高品質(zhì)混合動力汽車能量管理系統(tǒng)的設(shè)計

意大利“工業(yè)2015”框架工程中，包括了汽車產(chǎn)品開發(fā)的HI-ZEV項目。HI-ZEV項目旨在開發(fā)面向歐盟及美國市場的高品質(zhì)混合動力汽車。能量管理系統(tǒng)的性能、成本和耐用性對于開發(fā)高品質(zhì)混合動力汽車至關(guān)重要，是高品質(zhì)混合動力汽車開發(fā)的重點。為此，針對HIZEV項目中的混合動力汽車能量管理系統(tǒng)的設(shè)計和驗證過程進行了分析介紹。

設(shè)計能量管理系統(tǒng)之前需要完成整車布置的設(shè)計。HIZEV項目所設(shè)計的原型車為一輛電動跑車，為了滿足動力性要求，其上裝配一臺最大功率為300kW的發(fā)動機和一臺最大功率為150kW的電機。發(fā)動機與電機的布置結(jié)構(gòu)采用并聯(lián)式結(jié)構(gòu)，發(fā)動機置于后部僅驅(qū)動后橋，電機置于前部僅驅(qū)動前橋。考慮到電機的最大功率、整車質(zhì)量和空間，該項目最終采用最大瞬時功率175kW、容量6kWh的電池組，并將其安裝在駕駛員側(cè)面，采用風(fēng)冷式散熱方法。由于電池組中鋰電池單元的性能對溫度十分敏感，因而設(shè)計能量管理系統(tǒng)最關(guān)鍵的是實現(xiàn)對電池組溫度的控制。為分析電池組工作時的溫度變化，需要對電池組進行建模。建模時，將電池單元看作具有多個串聯(lián)相移電路（RC電路）的發(fā)動機，同時采用強制對流模型模擬電池組外部空氣流動。通過改變電池組中電池單元的間隔，實現(xiàn)不同的散熱情況，結(jié)合電池組空間限制，最終確定電池單元間隔13mm的最優(yōu)值。對該結(jié)果進行驗證時，設(shè)定環(huán)境溫度23℃，以及純電動行駛和混合動力行駛兩種駕駛情形。純電動行駛時，考慮50%的制動能量回收，采用高速公路循環(huán)工況?；旌蟿恿π旭倳r，采用競賽汽車測試循環(huán)工況ARTEMIS。結(jié)果顯示：①純電動行駛條件下，電池荷電狀態(tài)（SOC）達到10%時，汽車行駛41km，平均功率8.6kW，電池組溫度不超過1℃，每公里消耗電能0.126kWh；②混合動力行駛條件下，汽車行駛14km（典型比賽約10km），最高車速達到250km/h，平均功率60kW，電池組溫度增加11℃，每公里消耗電能0.32kWh；③兩種行駛條件下，電池組的最高溫度均低于極限溫度50℃，開發(fā)的電池組模型可作為電池系統(tǒng)設(shè)計階段的有效工具。

Fernando Ortenzi et al.SAE

2015-24-2544.

編譯：李臣