混合动力电动车动力系统的研究论文

毕业设计论文摘要：能源和环境的压力使得电动汽车迎来了发展的高潮。随着电子技术的成熟，已有多种电动汽车产品投放市场。纯电动汽车由于各种原因难以保证续驶里程，因而混合动力车辆成为目前发展的重点。合理有效的控制策略是实现整个混合动力系统效率最优的关键。相比传统的控制模式，论文提出了车辆行驶区间功率平衡的功率实时自适应调节控制策略。该策略很好的解决了车辆行驶时辅助动力系统与蓄电池组之间的功率分配，并且驱动电动机采用功率控制模式以及多级动力输出切换策略，有效的控制了蓄电池的充放电电流，从而提高了整车效率。控制策略建立了混合动力系统优化选型的基础。辅助动力单元(APU)控制系统、矢量控制交流调速驱动电动机的制动能收系统以及多级动力输出管理系统和电池管理系统组成了整个混合动力系统。基于功率自适应调节控制模式的混合动力多能源管理系统将这些子系统有机联系调配。自行研制开发的电动汽车运行数据采集分析系统采集频率达到1Hz,有海量存储和很好的抗干扰性，具有良好的通用性和数据传输能力，适应各种电动车辆的运行数据采集，为其性能指标的评价以及后续研究工作提供真实准确的数据基础。关键词：混合动力系统，控制策略，自适应控制，多能源，功率分配DevelopmentofhybridelectricbuspowersystemAbstract:Pressureonenergyandtheenvironmcarsusheredintheclimaxofdevelopmelectricvehiclesbecauseofvariousreasonsdifficulttoguaranteecontinueddrivingmileage,hybridReasonableandeffectivecontrolstrategconventionalcontrolmeffectivecontrolofthebatterycharginganddischatherebyincreasingthevehicleefficiency.Controlstraabasisforoptimizationofthehybridsystemselection.Auxiliarymanagementsystemsandbatterymanagementsystemconsistingofentirehybridsystem.Multipleendeploymentofthesesubsystemsorganichybridbasedadaptivepowercontrolmode.Developeditsownelectricvetransmissioncapabilitytoadapttoavaribasedondataevaluationandfollow-upr1电动汽车发展20世纪是汽车文明的世纪，汽车工业的飞速发展在给人类带来极大的便利的同时，也给地球环境带来了极大的破坏。70年代后，能源和环境的压力一直推动着汽车新技术朝着低油耗低排放的方向发展。而电动汽车几经沉浮又迎来了新的机遇。相对于传统技术而言，电动汽车技术是一种全新的高科技含量的技术。面对逐渐严格的汽车排放要求，汽车生产商降低汽车排放的方法主要是从改进汽车燃料和改善汽车燃料使用过程两方面重手，电动车车辆也不列外。纯电动汽车和燃料电池汽车利用了新的能量载体氢能和电能，从而实现了车辆行驶过程的零排放，混合动力电动汽车利用电池/点击系统的替代和调节作用，使车辆的热机始终工作在较高的效率和较低的排放区间，从而降低油耗，降低燃油的经济性。混合动力电动车辆也属于电动车辆的一种，是通过利用电池/电机在车辆驱动的作用、充分发挥传统内燃机的作用充分发挥传统内燃机的特点，克服了传统内燃机的特点，从而达到节能和减排。混合动力车辆技术是以传统的内燃机技术为基础,可以充分的利用现有的成熟的车辆配件和整车生产体系，大大降低了技术实现的难度和和成本，也增加了新技术的稳定性和可靠性，同时也不改变车来你过得使用方式并利用现有的燃油供应系统，减少了社会配套资本的投入，有利于新技术的尽混合动力电动汽车在传统车辆技术上发展起来，充分利用了传统车辆的成熟技术和现有的电机/电池及控制技术，又可以与各种替代燃料与车辆技术相结合，使车辆排放满足超低排放的标准，实现环境保护的同时也可以降低车辆的燃油消耗,从而降低石油燃料消费需求，有利于满足国家能源多样化的要求。