l i b s v ms o f t w a r e 3 6 山东大学硕士学位论文 3 3 3b a t t e r ys o ce s t i m a t i o nb a s e do n 一s v ra l g o r i t h m 3 8 3 3 4b a t t e r ys o ce s t i m a t i o nb a s e do nv - s v ra l g o r i t h m 3 9 3 4p e r f o r m a n c ec o m p a r i s o no f d i f f e r e n ts o c e s t i m a t i o na p p r o a c h e s 一4 1 3 5s u m m a r y 4 2 c h a p t e r4b a t t e r ys o cm o n i t o r i n ga n de s t i m a t i o ns y s t e m b a s e do nd s p 4 3 4 1s c h e m eo fs o cm o n i t o r i n ga n de s t i m a t i o ns y s t e m 4 3 4 2h a r d w a r eo fs o cm o n i t o r i n ga n de s t i m a t i o ns y s t e m 4 4 4 2 1m a s t e rc h i pa n dp e r i p h e r a lc i r c u i t 4 4 4 2 2v o l t a g ei n s p e c t i n gc i r c u i t 4 4 4 2 3c u r r e n ta n dt e m p e r a t u r ei n s p e c t i n gc i r c u i t 一4 7 4 2 4l c dd i s p l a yc i r c u i t 一4 9 4 3s o f t w a r eo fs o cm o n i t o r i n ga n de s t i m a t i o ns y s t e m 5 0 4 3 1d e s i g no f t h ec p l dp r o g r a m 一5 0 4 3 1d e s i g no f t h em a i np r o g r a m 5 1 4 3 1d e s i g no f t h ei n t e r r u p ts e r v i c ep r o g r a m 5 1 4 3 2d e s i g no f t h es o ce s t i m a t i o na n dd i s p l a yp r o g r a m 5 3 4 4s u m m a r y 5 3 c h a p t e r5 c o n c l u s i o na n de x p e c t a t i o n 5 5 a p p e n d i x ，5 6 r e 蠡：嘟l c c s 5 7 a c k n o w l e d g e m e n t 一6 1 山东大学硕士学位论文 摘要 众所周知，全球能源短缺和环境恶化的问题日益严峻，交通领域的尾气排 放已经成为环境污染和温室气体排放的主要来源之一，汽车行业的发展面临着 前所未有的挑战。在此背景下，融合传统内燃机汽车和纯电动汽车优点的混合 动力汽车因其低能耗、低排放等优点，成为2 1 世纪汽车工业发展的主要方向。 近几年，在此基础上又派生出一种外接充电式混合动力汽车( p l u g i nh y b r i d e l e c t r i c v e h i c l e ，p h e v ) ，其显著特点是可以使用电力网( 可以是晚间低谷电力) 给车载动力电池充电。与传统混合动力汽车相比，p h e v 具有成本低、排放少、 提高电网利用率等优点，具有极大的经济效益和社会效益。 动力电池是电动汽车的主要能量存储装置，相比传统混合动力汽车，p h e v 的动力电池容量更大。动力电池的荷电状态( s t a t e o f - c h a r g e ，s o c ) 是表征电池剩 余容量的重要参数，s o c 值不仅是制定能量管理策略的一个重要依据，也是电 池充放电控制的主要依据，其估计精度直接影响电池的使用寿命和成本。但是 由于电池在使用过程中表现较强的非线性特点，使得其s o c 难以精确估计，成 为电动汽车领域的技术难题之一。研究和解决p h e v 动力电池s o c 估计问题对 于推动其产业化至关重要。本文对p h e v 动力电池的s o c 估计进行了研究，主 要工作如下： 首先介绍了混合动力汽车的研究背景及其分类、p h e v 发展现状和特点， 然后着重介绍了p h e v 的关键技术和动力电池s o c 估计的研究现状、存在的不 足以及改进方向。 