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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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不同.图6（b）和（c）显示了城市+城郊混合工况,以及城郊工况的系统状态.随着驾驶能量需求的增加,允许的最大SOC变化幅度在减小,发电时间在提前,发动机即增程器的使用时间加长,导致运行成本增加.最大允许的SOC变化幅度也是表1所示各种车辆系统参数的函数,电池电量对它有很大的影响.如图7所示,它随着电池容量的增加而增加,这是因为在能量需求相同的情况下,小容量的电池需要更长的发电时间,只能在小的SOC变化幅度下,通过频繁发电来实现.图8显示了对应于容量为5kWh的电池组,最大允许的SOC变化幅度为4%.其增程器的启动比大电池容量的情况更加频繁.
3.3基于最低使用成本的控制策略
这种控制方法是在保证系统能量需求的前提下,使动力电池在完成行驶任务,利用网电充电之前,达到在不损害电池的前提下的最低电量状态[16].因为电池能量的相当一部分来自于相对经济的网电,这样做可以最大限度地使用电池电量,使燃油的消耗达到最低,从而降低使用成本.图9显示了一个基于最低使用成本控制方法的例子,是对表1所示的参考系统在城市+城郊混合工况下进行的模拟.根据驾驶员的输入,包括驾驶模式、行驶距离和对驾驶工况的预期,系统自动判断在到达目的地之前所需的发电量.将总的发电时间分成若干个发电周期,进行间歇式发电,如图9中虚线所示.这样做有几个好处,首先可以避免长时间连续发电,当行驶情况发生变化后不至于产生过多的电池剩余电量以及由此带来的浪费.此外,可以把系统的功率需求作为增程器启动的一个判据条件,使发出的电能直接用于驱动电机,避免能量转换带来的浪费.系统对驾驶条件的变化有很强的适应性.由图9可知,整个驾驶过程被分成了若干个区域,发电周期和间隔都是不均匀的.在车速较高区段增程器的启动比较频繁,增程器的发电量对应于发电周期呈阶梯式增长.在行驶结束时,电池的残余存量略高于其容量的20%,即电池SOC的下限值.
以上所述的3种控制逻辑各有长处和不足.表3对城市工况下各种控制策略对应的能耗和成本进行了比较.采用固定的SOC上/下限值的方法简单易行,缺点是通常情况下当达到SOC下限值,启动增程器发电以后,充电量很难使电池达到其上限值,导致持续发电,除了行驶成本比较高以外,也没有考虑电池的寿命.而优化电池寿命的控制方法可以使电池组在保修期内出现故障的几率降低到主机厂可以接受的范围内,但后果是提升了电池SOC的下限值,导致长时间发电,增加了使用成本.如果不考虑电池寿命,也就是更换电池组的费用,仅考虑使用成本,基于最低使用成本的控制逻辑较其它两种控制方法有明显的优势.除了运行成本低以外,它还有很大的灵活性,可以按需要随时调整行驶预期,保证最低运行成本.它的缺点是可控变量较多,控制比较复杂.下文将对基于最低使用成本的控制方法中各种参数的影响进行研究.
4系统和控制参数的影响
增程式电动汽车的运行及经济性受到其系统参数的约束和行驶条件的限制.如图1所示,其动力性能很大程度上取决于整车质量和驱动功率.选取一个如表1所示的参考系来研究各种系统参数和控制参数的影响,利用这个参考系,按表2定义的工况行驶,以电耗和油耗以及运行成本为指标衡量各个参数的影响.因为电能和燃油的单位价格不同,所以能耗的总价格更为直观.本节以约100km的城市+城郊混合工况（表2）为基础,采用基于最低使用成本的控制方法,对表1中各种参数的影响进行了研究.
