串联式混合动力汽车的发电机与汽车行驶工况没有直接关系,系统从外界获取能量的途径主要有三条:①由燃料化学能转换来的能量;②由电网充入蓄电池的能量;③回收的制动及减速能量。系统消耗的能量除了驱动车轮的动力能量外,还有电动机自身的损耗、电池充放电过程中的损耗、发电机的损耗等。能量管理系统的目标是使发动机在最佳效率区和排放区工作,并尽量减少系统本身损耗,以实现最高的能量转换效率。串联型混合动力汽车的发动机能量管理系统的控制策略有多种,如“恒温器型”控制策略和“功率跟踪型”控制策略等。
图8-2 长安混合动力汽车的系统结构
“恒温器型”控制策略也称开关型控制策略,其特点是让发动机开机后恒定地工作于效率最高点。为了保证良好的蓄电池组充放电工作性能,预先设定蓄电池充放电状态(State of Charge,SOC)的最大值与最小值。当蓄电池的SOC＝SOCmin时,发电机工作并向蓄电池充电;当SOC＝SOCmax时,发电机便停止向蓄电池充电。
“恒温器型”控制策略系统控制流程如图8-3所示。
系统软件主要由系统初始化模块、数据采集模块、数据分析模块和数据显示模块组成。
SOC＝SOCmax和SOC＝SOCmin的数值分别设定为80%和60%。系统主要功能包括监控电池组工作状况;根据电池组电量自动启动或关闭发电机组,对电池组进行充电或停止充电;控制发电机控制器,监控和管理电动机控制器等。
“功率跟踪型”控制策略的特点是由发动机全程跟踪车辆功率需求,仅在蓄电池SOC＝SOCmax且仅由蓄电池提供的功率满足车辆需求时,发动机才停止或怠速运行。这种策略的优点是可以采用小容量的蓄电池,使汽车的质量减轻,行驶阻力减少;另外,由于蓄电池充放电次数减少,因而系统内部损失也减小。其主要缺点是发动机必须工作在较大的工况范围中运行,发动机的平均热效率较低,有害排放较多。
图8-3 “恒温器型”控制策略系统控制流程图
“功率跟踪型”混合动力汽车的能量管理系统如图8-4所示。
该系统用于WG6120HD式混合动力城市公交车。在能量管理系统中建有公交线路数据库,并设定相应的营运控制模式。汽车运行中,对图中所示的各种信号进行实时采集,并对采集的数据进行分析处理,根据汽车的行驶状况,对各动力部件发出控制指令。系统中对发动机的控制采用了功率跟踪的方式,使发动机的输出功率响应车辆需求功率的波动,进行自适应调节。发动机在预先设置的上、下限进行自适应功率跟踪,以保证车辆动力性和发动机的负荷率。
“综合控制策略系统”控制模式是上述两种控制模式的一个折中方案。在电池的SOC较高时,主要用纯电动模式。而当电池的SOC降低到设定的范围内时,发动机带动发电机工考虑到发动机的排放和效率,将其输出功率严格限定在一定的变化范围内。如果能预测到车辆行程内的总能量需求,则一旦电池中储存了足够的能量,在剩余的行程中车辆就可转换为纯电动模式,到了行程终点正好耗尽电池所允许放出的电能。这种控制模式也称为最佳串联混合动力模式。
图8-4 “功率跟踪型”混合动力汽车的能量管理系统
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