串联式混合动力电动客车动力系统设计与控制策略

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1、36变流技术与电力牵引3/2005电动汽车串联式混合动力电动客车动力系统设计与控制策略席力克（株洲电力机车研究所，湖南株洲412001）【摘要】根据串联式混合动力电动汽车的结构及原理，并结合样车研制经验，阐述了串联式混合动力电动汽车的结构特点,并分析了各动力系统的选择依据及设计要点，提出了相应控制策略。关键词：电动汽车；混合动力；动力系统；设计；控制策略中图分类号：U469.72文献标识码：A文章编号：1671-8410(2005)03-0036-03ThesystemdesignandcontrolstrategyinSeriesHybridElectricVehicleAbstract:A

2、ccordingtotheconfigurationandprincipleofSeriesHybridElectricVehicle(SHEV),combinedwiththesample-busdevelopmentexperiences,thecharacterofSHEVisenunciated,thechoiceanddesignpointisanalysized,thecontrolstrategyisprovided.Keywords:electricvehicle;hybridpower;powersystem;design;controlstrategy机向电池充电;反之,电

3、池则向电机控制器提供额外的电0引言能，以使车辆获得更大的动力。从当前现实条件出发，混合动力型汽车可能是并且事实上也应该是不远将来汽车技术明智的选择。串联式混合动力系统结构简单、稳定，能有效地实现各种能量的分配与合成，因而成为混合动力电动公交客车的技术研究热点。1串联式驱动系统1.1结构形式图1串联式混合动力系统原理图串联式混合动力系统的原理图见图1。发动机与发根据系统原理图，车辆必然出现如下3种工作模电机构成车载发电机组，发动机带动发电机发电,其电式：能通过电动机控制器输送到电动机,由电动机驱动汽（1）发动机模式（图2）车。动力传递方式与纯电动汽车一样。电池相当于一个蓄能器作用,其能量既可以来

4、自发电机又可来自于地面充电机。当发电机的发电功率大于行驶阻力时,发电收稿日期：2005-02-25作者简介：席力克（1972-），男，1994年获西北工业大学工学学士，1999年获武汉理工大学工学硕士。现从事电动汽车与各图2发动机模式驱动类机电产品的开发。变流技术与电力牵引3/2005串联式混合动力电动客车动力系统设计与控制策略37（2）联动模式（图3）车辆燃油经济性和排放性能越差。如果发动机功率偏小，车辆动力性不足，会导致蓄电池亏电，工作状况恶化，从而损坏蓄电池。如增大蓄电池组容量，又会导致汽车重量与成本的增加。根据汽车功率平衡方程，对应在经济区内的发动机最大功率P为：图3联动模式驱动Mma

5、xG´fC´A3P=(´u+D´u)/hMmax3600*76140*T⋯⋯⋯（1）（3）纯电动模式（图4）其中：G——整备质量；f——滚动阻力系数；C——D风阻系数；A——迎风面积；u——平均车速；η——*T传动系统总效率。一般u=0.6×U≈40km/h*max图4纯电动模式驱动3变速箱速比i、主减速器速比i与电动机参g01.2结构特点数的选择（1）系统的两能量源(动力电池与车载发电机组)之间仅以电能的形式在能量层面上进行耦合，整个系统变速箱最高档位速比i与主减速器速比i的选择g20是一低耦合系统，极大地简化了系统的控制策略、发首先应满足车辆最高行驶速度u要求，即：maxr´n动机与发电机

6、控制、动力传动等，并大大提高了可靠u≥0.377max⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（2）maxi´ig20性。式中：n——电动机最高稳定转速(r/min)；r——车max（2）发动机与车桥无直接动力连接，所以车辆对轮滚动半径(m)。发动机无直接转速要求，只有功率、油耗、排放要求，同时应满足电动机功率大于行驶阻力功率，即：这样发动机运行就可孤立在特别工作区域(即经济区)，Penmax≥Pumax⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（3）沿最佳的特性曲线运行。变速箱最低档位速比i应满足车辆的坡停起动能g1（3）电池能够及时提供额外动力，可选择功率较力，坡停启动爬坡力：小发动机。F=(f+i)×G⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

7、⋯⋯⋯⋯⋯⋯（4）0（4）电动机是车辆唯一的牵引单元，故电动机功式中：i——爬坡度。率较大，与同类柴油汽车的发动机功率基本相当。因坡停启动爬坡力矩：M=F×r⋯⋯⋯⋯⋯⋯（5）00为发动机功率有限，所以要求电池有较强的放电能力。这里：M´i´i≥M⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（6）e00g10（5）较传统汽车增加了发电机、电动机、电池组，式中：M——电机堵转力矩。e0所以整车重量将有所增加；并只能采用动力