混合动力电动车辆技术还可以根据电池技术的发展和国家电力系统的供应情况，不断增加电动车3混合比混合动力车辆技术对目前发展中的高级车辆技术，替代燃料车辆技术等很宽的适应性，他可以很方便的与这些技术相结合，在改善车辆燃料消2混合动力电动汽车分类混合动力电动汽车是指由两种或两种以上的储能器、能量或转换器作为驱动能源，其中至少有一种能提供电能的车辆。混合动力车有多种分类方法，可以按照驱动系结构划分，按照混合度大小分，按照是否依赖电网充电等。2.1按驱动系结构分类串联式混合动力电动汽车(SHEV),它是指发动机输出的机械能首先通过发电机转化为能，转化后的电能一部分用于给蓄电池充电，另一部分经由电动机和传动动汽车(PHEV),它采用发动机和电动机两套独立的驱动系统驱动车辆。混联式混合动力电动汽车(PSHEV),它在结构上综合了串联式和并联式的特点，与串联式相比,它增加了机械动力的传递路线，与并联式相比，它增加了电能的传输路线。按混合度太小，即是按电池在混合动力车辆行驶中的作用可分为轻度混合(mldhybrid)前进：在全混合动力电动车辆中电池可以提供车辆一定的纯电动行使范围，电机可以单独驱动车辆前进。按照是否依赖电网充电可以分为电量依赖(Rechargedependence)型混合动力车辆和电量维持(Rechargeindependence)型混合动力车辆。电量依赖性混合动力车辆的形式依赖于来自外部电网的电能，当电池能量耗尽时车辆无法继续行驶，只有在重新充电后才能继续行驶。电量维持型混合动力电动汽车虽然也可利用外界电网的电能，但可以不依赖来自电网的电能，而通过翠载内燃电动车辆电动车辆续行里程机为了评价混合动力驱动系中组成部件功率间的分配比例，提出混合比的概念(以双混合动力驱动系统为例)3.1并联混合比电动车辆电动车辆线行里程意种型双槐式型助力型发动机功率Pie普道内燃机车辆R具体到发动机/电动机混合动力驱动系统，给出的具体说明如下：按照混合比系数的变化，发动机/电动机混合动力驱动系的具体归类如图卜1所示，即具有三种基本类型：续行里程延伸型、助力型和双模式型。续行里程延伸型混合动力车辆的设计思想为在普通电动车辆上增加一附加的车戡能源并及时为蓄电池补充充电或承担部分的车辆行驶功率，减少蓄电池的能量消耗，延长电动车辆的续行里程。通常，续行里程延伸型混合动力车辆都装备有一个较大容量的电池组和一个小型的附加车载能源(如发动机/发电机组),混合比比较大，适用于对排放严格限制的市区车辆；助力型混合动力车辆的设计思想为在普通内燃机车辆(或无蓄电池的电动车辆)上增加一附加的电传动系(或辅助蓄电池)以优化内燃祝(或发电机组)的工作特性，提高车辆的燃料经济性和降低排放，具有良好的节能潜力；双模式型混合动力车辆综合了上述两种类型的特点，可以以零排放行驶相当长的距3.2串联混合比FFPFTPMEEMMFPBBETEFP00按照辅助动力源(发动机一发电机组)功率值的大小不同，动力车辆有两种典①电力主动性HEV(电量消耗型HEv),发小.不足以维持电池组的荷电状态(SOC),因此属于电量消耗型HEV。车辆行驶后的电池组SOC低于初始值.需外界能源补充充电；②发动机主动型I-t-EV(电量维持型HEV),发动机功率占整个系统功率的百分比较大，电池组仅提供车辆行驶时的峰值功率。车辆行驶前后，电池组SOC基本维持不变，相应的车载电池组容量可典型串联式混合电动车辆的工作模式如图I—2:(1)车辆起动、加速行驶以及高速和爬坡行驶工况时，发动机和蓄电池组共同向车辆提供功率输出。工作模式如图1.2(A)(2)车辆正常行驶(中等功率需求)以及车辆滑行工况时.发动机向蓄电池组和车辆提供功率输出，同时弥补SOC的衰减,工作模式如图1.2(B)。(3)车辆行驶于对排放要求较高的区间时，整车功率需求全部由蓄电池供给，车辆为纯电动工作，这时车辆的SOC降低较快，工作模式如图1-2(C)。(4)车辆在减速，铸0动工况，当车载蓄电池组电量偏低时，电动机回收车辆部分动能以向蓄电池组充电，同时发动机.发电机组的全部功率输出流向蓄电池组，工作模式如图1.2(串联式混合动力系统能量效率分析3.3混联式混合比FEFTTETBPMBPFETFETPMBPM图1一3典型并联混合电动车辆工作模式在典型的并联式混合动力系统中，发动机以常规模式(传统汽车的工作模式)工作，但只承担部分车辆驱动行驶功率。典型的混联式混合电动车的工作模式如图1.3(1)车辆起动、轻载行驶时，发动机关闭，车辆由电动机单独驱动，工作模式如图1.3(A)。(2)车辆正常行驶时由发动机单独驱动，加速、爬坡时，电动机和发动机同时工作，工作模式如图1.3(B)。