論串聯式混合動力拖拉機能量管理措施探究

宋建民

摘 要：本文主要從拖拉機的串聯式混合動力系統概述出發，探討了串聯式混合動力拖拉機能量管理措施。

關鍵詞：串聯式混合動力系統；能量管理；拖拉機

一、拖拉機的串聯式混合動力系統的概述

串聯結構的特點是通過電力形式來復合的，發電機通過發動機的直接驅動對儲能裝置和牽引電機的正常進行提供電源，電動機的作用是使拖拉機的車輪驅動，儲能裝置的作用是調節發動機輸出和電動機需求的。拖拉機的串聯式混合動力系統是由發動機、發電機和驅動電動機三大動力總成組成，采用串聯的形式將發動機、發電機和驅動電動機組成拖拉機的驅動系統。電動拖拉機的發電系統由發動機和發電機組成，電能供應會使得電動機或動力電池組被驅動，進而使它的行駛里程得到延長。發動機和發電機組成的供電系統可以提高電源，但發動機并不是直接參與拖拉機的驅動的。

這種電動拖拉機發動機的使用類型并不固定，主要可以從以下四種中進行選擇：一是，四沖程內燃機；二是，二沖程內燃機；三是，轉子發動機；四是，燃氣輪機。在發動機和發電機構成的供電系統中，發動機的轉速保持在一定范圍內，并且不受運行工況的影響，它的運行狀態經常保持在低能耗、高效率和低污染階段。

串聯式混合動力拖拉機的驅動系統結構比較簡單，在拖拉機底盤上布置有動力電池組、發動機和發電機組成的供電系統以及驅動電動機，且它們的布置有較大的自由度，且沒有固定的位置。串聯式混合動力拖拉機的控制系統也比較簡單，因為只有唯一的電動機驅動模式，其特點是動力特性更加趨近于EV。但是它必須裝置在一個大功率的發動機和發電機構成的供電系統中，再用驅動電動機來驅動拖拉機。要說明的是，發動機、發電機和驅動電動機的功率都要求等于或接近于最大驅動功率，且在熱能→電能→機械能之間的轉換過程中，總效率低于內燃機汽車。值得注意的是，因為發動機、發電機和驅動電動機這三大動力總成，不僅體積較大，而且質量也較重，同時還要加上龐大的動力電池組，因此使其在中小型汽車布置上有一定的困難，一般適合大型客車采用，所以在拖拉機中應用是一大突破。

二、串聯式混合動力拖拉機能量管理措施

1.串聯式混合動力拖拉機的能量流動路線

串聯式混合動力拖拉機的能量流動路線有以下幾條：第一條：能量由電池出發，經過控制器、電動機、變速器到達驅動橋；第二條：能量由發動機出發經過發電機、控制器、電池、電動機、變速器到達驅動橋；第三條：能量由發動機出發經過發電機、控制器、電動機、變速器到達驅動橋；第四條：能量由驅動橋經由變速器、電動機、回到電池。

2.串聯式混合動力拖拉機的能量管理措施

串聯式混合動力車輛，一般主要有恒溫器式的能量管理策略和跟隨式的能量管理策略，這兩種能量管理策略，但是對于串聯式混合動力拖拉機的能量管理方式是基于以上兩種方式產生的，分別為恒溫器式能量管理策略、功率跟隨式能量管理策略，目前主要是使用這兩個策略來對串聯式混合動力拖拉機的能量進行管理的。

（1）恒溫器式能量管理策略。恒溫器式能量管理策略的運行機制主要是根據電池荷電狀態，即SOC值來確定發動機的狀態是開啟或者關閉，并且要使發動機的工作處于最佳時機。這個最佳時機是根據發動機的特性圖，預先來計算出燃油消耗的最低時發動機轉速和轉矩的關系。其內容是：一，當電池SOC值小于最小SOC值時，發動機開始進入工作狀態，驅動發電機向電池充電來維持電量平衡；二是，當電池SOC值大于最小SOC值且小于最大SOC值時，發動機維持現在的工作狀態；三是，當電池SOC值大于最小SOC值時，發動機被關閉；四是，發動機工作時，處于最佳工作點。

（2）功率跟隨式能量管理策略。功率跟隨式能量管理策略運行機制，是通過電機與電池組的工作狀態來進行發動機工作點的調節的，經發電機向電池組充電。以燃油消耗最低和電池組的工作壽命最長為控制目標。其內容如是：一是，當電池SOC值大于最大SOC值時，發動機停止工作，但是當拖拉機所需求的功率太大時，發動機會重新啟動；二是，當電池SOC值小于最小SOC值時，發動機需要工作；三是，在發電機工作時，發電器的功率輸出不僅要跟隨拖拉機的功率需求的變化，同時還要維持電池SOC處于工作范圍的中間值附近，并且要工作于該輸出功率對應的最佳工況點，此時的最佳工況點就是效率最佳工況點。四是，發動機工作時，它的輸出功率一直處于指定范圍內，來保證較高的效率；五是，發動機工作時，它的輸出功率的變化率不能超過規定值。

另外還有一種能量管理策略它的效果比以上這兩種策略更好，那就是模糊控制策略，它可以表達串聯式混合動力拖拉機控制當中難以精確定量表達的規則。本文不對它進行系統研究。