在分析动力电池s o c 影响因素的基础上，阐述了现有的几种s o c 估计方 法；针对传统s o c 估计方法的不足，分别研究了基于径向基神经网络和支持向 量回归理论的动力电池s o c 估计方法，并对这两类算法的估计性能进行了比较 和综合评价。其中，基于支持向量回归理论的s o c 估计采用了两种算法：8 支 持向量回归算法和沙支持向量回归算法。仿真结果表明：这两种方法都能很好 地逼近实际值，平均估计误差均小于5 ，满足实际的要求，但v - s v r 算法的 平均估计性能是最优的。 山东大学硕士学位论文 最后采用t m s 3 2 0 f 2 8 1 2 作为主控芯片，设计了动力电池s o c 的监测系统。 针对动力电池s o c 的应用工况，分别设计s o c 监测系统的硬件部分和软件部 分。硬件部分包括检测电路及显示电路，完善了监测系统的功能；软件部分给 出了控制系统软件的具体设计过程和主要程序流程图。 关键词：外接充电式混合动力汽车；s o c 估计；径向基神经网路；支持向 量回归算法 l i 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t a sw ea l lk n o w , e n e r g ys h o r t a g ea n de n v i r o n m e n t a ld e g r a d a t i o np r o b l e m sa r e b e c o m i n gi n c r e a s i n g l ys e r i o u s v e h i c l ee x h a u s te m i s s i o nh a sb e c o m e am a j o rs o u r c e o fe n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na n dg r e e n h o u s eg a se m i s s i o n s t h ed e v e l o p m e n to fn e w v e h i c l e si sf a c i n gu n p r e c e d e n t e dc h a l l e n g e s u n d e rt h i sb a c k g r o u n d ，h y b r i de l e c t r i c v e h i c l e ( h e v ) ，w h i c hc o m b i n e st h ea d v a n t a g e so fc o n v e n t i o n a lf u e lv e h i c l ea n d e l e c t r i cv e h i c l e ，b e c o m e st h em a i nf l o wo fa u t o m o b i l ei n d u s t r yf o ri t sh i l 曲f u e l e c o n o m ya n dl o we m i s s i o n si nt h e21 s tc e n t u r y i nr e c e n ty e a r s ，p l u g - i n ( p l u g - i n ) h y b r i de l e c t r i cv e h i c l e ( p h e v ) i se m e r g e do nt h a tb a s i s i tc a nu s et h ep o w e rg r i dt o c h a r g i n gt h ev e h i c l eb a t t e r y c o m p a r e dw i mt h et r a d i t i o n a lh y b r i dv e h i c l e s ，p h e v h a sm a n ya d v a n t a g e s ：l o w c o s t ，m i n i m a le m i s s i o n sa n di tc a nr a i s et h eu t i l i z a t i o n r a t eo fp o w e r p 1 u g i nh y b r i de l e c t r i cv e h i c l ep r o d u c e dg r e a ts o c i a la n de c o n o m i c b e n e f i t s p h e v sm a i ne n e r g ys o u r c ei st h eb a t t e r y , c o m p a r e dt ot h et r a d i t i o n a lh e v , t h e b a t t e r y o fp h e vh a s g r e a t e rc a p a c i t y t h er e s i d u a lc a p a c i t yo fb a t t e r