插电式混合动力汽车能量管理研究

为应对能源和环境危机,世界各国都在致力于新能源汽车的开发。插电式混合动力汽车(Plug-in Hybrid Electric Vehicle,PHEV)克服了纯电动汽车续航里程短和传统混合动力汽车燃油替代率不高的缺陷,被认为是当前最具有发展潜力的新能源汽车。针对现有EV-CS能量管理控制策略存在电能量损耗大以及在CS阶段整车能量利用率不高的问题,本文采用基于规则的思想,以数值仿真分析软件为研究分析工具,探索和建立一种新的能量管理控制策略。 本文首先介绍国内外PHEV研究现状,对比分析各类PHEV动力系统结构及特点,选择以混联式PHEV作为本文研究对象,并设计了具有两个机械耦合器的混联式PHEV动力系统结构。 根据PHEV整车动力性能指标,对PHEV动力系统各部件进行选型和参数匹配设计,包括发动机、电动机、发电机以及动力电池等。为对比分析本文控制策略优势,本文还对动力性能相当的传统汽车和基于规则的EV-CS控制策略的PHEV整车动力系统进行了动力系统参数匹配设计,并作为本文燃油经济性和排放性对比车辆。 本文重点分析了目前应用较广的EV-CS控制策略,针对该控制策略的不足,如：动力电池组存在高电流放电,电能量损耗大以及在CS阶段整车能量利用率不高,本文设计了一种基于规则的CD-CS控制策略：在CD阶段,主要以消耗存储在动力电池组中的电能为主,但是,当需求转矩位于或者高于发动机最佳运行区域时,发动机可以启动,单独或者与电动机一起驱动车辆；在CS阶段,将需求转矩和动力电池组荷电状态作为发动机运行状态控制参数,合理分配发动机输出转矩的同时将动力电池组荷电状态维持在一定目标范围内。从而解决了传统EV-CS控制策略存在电能量损耗大以及在CS阶段整车能量利用率不高的问题。 本文以MATLAB和ADVISOR仿真软件为平台,建立动力系统各部件仿真模型,通过数值仿真,进行整车动力性验证、燃油经济性和排放性分析。对比分析了传统汽车、基于传统EV-CS控制策略和本文CD-CS控制策略的PHEV燃油经济性和排放性,结果表明,CD-CS控制策略能实现较好的燃油经济性和排放性。本文进一步研究了行程、循环工况对PHEV油耗的影响,结果表明：1)基于本文CD-CS控制策略的PHEV不仅在电量消耗里程内具有良好的节油效果,在电量保持阶段也具备一定的节油效果；2)不同循环工况下,PHEV燃油经济性有很大差异。 论文最后对所设计的PHEV控制策略及其仿真结果进行了总结,指出了其中的不足之处并对今后研究工作进行展望。