混合動力汽車串并聯系統控制策略和運行模式淺析

陳奐琦+郝云鵬+翟若愚

摘 要：在混合動力汽車的串并聯兩種系統下，分析其工作原理、整體控制策略（峰值電源控制策略）、不同運行工況下的蓄電池、發動機、發電機、馬達的工作狀態，電流及其轉矩等能量的流向，并進一步對比分析串并聯系統與傳統汽車相比的優缺點。

關鍵詞：峰值電源 混合驅動 再生制動 牽引功率

中圖分類號：U466 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）10（b）-0123-02

近年來由于國家和人民對環境和資源問題越來越重視，新能源汽車因在能耗和排放等領域優于傳統汽車而逐漸進入人們的視線，而混合動力汽車在新能源汽車領域里最為靈活和實用，但由于其布置的多樣性使工作狀態繁瑣，本文主要介紹混合動力汽車在串并聯兩種系統下的控制策略和各個工況下的運行模式以及其動力流向。

1 串聯系統的運行模式

在混合動力的串聯系統下，發動機和驅動輪在結構上是分離的，因為我們可以保證在任何工況下使發動機處于最佳的運行狀態和最低能耗的狀態。根據所需要提供的牽引功率的大小，大致可以分為以下幾個類別。

1.1 單峰值電源牽引模式

在該模式下，由峰值電源單獨提供能量供汽車的運行，因此峰值電源發出的功率即為汽車行駛所需的功率。

1.2 單發動機牽引模式

同理在該模式下，由發動機單獨提供能量供汽車的運行，因此發動機發出的功率即為汽車行駛所需的功率。

1.3 混合牽引模式

當汽車在加速或者爬坡時所需要的功率較大，為了使發動機處于最佳的工作范圍內，發動機和峰值電源一起為汽車提供能量，因此發動機和峰值電源所發出的功率之和即為汽車行駛所需要的功率。

1.4 峰值電源充電模式

當峰值電源處于最低值時，必須為其充電才能保證其繼續運行，此時由發動機發出功率為其充電，因此發動機發出功率為汽車運行所保證功率和峰值電源充電功率之和。

1.5 再生制動模式

當汽車制動時，牽引電動機變為發電機，其產生的能量用于向峰值電源充電，將汽車制動使得動能轉換為電能。

2 串聯系統的峰值電源控制策略

在這一控制策略下，主要保證在滿足汽車運行狀態下，峰值電源始終保持其為高電平，在此控制策略下，我們將發動機作為主要動力源，將峰值電源作為輔助動力源來保證汽車任何時刻的高性能。此狀態下的主要控制策略流程圖如圖1所示。

3 并聯系統的運行模式

并聯是混合動力系統的發動機和牽引電動機并聯直接向驅動輪提供功率來保證汽車在各個工作狀態的運行。根據所需要提供的牽引功率的大小，大致可以分為以下幾個類別。

3.1 單電動機牽引模式

當車速小于設定值時，發動機不能穩定地運轉，為熄火或者怠速狀態，由電動機單獨提供動力源供汽車運行。電動機發出功率即為汽車運行所需要的功率。

3.2 混和牽引模式

當汽車所需要的功率大于發動機所需要的功率時，發動機和電動機必須同時為汽車提供功率才可以保證其正常運行，這就是混合牽引模式，在此模式下發動機和電動機的功率之和為汽車運行所需要的功率。

3.3 峰值電源充電模式

當發動機在最佳工作狀態下所發出的功率大于汽車運行所需要的功率時，若峰值電源低于其上限值，則發動機向峰值電源充電。

3.4 單發動機牽引模式

當發動機在最佳工作狀態下所發出的功率小于汽車運行所需要的功率時，若峰值電源處于其上限值，發動機只提供功率給汽車運行。

3.5 再生制動模式

當汽車制動時，若制動功率大于電力系統所可以提供的最大功率時，多余的能量將被用來給峰值電源充電，而發動機怠速或熄火。

3.6 混合制動模式

當汽車制動時，若制動功率大于電力系統所可以提供的最大功率時，必須使電力系統的電力制動和發動機的機械制動共同作用于汽車制動。

4 并聯系統的峰值電源控制策略

在這一控制策略下，主要保證在滿足汽車運行狀態下，盡可能地應用發動機作為基本動力源，盡可能使發動機處于最佳的運行狀態。

此狀態下的主要控制策略流程圖如圖2所示。

5 串并聯系統的優缺點分析

串聯系統的結構簡單，等同于純電動汽車加一個汽油發電機，結構布置靈活，由于發動機總是處于最佳狀態，因此較為省油，但是由于發動機產生的動能需要二次轉換才可以為電動機供電，在高速時油耗較高。

并聯系統在傳統汽車基礎上增加電能驅動系統，發動機和電動機都可以驅動車輪，也可以共同驅動同時工作，動力性能更好，驅動模式多，可以適應各種工況，綜合油耗低，但是其結構復雜，成本較高。

6 結語

本文通過分析混合動力汽車的串并聯系統在不同工作狀態下的運行模式和峰值電源控制策略，通過流程圖的繪制，使大家更加清晰地明白了不同結構下混合動力汽車的工作情況以及動力流向，最后進行對比，得出串并聯系統的優缺點點明其發展和進步空間。

參考文獻

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