y i s c h a r a c t e r i z e db yb a t t e r ys t a t eo fc h a r g e ( s o c ) w h i c hi sa ni m p o r t a n tp a r a m e t e r a c c u r a t e l ye s t i m a t i n gt h eb a t t e r yt h es o c v a l u ei sn o to n l ya ni m p o r t a n tb a s i st o d e v e l o pe n e r g ym a n a g e m e n ts t r a t e g y ( e m s ) ，b u ta l s ot h ep r e c i s i o no fe s t i m a t ea f f e c t t h el i f ea n dc o s to fb a t t e r y s o ce s t i m a t i o ni sd i f f i c u l tt ot e s ta c c u r a t e l yd u et ot h e n o n l i n e a r i t yo fb a t t e r i e s i th a sb e c o m eab o t t l e n e c kr e s t r i c t i n gt h ed e v e l o p m e n to f e l e c t r i cv e h i c l e s t h e r e f o r e ，t h es t u d yo ft h ep h e vb a t t e r ys o ce s t i m a t i o ni s e s s e n t i a lf o rt h ep r o m o t i o no fi n d u s t r i a l i z a t i o np h e v i nt h i sp a p e r , s o ce s t i m a t i o n o fp h e vi sr e s e a r c h e d ，a n dt h em a i nc o n t e n t sa r ed e s c r i b e da sf o l l o w s ： f i r s t l y , t h i sp a p e rg i v e st h ed e v e l o p m e n tb a c k g r o u n d sa n dc l a s s i f i c a t i o no fh e v a n dt h e i m p r o v es i t u a t i o na n dc h a r a c t e r i s t i c so fp h e v t h e nt h ef o r e g r o u n do f p h e v ，t h ek e yt e c h n o l o g i e so fp h e va n dt h em a i nm e t h o d s ，p r e s e n tp r o b l e m ， i m p r o v e m e n to fs o ce s t i m a t i o na r ea n a l y z e de m p h a t i c a l l y i i i 山东大学硕士学位论文 o b t a i n i n ga c c u r a t eb a t t e r ys o ci so n eo ft h ei m p o r t a n tp r e r e q u i s i t et oa c h i e v e o p t i m a lp h e ve n e r g ym a n a g e m e n ta n do p t i m a lc o n t r o lo f v e h i c l e i na l l u s i o nt ot h e d e f i c i e n c i e so ft r a d i t i o n a ls o ce s t i m a t i o n ，a n dc o n s i d et h ef a c t o r so fb a t t e r ys o c ， t h ep r e s e n ts o ce s t i m a t i o nm e t h o d sa r ee x p a t i a t e d r b fn e u r a ln e t w o r ka n ds u p p o a v e c t o rr e g r e s s i o na r eu s e dt o g a u g eb a t t e r y s o cs e p a r a t e l y , a n d e s t i m a t i n g p e r f o r m a n c eo ft h e