高品質混合動力汽車能量管理系統的設計

高品質混合動力汽車能量管理系統的設計

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

設計能量管理系統之前需要完成整車布置的設計。HIZEV項目所設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的發動機和一臺最大功率為150kW的電機。發動機與電機的布置結構采用并聯式結構，發動機置于后部僅驅動后橋，電機置于前部僅驅動前橋。考慮到電機的最大功率、整車質量和空間，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面，采用風冷式散熱方法。由于電池組中鋰電池單元的性能對溫度十分敏感，因而設計能量管理系統最關鍵的是實現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相移電路（RC電路）的發動機，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，實現不同的散熱情況，結合電池組空間限制，最終確定電池單元間隔13mm的最優值。對該結果進行驗證時，設定環境溫度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，采用高速公路循環工況。混合動力行駛時，采用競賽汽車測試循環工況ARTEMIS。結果顯示：①純電動行駛條件下，電池荷電狀態（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℃，開發的電池組模型可作為電池系統設計階段的有效工具。

Fernando Ortenzi et al.SAE

2015-24-2544.

編譯：李臣