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增程式电动汽车功率流优化策略
申永鹏1,王耀南1,孟步敏1,李会仙2
(1.湖南大学电气与信息工程学院,湖南省长沙市410082;
2.宇通客车技术研究院,河南省郑州市450061)
PowerFlowOptimizationStrategyofRangeExtenderElectricVehicle
SHENYongpeng1,WANGYaonan1,MENGBumin1,LIHuixian2
(1.CollegeofElectricandInfomiationEngineering,HunanUniversity,Changsha410082,HunanProvince,China;
2.YutongTechnologyResearchInstitute,Zhengzhou450061,HenanProvince,China)
ABSTRACT:
Inordertoavoidthecontinuousdeclinembatterystateofcharge(SOC),reducetheregulationfrequencyofenginespeedandgeneratortorque,andimprovethevehiclefueleconomywhentherangeextenderelectricvehicleisworkinginrange-extendedmode,anauxiliarypowerunit(APU)powerflowoptimizationmethodwasproposedinthispaper.Firstly,themeasuredvehiclereal-timeelectricpowerwasrevisedaccordingtothegeneratorefficiency,batterySOCandpowervariationratedinturn,andthenthetargetAPUpowerwasobtained.Meanwhiletheengineon/offcontrolstrategywasdesignedbasedonthevehiclepowerdemandandbatterySOC.Then,thetargetenginespeedandgeneratortorquewasobtainedaccordingtoAPUfuel-electricityconversionefficiencyfeaturesandoptimalAPUfuel-electricityconversionefficiencycurve.Finally,benchexperimentwasperformedundernewEuropeandrivingcycle(NEDC),federaltestprocedure(FTP)andhighwayfueleconomytest(HWFET)drivingcycles.TheresultsshowedthattheproposedapproachavoidedthecontinuousdeclineinbatterySOC,andimprovedthevehiclefueleconomyeffectively,anditalsoloweredtheperfomiancedemandsonenginespeedandgeneratortorquecontrolsystems.
KEYWORDS:
rangeextenderelectricvehicle;
auxiliarypowerunit;
engine;
generator;
powerflow
摘要:
针对增程式电动汽车工作在增程模式时,如何避免动力电池荷电状态(stateofcharge,SOC)的持续下降、减少对发动机和发电机转速/转矩的频繁调整、改善整车燃油经济性的问题,提出一种增程器功率流优化方法。
首先对测量到
的整车实时电功率依次进行发电效率修正、动力电池SOC修正和功率变化率修正从而得到增程器目标功率,同时还根据整车实时电功率以及动力电池SOC设计发动机启停控制策略。
然后根据增程器的油电转换效率特性和最佳油电转换效率曲线计算出发动机/发电机的目标转速/转矩。
最后在新欧洲行驶循环(newEuropeandrivingcycle,NEDC)、联邦试验程序(federaltestprocedure,FTP)和高速公路燃油经济型试验(highwayfueleconomytest,HWFET)三种测试工况下进行了台架实验,结果表明文中提出的方法能够有效的避免动力电池SOC的持续下降,提高整车的燃油经济性,同时还降低了对发动机转速控制系统和发电机转矩控制系统的性能要求。
关键词:
增程式电动汽车;
增程器;
发动机;
发电机;
功率流
0引言
增程式电动汽车(rangeextenderelectricvehicle,REEV)是解决纯电动汽车续驶里程较短且充电时间长这一瓶颈的一种有效解决方案”2]。
典型的增程式电动汽车动力系结构如图1所示,车载充电装置、较小容量的动力电池、驱动电机和电机控
载电置车充装
W理统电管系
动力电池
流
尹他参数F°
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%于流优沽空制]^盲~|
|乃cmd I^cmd
基金项目:
国家863高技术基金项目(2012AA111004);
国家自然科学基金项目(61104088)。
TheNationalHighTechnologyResearchandDevelopmentofChina863Program(2012AA111004);
ProjectSupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(61104088).