s et w ot y p e so fa l g o r i t h m s u p p o r tv e c t o rr e g r e s s i o nu s e si t st w o b a s i ca l g o r i t h m s ：争s v ra l g o r i t h ma n d 沙s v ra l g o r i t h m t h es i m u l a t i o nr e s u l t s d e m o n s t r a t et h a tt h eb o t ha l g o r i t h m sc a r lb ev e r yc l o s et ot h ea c t u a lv a l u ea n dt h ea v e r a g e e s t i m a t i o ne r r o ri sl e s st h a n5 w h i c hs a t i s f yt h ep r a c t i c a lr e q u i r e m e n t s b u tt h ea v e r a g ee s t i m a t e o fv - s v r a l g o r i t h mi st h e b e s t f i n a l l y , t h ec o n t r o ls y s t e mo fs o c e s t i m a t i o nm o n i t o r i n gs y s t e mw a sd e s i g n e d b yt m s 3 2 0 f 2 8 12 b a s e do nt h ea p p l i c a t i o no fs o ce s t i m a t i o n ，t h eh a r d w a r ea n d s o f t w a r eo ft h em o n i t o r i n gs y s t e mw e r ed e s i g n e ds e p a r a t e l y t h eh a r d w a r ep a r ti n c l u d e s d e t e c t i o na n dd i s p l a yc i r c u i t ，w h i c hi m p r o v e dt h em o n i t o r i n gs y s t e m 1 1 1 ed e t a i l e d d e s i g no ft h ec o n t r o ls o f t w a r ea n dt h em a i nf l o we h a r tw e r eg i v e ni nt h es o f t w a r e p a r t k e y w o r d s ：p l u g - i nh y b r i de l e c t r i cv e h i c l e ( p l u g - i np h e v ) ；s o ce s t i m a t i o n ；r b f n e u r a ln e t w o r k ；s u p p o r tv e c t o rr e g r e s s i o na l g o r i t h m i v 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 混合动力汽车的研究背景 自1 8 8 6 年第一辆汽车诞生以来，汽车为人类文明作出了巨大贡献，成为人们 生产和生活中必不可少的一种交通运输工具。汽车工业不仅是许多国家的支柱型产 业，更是衡量一个国家现代化水平的重要标志。但是，汽车在给人类社会带来巨大 便利和经济利益的同时，也带来了严重的能源问题和环境问题。 能源问题目前已成为世界十大焦点问题之首。随着社会的发展进步，传统汽车 ( 主要以汽油和柴油为燃料) 保有量逐年增加，而世界石油储量正在迅速减少，据 保守预测，石油资源将在3 0 , - , 4 0 年后枯竭，而我国目前已经面临石油资源短缺的局 面。专家预测，到2 0 2 0 年中国石油需求量将达到5 6 6 0 亿吨，其中1 3 来自于汽 车，而中国的石油产量只有2 0 2 2 亿吨左右，届时将有近4 亿吨的石油缺口【l 】。 因此，能源问题成为制约汽车工业可持续发展的一个重要因素。 随着哥本哈根气候会议的召开，环境问题已经成为世界各国普遍关注的焦点问 题。汽车数量增多导致全球环境严重恶化。汽车使用中所产生的废气、噪声以及扬 起的尘土，对自然环境造成严重的污染并危害人体健康。汽车尾气的排放已经成为 我国大气污染的重要来源【2 】，联合国开发计划署发布的中国人类发展报告指出， 目前全球2 0 个空气污染最严重的城市中，中国就占1 6 个【3 】。 追于能源危机的持续加剧和环保问题的日益突出，世界各国政府、学术界、工 业界将目光投向了研究、开发、制造新型清洁高效的交通工具，纷纷加大了对电动 汽车的扶持力度，电动汽车迎来了快速的发展机遇。 