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电动汽车类有关论文范本,与增程式电动汽车的设计与控制相关毕业论文
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电池组的选择和使用除了考虑充、放电特性、容量等以外,一个重要的考虑因素是充-放电幅度,因为它直接决定了电池寿命.图2是4种常用电池的使用寿命（循环次数）与充-放电幅度之间的关系.电池寿命试验通常是在特定的条件下对电池进行持续的充放电,直至电池容量小于其额定容量的80%为止.可以看出对于相同充-放电幅度,镍氢电池的寿命最长,锂离子电池稍差,而铅酸电池寿命最短.能量密度也存在类似关系.图2所示的依赖关系还应该与充-放电摆幅的中间值有关,但这方面的研究较少.对纯电动汽车来说,为提高续驶里程必须允许电池组最大程度地放电.因此,电池组的寿命比较短,且其平均寿命是可以预测的.对于电动汽车中常用的锂离子电池来说,80%的充-放电幅度对应约2000个使用周期,20%的充-放电幅度对应约15000个使用周期,而10%的放电幅度能达到约42000个使用周期.因此从电池寿命和更换电池成本的角度来看,使用较小的充-放电幅度是比较理想的选择.由于增程式电动汽车的增程器可以随时发电,减小充-放电幅度,从而延长了电池的使用寿命.使用小幅度充、放电机制应该把电池组的更换费用纳入到运行/维护成本的计算才有意义.
本文来源:http://www.sxsky.net/zhengzhi/050133647.html
由于对动力电池的性能缺乏完整的了解,以及单体电池之间通常存在的不均匀性,导致电池精确控制方面的困难.加上对电池更换的责任方尚无明确规定,导致在增程式电动汽车,以及并联和混联式混合动力汽车的设计中,对充-放电幅度限制方面的考虑并不普遍.
为了研究各种工况及系统参数对增程式动力系统的影响,选取了一个满载质量为1400kg的参考系统,其各种参数值见表1.它的驱动电机额定功率为30kW,如图1中的实心点所示.考虑到电机的过载特点,其峰值功率（图1中的空心圆点）很容易满足爬坡度和加速性能等方面的要求.表2中的3种工况是根据国家标准定义的试验用行驶工况中的市区循环和市郊循环组成的[14].将各种循环进行组合,形成了总行驶里程约为100km的城市工况、城市+城郊工况,和城郊工况.在城市+城郊混合工况下,采用一个如表1和表2所示的参考系统,其能耗和增程器的使用如图3所示.在图3中,蓄电池电量从初始的16kWh开始,其即时电量考虑了用于驱动的能量损耗,也包含了增程器为电池充电以及制动能量的回收.图3还显示了增程器的使用状态,在电池电量达到其容量的20%时,增程器启动,致使该系统不仅能满足驱动需求,还有多余的能量为电池组充电.由于该系统是按照电池的下限值决定增程器的使用,且其上限值（90%）在行驶结束时尚未达到,从而在整个运行周期内增程器仅启动一次.在衡量增程式电动汽车的运行成本时,应同时考虑使用的电能和增程器耗费的燃料费用.最简单的方法是把它们按照如表2所列的市场价格统一折合成货币值计算.
3控制策略
作为一种最简单的混合动力系统,增程式电动汽车的控制主要体现在动力电池和增程器的使用方面.在电池方面,如上所述,主要有两种方法,一种是综合考虑驱动需求和电池寿命因而限制充-放电幅度；另一种是在纯电动汽车中通用的方法,即限制电量下限值.增程器的使用则从电池特性和驾驶需求两方面来考虑.有代表性的增程器使用方法包括“随动式”发电,也就是根据系统的用电需求决定增程器的使用.由于增程器的发电功率随外界需求变化而变化,除了在控制上难以实现精确的匹配,发动机也无法维持在高效区域的运行,这可能影响增程式电动汽车的经济性.简单的解决方法是使用固定的发电功率,在电池电量低于所定下限值时按恒定功率发电,在高于上限值时停止.这样做的优点是控制过程简单,但其上、下限值多是根据经验确定.类似的方法还有根据汽车保修期要求的行驶里程以及电池的使用寿命来估算电池SOC的上、下限值[15].此法可保证电池在保修期内正常工作,但它和根据经验得到上、下限值的控制方法有一个共同的缺点,就是可能因过度使用增程器,导致其发出超过需求的电量来对电池组充电使之达到上限值,从而造成能源浪费和过高的使用成本.比较理想的解决方案是基于最低使用成本的控制方法[16],在下一次利用网电充电前尽可能地使用电池电量,减少发动机的使用.下面对上述后3种控制方法做一个简单的介绍和比较.3.1基于固定SOC上、下限值的控制策略
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最简单的控制方法是采用固定的SOC上、下限值,当电池电量达到其下限值时启动增程器发电来驱动并为电池充电,当电池电量达到其上限值时停止发电.由于增程器发出的电能中相当大一部分被用于驱动,为电池充电有限,在一个工况周期内很难达到其上限值.除非将上、下限区间限制得很窄,在100km的驾驶周期内,发电区段只出现在后期,持续到驾驶周期结束.较高的SOC上限值对驾驶周期无明显影响.图4（a）～（c）显示了不同工况下SOC下限值对驾驶周期以及发电周期的影响.较高的下限值容易达到,增程器启动得比较早,相应的发电时间长,油耗高,行驶费用也比较高.
由图5可知,SOC下限值为20%时,电池能耗在不同工况下并没有明显区别.城市+城郊混合工况下的油耗略高于其它工况,因而运行成本最高.当SOC下限值为30%时,由图4（a）可知,城市工况下大量的燃油被用来发电,用做驱动和充电,导致驾驶周期结束时电池的剩余电量过多,因此成本最高.随着增程器发电直接用于驱动的比例逐步增加,城市+城郊混合工况以及城郊工况下的油耗及行驶成本逐渐降低.由此可见,增加发电直接驱动的比例,减小充电环节的能量浪费是提高增程式电动汽车效率的关键.
这种控制逻辑的优点是简单,但它的缺点也很明显,主要体现在行驶的经济性较差,同时也没有顾及驱动电池的寿命.
3.2基于电池寿命的控制策略
作为动力系统的一个重要组成部分,电池寿命是增程式电动汽车设计中的一个重点.如果按照车辆的保修期来设计电池寿命,则根据图2所示的电池寿命曲线可以估算出电池使用过程中所允许的SOC的最大变化幅度.具体方法是将保修期以一定的行驶里程来表述,根据工况和电池寿命曲线列出一个能量需求方程,从而得到允许的最大SOC幅度[15].以保修里程10万km为例,如表1所示的参考车辆在城市工况下,采用SOC标定值为55%的锂离子电池组,可以求得所允许的最大SOC变化幅度为60%（即±即%幅）.如图6（a）所示,当电池电量达到25%的SOC下限值时,增程器开始发电.当电池电量达到85%的SOC上限值时停止发电.因为电池电量一直低于其上限值,所以在行驶周期（100km）结束时仍在发电.不同工况的能量需求不同,所以最大允许的SOC变化幅度也
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