发动机
接接接连连连撇气号机电信
图1增程式电动汽车动力系统结构示意图
Fig.1SchematicdiagramoftheREEVpowertrain
制器构成了车辆动力系统的基本组件,它们必须能够满足整车的峰值功率需求。
增程式电动汽车一般工作在纯电动模式,由动力电池提供全部能量。
当动力电池的荷电状态(stateofcharge,SOC)低于某一设定限值时,车辆便进入增程模式,启动由发动机、发电机和PWM整流器构成的增程器(rangeextender或auxiliarypowerunit,APU),为车辆提供额外的电能以延长续驶里程,此时动力电池起增程器负荷调节作用,以满足车辆的峰值功率需求并吸收制动回馈能量,同时增程器还应根据动力电池SOC提供适当的充电功率,以避免动力电池SOC持续下降至零,整车的峰值电功率需求得不到保障。
由于增程式电动汽车既能满足人们日常的短距离零排放清洁行驶,又能免除人们长距离行驶对车辆续驶里程的担忧,因此增程式电动汽车逐渐成为各整车厂、研究机构的关注执占[3-9]。
八、、八、、 °
针对增程式电动汽车动力系统的优化和控制问题,文献[10]以增程器油耗及运行时间为优化目标、以行程为约束条件,对增程器的开关时刻进行了仿真研究;
文献[11]根据电动汽车的电气和机械耦合制动方案,对电动汽车的最优制动能量回馈策略进行了分析;
文献[12]从增程式电动汽车系统结构、整车控制层和APU控制层入手,着重研究了增程式电动汽车起动、停机和各运行工况下的能量管理策略;
文献[13]针对增程式电动汽车控制系统结构提出了一种基于分段模糊控制思想的APU协调控制策略,改善了APU输出功率的动态响应速度和稳态波动;
文献[14]以发电功率需求为输入,采用模糊控制器确定具有最高燃油经济性的发动机转速和转矩,实现了对APU的高效工作点控制;
文献[15]提出了一种基于线性变参数鲁棒控制器的APU控制方法,实现了对由柴油发动机和三相不控整流器组成的APU的输出电压的稳定控制,有效抑制了负载突变对发动机转速和发电电流的影响;
文献[16]以等效燃油消耗为优化目标,实现了发动机与电池间的功率均衡控制,提高了整车的燃油经济性;
文献[17]提出了一种基于滑模变结构的APU工作点控制方法,该方法采用两个滑模控制器将APU的工作点控制在其最佳燃油效率区域,其中一个滑模控制器通过调整节气门开度,从而实现对发动机转速的闭环控制,另一个滑模控制器通过调整电机控制器的给定转矩,从而实现对发动机的转矩闭环控制;
文献[18]采用模型预测控制对发动机的输出功率进行了平滑控制,实现了动力系统的效率优化。
针对增程式电动汽车工作在增程模式时,如何避免动力电池SOC的持续下降、减少对发动机和发电机转速/转矩的频繁调整、改善整车燃油经济性这一问题,本文从实际工程应用角度出发,综合考虑增程器输出功率的发电机效率修正、动力电池SOC修正和功率变化率修正,并提出了增程器最佳油电转换效率曲线,根据该曲线得出了发动机的目标转速和发电机的目标转矩,实现了对增程器输出功率流的优化。
最后通过台架实验验证了本文提出的方法能够有效避免SOC持续下降,改善整车燃油经济性,减少对发动机和发电机转速/转矩的频繁调整、降低对发动机转速控制系统和发电机转矩控制系统的性能要求。
1功率流优化策略
1.1功率流优化策略总述
图2为本文提出的增程式电动汽车功率流优化策略示意图。
首先根据测量到的直流母线电压Udc和直流母线电流/de计算出整车的实时电功率Pe=UdJdc;
其次对整车的实时电功率R进行发电效率修正得出发电效率修正后的功率需求Pel;
再根据动力电池的实时SOC和动力电池最大充电功率Pemax对R1进行动力电池SOC修正得到Pe2;
然后根据Pe2和设定的增程器最大功率上升率和最大功率下降率得出Pe3-最后根据发动机的最佳油电转换效率曲线求出发动机的目标转速”emd和发电机的目标转矩Kmd。
同时,为了避免发动机频繁启停,还需要根据动力电池SOC以及其他参数进行发动机启停控制。
图2功率流优化策略示意图
Fig.2Schematicdiagramofthepowerflowoptimizationstrategy
1.2发电效率修正
由于发电机在不同的工作点上发电效率不同,因此要想使增程器输出功率尽可能地跟踪整车实时电功率Pe,就必须根据发电机的发电效率对Pe进行修正。
首先根据式
(1)求解出发电机的大概工作点(«
f):
P=^L
<
e30
(1)
T=E
式中:
r=芥(可)为描
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- 关 键 词:
- 程式 电动汽车 功率 优化 策略