日本的丰田汽车公司是世界上最早开始进行h e v 研究的汽车公司之一。1 9 9 5 年丰田公司成功开发了实用型混合动力轿车普锐斯( p r i u s ) ，并于1 9 9 7 年开始量产 并销售。p r i u s 是世界首款批量生产的、也是目前为止世界上最成熟的混合动力轿车。 其最高车速为1 6 0 k m h ，0 , - , 9 6 k m h 的加速时间为1 2 7 秒 4 1 。丰田于2 0 0 3 年重新设计 了第二代p r i u s ，该车的排放与传统的汽油车辆相比c 0 2 下降5 0 ，h c 、c o 和n o x 排放可以降低9 0 左右，燃油节省一半【5 】。普锐斯的正式量产上市标志着以混合动 力汽车为代表的新一轮汽车研发竞争的开始。本田公司分别于2 0 0 0 年和2 0 0 2 推出了 山东大学硕士学位论文 i n s i g h t 和d u a l n o t e ，其q a i n s i g h t 的燃油经济性为2 6 3 0 l 【i 】仉。 1 9 9 3 年9 月美国启动新一代汽车伙伴计划( p n g v ) 。目前，在美国4 7 个州的 2 1 个联邦实验室和5 l 所大学中，有1 2 0 0 多个p n g v 研究专案正在进行中。美国三大 汽车公司进行了一系列混合动力汽车技术的开发和研制工作。戴姆勒一克莱斯勒公 司于1 9 9 8 年推出其成果e s x 3 ，测试中e s x 3 的油耗为3 3 l 1 0 0 k m ，已经接近p n g v 计划所设定的标准- - 3 l 1 0 0 k r n 。福特汽车公司在2 0 0 2 年和2 0 0 5 年分别推出福克斯新 一代燃料电池混合动力轿车和e s c a p e 混合动力轿车。2 0 0 7 年通用推出的6 款节能环 保概念车中就有两款混合动力汽车：土星a u r a g r e e n l i n e j g l 雪佛兰t a h o e 7 , s l 。 与此同时，欧洲各大汽车厂商也纷纷推出了混合动力汽车。法国b e 集团先后 推出贝灵格型和萨拉型混合动力汽车。瑞典沃尔沃公司也开发出基于沃尔沃f l 6 卡车改装的混合动力汽车，最高时速可达9 0 k m 。德国大众汽车公司推出的“济科 混合动力电动微型汽车，最高车速为1 3 1k m h ，0 , - , 8 0k m h 的加速时间为1 9 秒【9 1 。 我国也非常重视混合动力电动汽车的研究与开发，有关工作开始于上个世纪 9 0 年代。电动汽车项目在“十五”与“十一五 期间，被列入“8 6 3 计划1 2 个 重大专项之一。在“十五期间，科技部组织北京理工大学、清华大学、东风汽车 公司等国内多家高校、企业和科研机构进行联合攻关，确定了以燃料电池汽车( f u e l c e l le l e c t r i cv e h i c l e s ，f c e v ) 、混合动力电动汽车( h v b r i de l e c t r i cv e h i c l e ，h e v ) 、 纯电动汽车( e l e c t r i cv e h i c l e ，e v ) 车型为“三纵 ，多能源动力总成控制系统、 驱动电机及其控制系统、动力蓄电池及其管理系统三种共性技术为“三横”的“三 纵三横”研发布局；之后，节能与新能源汽车的研发又被列入“十一五 8 6 3 计划 重大项目。2 0 0 8 年北京奥运会上，2 5 辆由东风汽车和第一汽车集团提供的混合动 力公交客车在奥林匹克公交线路上运行。2 0 0 9 年，上汽、一汽、东风、奇瑞等国 内十家整车企业联合成立了“电动汽车产业联盟 ，并签署电动汽车发展共同行 动纲要，意在联手攻克节能与新能源汽车在产业化过程中遇到的种种难关。预计 到2 0 1 1 年，我国要形成5 0 万辆纯电动、充电式混合动力和普通型混合动力等新能 源汽车产能，新能源汽车销量占乘用车销售总量的5 左右【7 8 ，- o l 。 1 2 混合动力汽车的分类 目前电动汽车大体分为三类：纯电动汽车( e v ) 、燃料电池汽车( f c e v ) 和混合 2 山东大学硕士学位论文 动力汽车( h e v ) 【l l 】。纯电动汽车和燃料电池车被认为是交通领域解决能源和环境 问题的终极理想目标车型。纯电动汽车单纯依靠电池给汽车提供能量，可以实现零 排放。单次充电的续驶里程可达1 0 0 - 2 0 0 k m ，但由于受动力电池技术的制约，对于 实现长距离行驶还没有取得突破性进展。另外其较高的初始成本也使其不能与传统 燃油汽车抗衡，难以实现大规模商品化生产。燃料电池汽车是通过利用氢、氧在常 温下电化学反应产生的电能来驱动汽车，也可以实现零排放，但是目前存在着成本、 技术和氢能源基础设施建设等问题，很难实现产业化。混合动力汽车是在电动汽车 发展过程中出现的一种低油耗、低排放、续驶里程长、价格适中、融合了纯电动汽 车和传统燃油汽车优点的新型汽车。