插电式混合动力汽车能量管理研究

【摘要】：为应对能源和环境危机,世界各国都在致力于新能源汽车的开发。插电式混合动力汽车(Plug-in Hybrid Electric Vehicle,PHEV)克服了纯电动汽车续航里程短和传统混合动力汽车燃油替代率不高的缺陷,被认为是当前最具有发展潜力的新能源汽车。针对现有EV-CS能量管理控制策略存在电能量损耗大以及在CS阶段整车能量利用率不高的问题,本文采用基于规则的思想,以数值仿真分析软件为研究分析工具,探索和建立一种新的能量管理控制策略。 本文首先介绍国内外PHEV研究现状,对比分析各类PHEV动力系统结构及特点,选择以混联式PHEV作为本文研究对象,并设计了具有两个机械耦合器的混联式PHEV动力系统结构。 根据PHEV整车动力性能指标,对PHEV动力系统各部件进行选型和参数匹配设计,包括发动机、电动机、发电机以及动力电池等。为对比分析本文控制策略优势,本文还对动力性能相当的传统汽车和基于规则的EV-CS控制策略的PHEV整车动力系统进行了动力系统参数匹配设计,并作为本文燃油经济性和排放性对比车辆。 本文重点分析了目前应用较广的EV-CS控制策略,针对该控制策略的不足,如：动力电池组存在高电流放电,电能量损耗大以及在CS阶段整车能量利用率不高,本文设计了一种基于规则的CD-CS控制策略：在CD阶段,主要以消耗存储在动力电池组中的电能为主,但是,当需求转矩位于或者高于发动机最佳运行区域时,发动机可以启动,单独或者与电动机一起驱动车辆；在CS阶段,将需求转矩和动力电池组荷电状态作为发动机运行状态控制参数,合理分配发动机输出转矩的同时将动力电池组荷电状态维持在一定目标范围内。从而解决了传统EV-CS控制策略存在电能量损耗大以及在CS阶段整车能量利用率不高的问题。 本文以MATLAB和ADVISOR仿真软件为平台,建立动力系统各部件仿真模型,通过数值仿真,进行整车动力性验证、燃油经济性和排放性分析。对比分析了传统汽车、基于传统EV-CS控制策略和本文CD-CS控制策略的PHEV燃油经济性和排放性,结果表明,CD-CS控制策略能实现较好的燃油经济性和排放性。本文进一步研究了行程、循环工况对PHEV油耗的影响,结果表明：1)基于本文CD-CS控制策略的PHEV不仅在电量消耗里程内具有良好的节油效果,在电量保持阶段也具备一定的节油效果；2)不同循环工况下,PHEV燃油经济性有很大差异。 论文最后对所设计的PHEV控制策略及其仿真结果进行了总结,指出了其中的不足之处并对今后研究工作进行展望。 【关键词】：新能源汽车 插电式混合动力汽车 能量管理 控制策略 ADVISOR
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 选题背景及意义10-11
• 1.2 PHEV国内外发展历程及现状11-17
• 1.2.1 国外发展历程及现状11-14
• 1.2.2 国内发展历程及现状14-17
• 1.3 PHEV能量管理控制策略17-21
• 1.3.1 PHEV能量管理控制策略的研究意义17-18
• 1.3.2 PHEV能量管理控制策略方法分析18-20
• 1.3.3 PHEV能量管理控制策略存在的问题20-21
• 1.4 本论文研究的主要内容21-22
• 第2章 PHEV简介22-35
• 2.1 PHEV相关术语介绍22-23
• 2.2 插电式电动汽车性能优势分析23-25
• 2.3 插电式混合动力汽车运行模式分析25-27
• 2.3.1 电量消耗模式25-26
• 2.3.2 电量保持模式26-27
• 2.4 插电式混合动力汽车关键技术27-30
• 2.4.1 整车能量管理控制策略28
• 2.4.2 动力系统参数匹配28
• 2.4.3 高性能动力电池组开发28-29
• 2.4.4 基础充电设施建设29-30
• 2.5 PHEV动力系统结构及特点30-33
• 2.5.1 串联式插电式混合动力系统结构(Series PHEV)30-31
• 2.5.2 并联式插电式混合动力系统结构(Parallel PHEV)31-32
• 2.5.3 混联式插电式混合动力系统结构(Series-Parallel PHEV)32-33
• 2.6 本文动力系统方案拟定33-34
• 2.7 本章小结34-35
• 第3章 PHEV动力系统参数匹配35-54
• 3.1 PHEV动力系统参数配流程35-36
• 3.2 PHEV整车设计方案36-39
• 3.2.1 PHEV整车基本参数36
• 3.2.2 PHEV动力性能指标36-39
• 3.3 PHEV整车最大需求功率分析39-41
• 3.4 PHEV动力系统各部件选型和参数匹配41-52
• 3.4.1 发动机选型及参数匹配41-42
• 3.4.2 电动机MG2选型及参数匹配42-45
• 3.4.3 电动机MG1参数匹配45-46
• 3.4.4 动力电池选型和参数匹配46-48
• 3.4.5 动力耦合器设计48-52
• 3.5 对比车辆动力系统参数设计52-53
• 3.6 本章小结53-54
• 第4章 PHEV能量管理控制策略设计54-70
• 4.1 PHEV控制策略设计原则54-55
• 4.2 基于规则的纯电动-电量保持控制策略分析55-56
• 4.3 基于规则的电量消耗-电量保持控制策略设计56-67
• 4.3.1 电量消耗模式设计57-61
• 4.3.2 电量保持阶段控制策略61-67
• 4.4 控制策略具体参数确定67-69
• 4.4.1 发动机怠速停机转速n_1确定67
• 4.4.2 发动机最佳经济性区域的确定67-69
• 4.4.3 动力电池组SOC边界值确定69
• 4.5 本章小结69-70
• 第5章 PHEV仿真及结果分析70-90
• 5.1 仿真软件ADVISOR简介70-71
• 5.2 基于ADVISOR软件建模71-76
• 5.2.1 车身模型71-72
• 5.2.2 发动机模型72-73
• 5.2.3 电动机MG2模型73-74
• 5.2.4 动力电池组模型74-76
• 5.2.5 控制策略建模76
• 5.3 整车动力性能验证和分析76-79
• 5.3.1 纯电动里程验证和分析76-78
• 5.3.2 其他动力性能验证和分析78-79
• 5.4 燃油经济性及排放仿真结果和分析79-86
• 5.4.1 仿真工况的选择79-81
• 5.4.2 燃油经济性和排放仿真结果及分析81-84
• 5.4.3 各动力部件运行效率结果及分析84-86
• 5.5 行驶里程对PHEV油耗的影响86-87
• 5.6 循环工况对燃油经济性的影响87-89
• 5.7 本章小结89-90
• 第6章 总结与展望90-93
• 6.1 论文工作总结90-91
• 6.2 展望91-93
• 参考文献93-99
• 致谢99

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