增程式混合动力汽车能量管理策略研究

宋文福 于忠贵 张志斌 王悦 郭宇

摘 要：文章对增程式混合动力汽车的工作模式进行了分析，并根据其运行模式，利用AMESIM软件搭建了增程式混合动力汽车的仿真模型。以在整个NEDC循环工况运行范围内电池的SOC基本不变的前提下尽量减少燃油消耗量为目标，对控制策略进行了仿真研究。研究结果表明，在较低速段采用纯电驱动，在较高速段进行充电，并将发动机工作点控制在其最佳油耗点附近，能够有效的改善整车的燃油经济性。

关键词：增程式混合动力汽车;控制策略;燃油经济性

中图分类号：U464  文献标识码：A  文章编号：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将会严重制约21世纪世界的发展，汽车作为环境污染和能源消耗的主要来源之一，其转型升级也迫在眉睫。发展电动汽车、混合动力汽车以及燃料电池车已成为各国节能减排的重要举措。其中，纯电动汽车因为具有零污染、多能源和高效率的优点而被视为最理想的新能源汽车。在当前电池因能量密度低、成本高等原因限制了纯电动汽车广泛发展的情况下，与纯电动汽车的结构和驱动原理最为接近的增程式混合动力汽车，因为仅通过增加一个发动机-发电机组（即增程器）就可以增加续驶里程而被认为是目前较理想的电动汽车过渡类型。

虽然增程式混合动力汽车由于具有蓄电池和增程器两个能量来源而增加了续驶里程，但同时也增加了不同工况条件下需要确定能量来源的复杂性，进而增加了整车控制系统中能量管理策略的难度。在两个能量来源间如何进行有效控制，提高能量转换效率，进而改善整车的油耗和排放，逐渐成为增程式混合动力汽车需要重点研究的问题之一。[1]

增程器管理系统根据驱动电机的需求扭矩、蓄电池的SOC、车速等来控制增程器的工作点，即控制发动机的工作转速和发电机的工作扭矩。目前增程器的控制策略主要有两种：单点控制策略和功率跟随控制策略。单点控制策略指的是增程器起动后，发动机仅工作于其最佳经济区，发动机的输出功率优先用于驱动车辆行驶，剩余功率用于为蓄电池充电。功率跟随控制策略指的是增程器起动后，发动机以整车所需的功率为目标，沿着其最佳燃油经济性曲线工作。在功率跟随控制策略中，蓄电池的电量几乎保持不变。[2]

最终确定整车的能量管理策略需要通过试验来确定，但所需试验周期长，成本高。为了有效的指导试验，节约时间和成本，本文运用AMESIM软件搭建了增程式混合动力汽车动力系统的仿真模型，并以在NEDC综合循环工况运行始末状态时蓄电池的SOC基本不变为前提，对不同控制策略下增程式混合动力汽车的燃油经济性进行了仿真分析。

2 增程式混合动力汽车结构参数

3 仿真计算与结果分析

3.1 仿真模型的建立

根据增程式混合动力汽车的基本结构及工作原理，利用AMESIM软件建立的整车仿真模型如图1所示。

本文根据所研究车辆的具体信息，初步制定了两种控制策略。在运行NEDC循环工况时，两种控制策略的发动机运行转速的变化如图2所示：

控制策略一是在NEDC循环工况中低速阶段（车速不大于32km/h）采用蓄电池供电，高速运行阶段（车速不小于70km/h）采用功率跟随，其余阶段充放电的选取由需求扭矩及蓄电池SOC确定的控制策略（以下简称策略一）;控制策略二是在NEDC循环工况的前期，全部采用由蓄电池供电，然后在最后阶段的高速工况进行单点控制充电，从而将运行前期所消耗的蓄电池的电能补充回来的控制策略（以下简称策略二）。

3.2 仿真结果及分析

在NEDC综合循环工况运行始末状态时蓄电池的SOC基本不变为前提的条件下，以这两种控制策略为基础计算的该增程式混合动力汽车的NEDC循环工况综合油耗分别为4.41L/100km和4.22L/100km。

下面对这两种控制策略的优缺点进行仔细的分析研究。