4.1行驶距离
首先,行驶距离对能耗和行驶成本有直接的影响.在行驶距离较短时,比如70km以内,电池组足以满足行驶需求,车辆以纯电模式运行,运行成本较低.当行驶距离超过这个范围以后,增程器被启动,行驶所需的能量由增程器发电来提供.如图10所示,这种控制方法使电池最终电量始终保持在较为稳定的水平上,即电池SOC下限值附近,实现了最大限度地利用蓄电池电量,达到最低使用成本的目的.图中的成本和油耗曲线不是单调上升,而是波动的,类似的现象也出现在其它参数的影响中,这是因为基于最低使用成本的控制涉及一个多参数系统.各种参数相互影响,使改变单一参数值无法实现系统的优化.4.2初始电池电量
较高的初始电池电量可以为行驶提供较多的电能,因此油耗和成本随电池电量的增加而降低.当初始电量达到21kWh时,纯电模式即可满足全部行驶需求.由图11可知,当初始电量很低时,油耗非常高,这是串列式混合动力系统的一个致命弱点.中间环节过多产生的效率损失是无法通过系统控制来彻底避免的.
4.3满载质量
整车质量是一个非常重要的因素.由于电池电量恒定,而系统控制方法使电池最终SOC接近其下限值以最大限度地使用电池驱动,所以不同整车质量的汽车所能使用的电能接近一个常量,而油耗和成本随着整车质量的增加而增加.由图12可知,在1250kg以下,整车质量每增加10%导致约13.7%的油耗增加.对传统内燃机乘用车来说相应的油耗增加在7%左右[17],远低于增程式电动汽车.一个重要的原因是能量转换过程带来的损失.如果不考虑充电效率（71%）和驱动效率（81%）,油耗的增加可以估算为71%×81%×13.7%≈7.8%,与传统车辆类似.在1250kg以上,整车质量每增加10%导致约50%的油耗增加.这是因为在给定工况下的一个行驶周期（约100km）内,增加整车质量除了增加能量消耗以外,还将发电周期提前,导致油耗的大幅度增加.
4.4发电机输出功率
发电机的输出功率直接影响增程器的使用和产生的电能的使用效率,其对油耗/成本的影响主要受两个因素控制.一个是发电量或输出电量被直接用于驱动的比例,这个比例越高油耗就越低.另一个是发电时间,发电时间越长,油耗就越高.当输出功率较低时,增程器的启动比较频繁,且发电量的相当大比例被直接用于驱动电动机,有效地避免了为电池组充电,再通过电池组驱动电机的过程中的损耗.尽管发电时间比较长,但其负面影响较因避免能量转换带来的能耗增加更小,因此油耗和行驶成本都比较低（图13）.当输出功率较高,比如高于25kW时,发电量用于直接驱动的比例降低,但发电时间缩短,导致油耗降低.如果继续增加发电机输出功率,则由于其发电量用于直接驱动的比例降低,导致油耗大幅度增加.在输出功率处于中间值（20kW左右）时,发电量用于直接驱动的比例和发电时间两个因素共同作用的结果导致油耗最高.这种多个因素相互作用导致一定区间内极值的产生作为普遍规律是正确的,但具体的量值则取决于特定的系统.如果改变参考系统,比如把整车质量从1400kg增加到1700kg,对应于最高能耗的发电机输出功率将高于20kW.
4.5制动能回收
制动能的回收是将驱动电机变为发电机,利用制动转矩来发电.制动能的回收量只与工况以及回收效率有关,和整车控制逻辑无关,它的效率在很大程度上取决于电机控制器.它的使用应该与机械制动系统及防抱死制动系统（Anti-lockBrakingSystem,ABS）相协调,以保证车辆的制动性能和安全性.对于本文使用的参考系统来说,当回收效率为50%时,不同工况下行驶100km所回收的制动能分别为：城市,1.56kWh；城市+城郊混合,1.15kWh；城郊,0.91kWh,分别占这3种工况下总能量需求的11.6%,8.0%和6.0%.可以看出,在制动比较频繁的城市工况里,制动能的
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