【《混合动力汽车（HEV）动力系统建模和电池数学模型综述》1400字】

混合动力汽车（HEV）动力系统建模和电池数学模型综述HEV动力系统建模混联式混合动力汽车是一种同时具有串联式、并联式驱动方式的混合动力汽车。与串联式不同的是，混联式动力传动系统的发动机可以作为动力源单独驱车。而与并联式不同的是，混联式动力传动系统同时具有发电机和电动机，使其在车辆行驶时能够互相配合，进而协调动力源之间的分配关系。混联式混合动力汽车的动力传动系统具有一定的复杂性，导致其在不同的动力需求下具有不同的工作模式，同样也使得能量管理策略的设计存在更大的挑战。本文以丰田Prius混合动力汽车作为研究对象，其结构如图2-1所示。该混动车型的动力传动系统主要由发动机、电机、蓄电池、发电机和行星齿轮构成。行星齿轮由太阳齿轮、过桥齿轮和环形齿轮构成，使其在运行过程中具有无级变速特性。HEV的主要参数如表2-1所示。图2-1混联式混合动力传动系统结构图表2-1混合动力汽车内部参数部件参数数值整车整车重量车胎半径迎风面积空气阻力系数滚动阻力系数空气密度1450kg0.2982m3.8m20.330.0151.293kg/m3电池容量6.5Ah发动机最大输出功率转动惯量50kW0.1kg·m2发电机最大输出功率转动惯量30kW0.0265kg·m2电动机最大输出功率转动惯量50kW0.035kg·m2假设在行星齿轮中，各齿轮之间的啮合连接属于刚性连接关系，因此其转速和转矩之间关系可以作如下表达： (2-1) (2-2)式中——齿圈转矩(N·m)；——太阳轮转矩(N·m)；——过桥齿轮转矩(N·m)；——齿圈转速(rad/s)；——太阳轮转速(rad/s)；——过桥齿轮转速(rad/s)；——齿圈半径(m)；——太阳轮半径(m)。假设在动力传动系统当中，行星齿轮与各动力源之间也属于刚性连接关系，因此行星齿轮与各动力源之间的转速关系如下： (2-3)式中——电动机转速(rad/s)；——发动机转速(rad/s)；——发电机转速(rad/s)。根据动力系统的传动关系，可以得到电动机转速和车速之间的关系如下： (2-4)式中——车速；——终端差分轴的传动比；车辆在正常行驶过程中，不考虑其横向和垂直方向上的变化，则车辆受到的力主要是驱动力以及行驶阻力。驱动力一般是由各动力源所提供的动力转矩给到驱动轮的力，行驶阻力主要包含空气阻力以及坡度阻力，车辆的纵向动力学模型可以表示为： (2-5)式中——差速齿轮传动效率；——牵引力转矩(N·m)；——制动转矩(N·m)；g——重力加速度(m/s2)；——重力加速度(m/s2)；考虑网联场景下的预测能量管理问题，其优化目标包含油耗和电耗，二者可以由以下方程来描述： (2-6) (2-7)式中——发动机转矩(N·m)；BSFC——燃油消耗速率(g/s)；——等效因子；——电池功率(KW)；——燃料的低热值。电池数学模型混合动力汽车的动力电池是设计能量管理策略时的重要部分，当车辆在行驶过程中电池不仅会充电，而且存在放电过程，在其内部会产生一系列化学反应，若考虑这些必然会导致建模困难，本研究过程中为方便起见，忽略温度变化对其内部的影响，对动力电池模型简化为图2-2所示的等效电路。图2-2电池等效电路图由电池等效电路图可知，电池可以等效为一个电压源和一个电阻串联而成的物理模型。根据基尔霍夫电压定律以及能量守恒可以得到电池总功率为： (2-8)式中——电池输出功率(kW)；——电流(A)——电池内阻()。电流可以由以下公式表达： (2-9)式中——电池开路电压(V)。电池存在充电和放电过程，电池通过电动机提供输出功率驱动车轮，为放电过程；而发动机工作时将多余的功率由发电机转化成电能储存在电池内部，属于充电过程。因此，电池的输出功率为： (2-10)式中，时，电池处于电动状态；时，电池处于发电状态。电池的荷电状态是描述电池放电能力的物理量，其在数值上等于电池剩余电荷量与额定容量的比值。通常情况下，电池