基于Simulink平臺混合動力汽車能量管理研究

謝敬友

（德州職業(yè)技術學院，山東德州 253000）

0 引言

混合動力電動汽車是具有兩種或兩種以上動力輸出裝置的汽車，將傳統(tǒng)汽車和純電動汽車兩者結合，通過不同的能源保證汽車動力性能，優(yōu)化了傳統(tǒng)汽車的重污染，純電動汽車的續(xù)航里程短等缺點。混合動力車根據(jù)驅動系統(tǒng)及動力傳遞不同，分為串聯(lián)式混合動力車、并聯(lián)式混合動力車及混聯(lián)式混合動力車。

1 混合動力汽車的分類及結構分析

1.1 串聯(lián)式混合動力汽車的結構及工作原理

串聯(lián)式混合動力汽車的動力裝置主要有發(fā)動機、電機和發(fā)電機。串聯(lián)混合動力汽車的不同階段工作運行模式如下。

（1）車輛啟動或者低速運行階段工作模式。串聯(lián)混合動力汽車在此階段，發(fā)動機不工作，由汽車蓄電池把電能傳送給電機，電機驅動動力裝置驅動車輛行駛。

（2）車速逐漸增大運行階段工作模式。串聯(lián)混合動力汽車在此階段，動力輸出能量主要是有發(fā)動機提供，蓄電池在此階段儲存剩余的能量。

（3）車輛急加速或爬坡運行階段工作模式。在此階段，串聯(lián)混合動力汽車發(fā)動機提供的能量已經(jīng)達不到車輛行駛要求，此時需要發(fā)動機和蓄電池同時驅動電機工作，滿足汽車此工作模式下的能量。

（4）車輛減速和制動運行階段工作模式。在此工作工程中，蓄電池存儲電機和發(fā)電機裝置回收車輛在制動狀態(tài)產(chǎn)生的能量。

1.2 并聯(lián)式混合動力汽車的結構及工作原理

并聯(lián)式混合動力汽車主要由發(fā)動機、電動機、蓄電池及轉矩耦合器組成。并聯(lián)混合動力汽車的不同階段工作運行模式如下。

（1）車輛啟動或者低速運行工作模式。并聯(lián)混合動力汽車啟動或者低速運行階段主要是利用電動機能量驅動汽車行駛。

（2）車輛高速運行及急加速或者爬坡工作模式。并聯(lián)混合動力汽車保持高速運行下，發(fā)動機處在高效率工作狀態(tài)，此階段主要有發(fā)動機提供動力。當車輛在急加速或爬坡時，車輛額外的動力需求主要有電動機提供能量。

（3）車輛減速運行工作模式。蓄電池回收存儲制動產(chǎn)生的能量。

2 基于Matlab/Simulink 軟件平臺仿真數(shù)據(jù)分析

利用Matlab/Simulink 軟件構建整車模型，對能量分配進行模擬分析，從而控制最佳燃油經(jīng)濟性與平衡電池電量。最終數(shù)據(jù)分析，驗證模型預測控制方法，具有較強的理論價值與實用價值。

2.1 建模參數(shù)設置

依據(jù)國家標準《乘用車燃油消耗量限值》，設置歐洲駕駛循環(huán)工況（NEDC）為測試工況。電池初始值SOC0（State of Charge）為1。工況參數(shù)見表1。

表1 工況參數(shù)

2.2 能量分配數(shù)據(jù)分析

2.2.1 電池SOC 數(shù)據(jù)分析

通過規(guī)則的邏輯門限值能量分配方法對整車仿真模型進行仿真分析，確定SOCmin為0.45，SOCmax為0.85。仿真數(shù)據(jù)分析：電池SOC 值始終保持在0.5～0.8，在此區(qū)間內(nèi)電池的工作效率較高，當車輛高速運行時，電池SOC 值迅速減小，SOC 值出現(xiàn)略低狀態(tài)。經(jīng)過一個循環(huán)工況運行，電池SOC 值保持在0.56。

2.2.2 燃油消耗量數(shù)據(jù)分析

（1）百公里燃油油耗量計算公式分析。百公里油耗是由電池消耗的電能和燃油消耗量的能量額分析求得，具體公式如下：

式中 qequ——電能等效油耗

ΔSOC——循環(huán)工礦開始數(shù)值與結束數(shù)值的差值

U——蓄電池放電電壓

C——蓄電池電容

Hu——汽油熱值，44 000 kJ/kg

qact——實驗工況的總油耗

SD——實驗工況行駛總距離

ρgas——汽油密度

（2）燃油消耗量數(shù)據(jù)分析。通過公式計算，燃油消耗為6.0 L，數(shù)據(jù)查詢百公里油耗理論值為7.4 L。燃油經(jīng)濟性提高了18.9%。經(jīng)過整個循環(huán)工況仿真測試，最終的燃油消耗為365 g。

3 結論

（1）串聯(lián)混合動力汽車發(fā)動機輸出與驅動軸之間沒有機械連接，發(fā)動機工作不受行駛工況的影響，因此發(fā)動機的效率較高。但是車輛行駛時發(fā)動機發(fā)出的能量經(jīng)過兩次能量轉換，能量損失嚴重，故效率利用率較低。

（2）并聯(lián)混合動力汽車依靠變速器和動力裝置傳輸發(fā)動機和驅動輪的動力，沒有機械連接，因此發(fā)動機能量及機械效率利用率較高，大大提高了燃油經(jīng)濟性。