王 佳

（西安蘭德新能源汽車技術(shù)開發(fā)有限公司，陜西 西安 710043）

增程/插電式電動商用車控制策略和經(jīng)濟(jì)性分析

王 佳

（西安蘭德新能源汽車技術(shù)開發(fā)有限公司，陜西 西安 710043）

對一款增程/插電式電動商用車進(jìn)行研發(fā)。設(shè)計了該電動車輛的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分析了其工作原理?；谥袊湫统鞘泄r下進(jìn)行了車輛的行駛仿真，得到了增程/插電式商用車的油耗和經(jīng)濟(jì)性。

增程/插電式商用車；控制策略；經(jīng)濟(jì)性

CLC NO:U461.91Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)08-77-02

引言

近年來，環(huán)境污染不斷加劇，石油等化石燃料也面臨著耗竭的危險，發(fā)展新能源汽車已經(jīng)成為人類避免危機(jī)的現(xiàn)實需求，同時，也是我們國家走向汽車工業(yè)強(qiáng)國的必由之路。純電動汽車、混合動力汽車和燃料電池汽車也成為新能源汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的“三橫”。其中，以零排放為顯著特點的純電動汽車在現(xiàn)階段尚受制于動力電池組價格昂貴和無法滿足長距離續(xù)駛歷程的要求，其發(fā)展還需要跨過電池這道難關(guān)。作為過渡階段的產(chǎn)物，增程/插電式電動汽車有效融合了純電動汽車和混合動力汽車各自的優(yōu)點，由于該車型配置了較多的電池數(shù)，且能夠通過外接電網(wǎng)進(jìn)行充電。因此，在常規(guī)需求里程下，可以在純電動模式下行駛，當(dāng)需要的里程數(shù)超出純電動行駛能力時，通過啟動車載的發(fā)動機(jī)-發(fā)電機(jī)組驅(qū)動車輛行駛并為動力電池組提供能量。由于該車輛較好地融合了純電動汽車和傳統(tǒng)混合動力車輛各自的優(yōu)點，目前成為各大汽車廠商的研究熱點之一。

1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

本文以一款正在研發(fā)的增程/插電式電動商用車為研究對象，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。整車由一臺永磁磁阻電機(jī)通過主減速器與驅(qū)動橋半軸相連為車輛提供動力。電池組選擇為錳酸鋰電池，電壓等級約為588V，與驅(qū)動電機(jī)為電氣連接。同時，電池組通過一個可以外接電網(wǎng)的充電插頭，實現(xiàn)對自身的充電。同時，由一臺柴油發(fā)動機(jī)和一個發(fā)動機(jī)組成車載發(fā)電機(jī)組，既可以為車輛的行駛提供電能，還可以為電池組進(jìn)行電能的補(bǔ)充。

由于驅(qū)動電機(jī)可以在一個較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)連續(xù)工作，并且可以提供較大的驅(qū)動力矩，可以看到，在傳動系統(tǒng)中省去了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車輛的變速箱，這樣不僅使車輛的布置更加緊湊，還有效地降低了整車成本。

另外，由于發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)組成的發(fā)電機(jī)組與傳動系統(tǒng)沒有直接的機(jī)械連接，它的工作點可以進(jìn)行靈活合理地設(shè)置，以實現(xiàn)較好的燃油經(jīng)濟(jì)性。例如，在發(fā)電機(jī)組在單點工作模式下可以使發(fā)動機(jī)在最低燃油消耗率點工作。為了提高輸出功率的靈活性，還可以將發(fā)動機(jī)的工作點設(shè)定了燃油消耗率較低的兩個點，甚至可以使發(fā)動機(jī)沿其最低燃油消耗率曲線

進(jìn)行發(fā)電。

2、基于規(guī)則的控制策略

對于增程/插電式電動商用車而言，通常有兩種工作模式：當(dāng)車輛動力電池組SOC在設(shè)定的下限值之上時，車輛工作在純電動模式，通過使用電池組的電能驅(qū)動車輛行駛；當(dāng)電池組的SOC下降至設(shè)定的下限值時，由發(fā)電機(jī)開啟，給車輛行駛提供電能并為電池組提供電量。

從電池組的放電策略來看，常規(guī)的增程/插電式電動商用車控制策略包含兩個階段[1]：1）電池組充電-發(fā)電階段，即CD階段（Charge-Depleting）；2）電池組充電-維持階段，即CS階段（Charge-Sustaining），如圖2所示。即電池組從滿電狀態(tài)開始一直使用電池電量驅(qū)動車輛行駛，當(dāng)電量下降至下限時，車載發(fā)電機(jī)組工作為車輛提供動力，同時維持電池的SOC在一個合理的范圍。

因此，成熟的控制策略基于上述原理通過制定一定的規(guī)則來實現(xiàn)。當(dāng)電池組SOC大于30%時，電池組工作，車輛發(fā)電機(jī)組關(guān)閉；當(dāng)電池組SOC小于30%時，車輛發(fā)電機(jī)組開啟和電池組協(xié)同工作，直到行程結(jié)束。

3、仿真分析

表1 車輛參數(shù)表

為了對整車的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，選擇中國典型城市工況進(jìn)行仿真[2]，如圖3所示，并在Matlab中進(jìn)行能耗計算[3]。電機(jī)的外特性如圖4所示，其最大功率和額度功率分別為200kW和100 kW，其最大扭矩和額度扭矩分別為2500N.m和1250N.m，如圖4所示。整車的參數(shù)如表1所示。

通過仿真計算，并將消耗的電池組電量折算為燃油，得到等效的百公里油耗約為28.7L。

4、結(jié)論

對一款增程/插電式電動商用車進(jìn)行了研發(fā)，分析了其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理。基于中國典型城市工況進(jìn)行了仿真分析，得到了該車輛的等效百公里油耗為28.7L，為其進(jìn)一步優(yōu)化提供了參考。

[1] J. Kwon. Impact of Drive Cycles on PHEV Component Requirements[C]. SAE Paper..

[2] 中國汽車技術(shù)研究中心. QC/T759-2006 汽車試驗用城市運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán). 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn), 2006.

[3] 解少博 劉璽斌 王佳. 汽車技術(shù)[J].增程式電動環(huán)衛(wèi)車能量管理策略仿真研究, 2014第7期.

Control Strategy and Economic Analysis of an Extended-range/Plug-in Electric Vehicle

Wang Jia
(Xi’an Lande New Energy Vehicle Technology Development Co., Ltd, Shaanxi Xi’an 710043)

An extended-range/plug-in electric vehicle is developed. The structure of the vehicle is designed and the working modes are analyzed. Based on the Chinese urban city driving cycle, the simulation is realized, and finally the fuel consumption are indicated, which can be as a reference for the electric vehicle design.

Extended-range/Plug-in electric vehicle; control strategy; Economic analysis

U461.91 文獻(xiàn)標(biāo)示符：A

1671-7988(2014)08-77-02

王佳，就職于西安蘭德新能源汽車技術(shù)開發(fā)有限公司。