根据国际电子技术委员会( i n t e r n a t i o n a l e 1 e c t r o t e c h n i c a lc o m m i s s i o n ，i e c ) 的定义，混合动力汽车是能够根据特定的运行 要求，从两种或两种以上能量源、能量存储器或转化器中获取驱动力的汽车。它可 以将电动汽车的行驶里程延长2 - - 4 倍，相比传统燃油汽车，混合动力汽车具有良好 的燃油经济性和极低的排放，并且无需改变现有的能源供应基础设施，正日益受到 广泛的关注【5 , 6 , 1 1 , 1 2 。 这里所说的混合动力汽车( h e v ) 指的是被人们广泛接受的“油一电 混合动 力汽车，即采用发动机和动力电池共同驱动的混合动力汽车。h e v 一般有以下两 种分类方法： ( 1 ) 按照动力驱动系统配置和组合方式的不同，h e v 可以分为串联式、并联 式、混联式和复合式【4 ，1 3 】，各种混合动力汽车的功能框图如图1 1 所示。 串联式的主要特点是发动机、发电机和电动机以串联形式连接，发动机输出的 机械能首先通过发电机转化为电能，转化后的电能一部分用来给蓄电池充电，另一 部分经由电动机和传动装置驱动车轮。串联式混合动力汽车结构简单，控制系统的 实现相对容易。不足是：发动机的输出需先转换成电能，再转换成机械能，能量转 换效率低，使得燃油能量的利用率低。 并联式的主要特点是可由发动机和电动机共同驱动或各自独立驱动；发动机作 为主动力装置，电动机作为辅助动力装置，车辆需要大功率输出时( 如爬坡、加速) ， 通过功率叠加，电动机协助发动机驱动车辆。与串联式相比，并联式的驱动模式更 灵活。由于发动机通过机械传动机构直接驱动汽车，能量的利用率比串联式要高， 进而使得燃油经济性更高，但并联式混合动力汽车发动机的运行情况容易受路况影 3 山东大学硕士学位论文 响，因此适宜在城市间公路和高速公路上稳定行驶的工况。 混联式混合动力汽车是串联式和并联式的综合，工作方式比较灵活：车辆低速 行驶时以串联工作方式为主，高速稳定运行时以并联工作方式为主。混联式充分发 挥了串联式与并联式的优点，同时有效地弥补了串联式与并联式的不足。缺点是与 串联式相比，增加了发动机与传动机构的机械动力传递线路，与并联式相比，增加 了发电机，因此结构复杂，成本较高，其控制系统也更复杂。 相比于前面三种结构，复合式混合动力汽车结构更为复杂。复合式与混联式结 构类似，两者的不同在于复合型中的电动机允许功率双向流动，从而使得复合式混 合动力汽车的运行模式更为多样化，一般用于双轴驱动的复合式系统。复合式结构 也具有结构复杂和成本高的缺点。 ( a ) 串联式 ( c ) 混联式 b ：电池g ：发电机o ：油箱 e ：发动机m ：主电机 i ：逆变器t ：传动系统 ( b ) 并联式 ( d ) 复合式 一电气连接 一机械连接 一油路 图i - i 混合动力汽车的分类 ( 2 ) 根据所采用的电力驱动功率的大小，混合动力车辆有四种类型【1 4 1 ，即： 微混合电动汽车、轻度混合电动汽车、全混合电动汽车和可外接充电式混合电动汽 车。如图1 2 的拓扑图形所示。 4 山东大学硕士学位论文 并 联 混 合 目； 联 混 合 依靠电池驱动机车的 的比例动力源比例 1 l上 一 传统汽车 ：翼燃 嘉 。纯燃料电池电动汽 电动机 图1 2 混合动力汽车的拓扑分类 由图1 2 知：以纯电动汽车为分界，上半部分为并联混合系统，下半部分为串 联混合系统。在并联系统中，车轮同时由内燃机和电机驱动；在串联系统中，驱动 车辆的动力源只有电机。 微混合电动汽车( m i c r oh y b r i de l e c t r i cv e h i c l e ) 在微混合动力电动汽车的两种动力源中，电机仅作为内燃机的起动机发电机 使用，电机功率较小，依靠电池的比例也很小，而内燃机功率则较大。一般它的控 制策略是：只要车辆停止，发动机便熄火，以利节油；车辆起动时，电动机立即加 速车辆，同时起动发动机；巡航时，发动机单独驱动车辆，电机不提供车辆行驶的 附加力矩；车辆加速时，发电机辅助发动机加速车辆至希望的速度；制动时发电， 实现能量回收。微混合可实现2 4 的节油效果。 轻度混合电动汽车( m i l dh y b r i de l e c t r i cv e h i c l e ) 与微混合相比，该种类型的混合动力电动汽车电池配置容量较大，驱动车辆的 两种动力源中电机功率所占比例增大，内燃机功率所占比例减少；采用单独的电机 来辅助发动机工作，但不能单独驱动车辆。节油可达1 0 - 2 0 。 全混合电动汽车( f u l lh y b r i de l e c t r i cv e h i c l e ) 一ft土l广上ft上 山东大学硕士学位论文 该种类型的混合动力电动汽车的电池容量比轻混合系统电池容量更大，驱动车 辆的两种动力源中，电机功率的比例也更大，一般是发动机最大功率的4 0 左右； 电机和发动机可以独立或者一起驱动车辆；控制系统更为复杂，以便具有最佳的能 量和功率管理。节油可达2 0 - 4 0 。 可外接充电式