(3)车辆在减速/带4动工况，当车载蓄电池组电量偏低时，电动机回收车辆部分动能以向蓄电池组充电，工作模式如图1.3C)。(4)典型并联式混合动力系统在电池组SOC过低时，不能利用发动机对其随车充电，只能采用外界电源补充充电，工作模式如图1—3(D)。混联式：混联式混合动力电动汽车兼有串联式和并联式混合动力电动车的特辆运行时，前一种主要是发动机起作用，而后一种主要是电动机起作用。下面就较为典型的一种混联式混合电动汽车驱动系统进行分析。所以发动机处于关闭状态，而由电动机单独驱动车辆，工作模式如图1-4(A)(2)车辆正常行驶或节气门全开、车辆加速工况时，发动机和电动机一起工作，共同提供车辆所需功率。两种工况的区别在于，车辆正常行驶的功率仅由发动机，同时驱动发电机提供，而节气门全开加速行驶时，其功率由蓄电(3)车辆制动或减速行驶时，电动机工作于发电模式在蓄电池组电量较低时回收车辆部分动能，工作模式如图1.4(D)。(4)车辆行驶中当蓄电池组电量较低时为其充电，发动机一部分功率4混合动力电动汽车特性比较4.1.1优势(1)发动机的发电机组所发出的电能向电池组充电，用于补充电池组的电量损(2)SHEV的发动机.发电机组的发动机并不跟随外界工况而大范围波动，能够保持在稳定、高效和低排放的状态下运转，可以获得较高的燃油经济性和低的排(3)SHEV采用电动机直驱的动力驱动方式，实现了车辆的无级变速，具有良好的操作性和加速动力性，该特点更加趋近于EV;一方面免去了二者的动力合成，这也是其他形式的混合动力系统的一大难点，从而污染”状态的行驶。这对于在工况比较复杂的城市道路(后续章节将具体介绍)下有频繁起步加速的城市车辆来说有着较大的发展空间。4.1.2劣势(1)SHEv驱动动力来自于电机，从而使得驱动电。所以在动力匹配时，驱动电机必须考虑要有较大的功率，对应的电机有较大的外形尺寸和质量，在增加了布置难度的同时也增加了车辆自重。由于城市工况的变工况较多，所以电机很难保持在高效率工作，因而驱动效率较低。(2)要实现城市道路的纯电动行驶和车辆功率的调峰作用，必须要求大容量电(3)在发动机～发电机一电动机混合动力系统中的机械能一电能一机械能转换过程中，能量损失较大；在电池组的充放电过程中也不可避免的存在能量损耗，所4.2并联式4.2.1优势(1)PHEV只有发动机和电动/发电机两个动力总成，PHEV的两身的功率可以等于50%～100%的车辆驱动功率，比SHEV的三个动过程中，除摩擦损失外没有机械能一电能一机械能的能量转换损失，能量转换总的综合效率要比SHEV高。在车辆由大功率输出时，电机可以与发动机协同要求可以选择较小。与此对应的电动机质量和体积较小，与他们配套的电池组的容4.2.2劣势(1)发动机驱动模式需要配备与内燃机汽车相同的传动系统，在总布置上基本与内燃机汽车相同，动力性能接近内燃机汽车。发动机的工况会受到PHEV行驶工(2)发动机驱动模式需要装置离合器、变速器、传动轴和驱动器等传动总称，另外还有电机、电池组、以及动力合成装置等，因此PHEV的多能源动力系统结构4.3混联式4.3.1优势(1)PSHEV是在PHEV的基础上，再增加电动/发电机(或驱动电动机),因此PSHEV是由三个动力总成组成，三个动力总成的(本身)功率可等于50%～100%的可以有多种驱动模式和混合驱动模式供选择，可以使FSHEV的节能最佳，有害气体之间动力传递过程中除摩擦损耗外，没有机械能一电能一机械能的转换损失,能量转换总的综合效率要比内燃机汽车高。驱动电动机可以独立驱动车辆行驶。在车辆起步时，发挥电动机低速大扭矩的特征，带动车辆起步，在城市中实现“零(3)在车辆需要最大输出功率时，驱动电动机可以给发动机提供额外(2)在PSHEV上需要配备两套驱动系统，发动机传动系统需要装置离合器、变速器、传动轴和驱动桥等传动总成。另外还有电动/发电机、驱动电动机、减速器、动力电池组以及为多能源动力组合或协调发动机驱动力与驱动电动机驱动力的专用装置。因此PSHEV的多能源动力系统结构复杂，总布!1雾!也更加困难。(3)多能源动力的匹配和组合有不同的组合方式，需要装配复杂的多能源动力总成控制系统，才能达到高的经济性和“超低污染”的控制目标。结论：不同型式的混合动力电动汽车在不同的使用条件下各有优势，不能简本课题来源于武汉市电动城市客车的开发项目。课题的主要(2)武汉市城市公交工况分析与串联式混和动力客车运用于城市公交[1]陈清泉，孙逢春.混合电动车辆基础.北京理工大学出版社，2001.11[2]陈淆泉，孙逢春，祝嘉光.现代电动