增程式混合動力汽車能量管理策略研究

宋文福 于忠貴 張志斌 王悅 郭宇

摘 要：文章對增程式混合動力汽車的工作模式進行了分析，并根據其運行模式，利用AMESIM軟件搭建了增程式混合動力汽車的仿真模型。以在整個NEDC循環工況運行范圍內電池的SOC基本不變的前提下盡量減少燃油消耗量為目標，對控制策略進行了仿真研究。研究結果表明，在較低速段采用純電驅動，在較高速段進行充電，并將發動機工作點控制在其最佳油耗點附近，能夠有效的改善整車的燃油經濟性。

關鍵詞：增程式混合動力汽車;控制策略;燃油經濟性

中圖分類號：U464 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）16-80-03

Abstract： The operating mode of the Extended-Range Electric Vehicles is analyzed in the paper， And according to the operating mode， the simulation model of the Extended-Range Electric Vehicles is constructed based on AMESIM. In order to reduce the fuel consumption as far as possible with lesser fluctuation of the battery SOC in the NEDC range， the control strategies of Extended-Range Electric Vehicles are studied.The results show it could reduce fuel consumption that the vehicle runs on electric energy of battery in lowwer velocity， and that it charges the battery with the engine running around the point of the least fuel consumption in higher velocity.

Keywords： Range extended electric vehicle; Control strategy; Fuel economy

CLC NO.： U464 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）16-80-03

1 引言

環境污染和能源短缺將會嚴重制約21世紀世界的發展，汽車作為環境污染和能源消耗的主要來源之一，其轉型升級也迫在眉睫。發展電動汽車、混合動力汽車以及燃料電池車已成為各國節能減排的重要舉措。其中，純電動汽車因為具有零污染、多能源和高效率的優點而被視為最理想的新能源汽車。在當前電池因能量密度低、成本高等原因限制了純電動汽車廣泛發展的情況下，與純電動汽車的結構和驅動原理最為接近的增程式混合動力汽車，因為僅通過增加一個發動機-發電機組（即增程器）就可以增加續駛里程而被認為是目前較理想的電動汽車過渡類型。

雖然增程式混合動力汽車由于具有蓄電池和增程器兩個能量來源而增加了續駛里程，但同時也增加了不同工況條件下需要確定能量來源的復雜性，進而增加了整車控制系統中能量管理策略的難度。在兩個能量來源間如何進行有效控制，提高能量轉換效率，進而改善整車的油耗和排放，逐漸成為增程式混合動力汽車需要重點研究的問題之一。[1]

增程器管理系統根據驅動電機的需求扭矩、蓄電池的SOC、車速等來控制增程器的工作點，即控制發動機的工作轉速和發電機的工作扭矩。目前增程器的控制策略主要有兩種：單點控制策略和功率跟隨控制策略。單點控制策略指的是增程器起動后，發動機僅工作于其最佳經濟區，發動機的輸出功率優先用于驅動車輛行駛，剩余功率用于為蓄電池充電。功率跟隨控制策略指的是增程器起動后，發動機以整車所需的功率為目標，沿著其最佳燃油經濟性曲線工作。在功率跟隨控制策略中，蓄電池的電量幾乎保持不變。[2]

最終確定整車的能量管理策略需要通過試驗來確定，但所需試驗周期長，成本高。為了有效的指導試驗，節約時間和成本，本文運用AMESIM軟件搭建了增程式混合動力汽車動力系統的仿真模型，并以在NEDC綜合循環工況運行始末狀態時蓄電池的SOC基本不變為前提，對不同控制策略下增程式混合動力汽車的燃油經濟性進行了仿真分析。

2 增程式混合動力汽車結構參數

3 仿真計算與結果分析

3.1 仿真模型的建立

根據增程式混合動力汽車的基本結構及工作原理，利用AMESIM軟件建立的整車仿真模型如圖1所示。

本文根據所研究車輛的具體信息，初步制定了兩種控制策略。在運行NEDC循環工況時，兩種控制策略的發動機運行轉速的變化如圖2所示：

控制策略一是在NEDC循環工況中低速階段（車速不大于32km/h）采用蓄電池供電，高速運行階段（車速不小于70km/h）采用功率跟隨，其余階段充放電的選取由需求扭矩及蓄電池SOC確定的控制策略（以下簡稱策略一）;控制策略二是在NEDC循環工況的前期，全部采用由蓄電池供電，然后在最后階段的高速工況進行單點控制充電，從而將運行前期所消耗的蓄電池的電能補充回來的控制策略（以下簡稱策略二）。

3.2 仿真結果及分析

在NEDC綜合循環工況運行始末狀態時蓄電池的SOC基本不變為前提的條件下，以這兩種控制策略為基礎計算的該增程式混合動力汽車的NEDC循環工況綜合油耗分別為4.41L/100km和4.22L/100km。

下面對這兩種控制策略的優缺點進行仔細的分析研究。