燃料电池混合动力汽车动力系统匹配与优化研究

首先,基于中国客车典型循环工况对燃料电池混合动力系统进行匹配计算,确定了电动机、燃料电池发动机和蓄电池的基本参数;然后基于中国客车典型循环工况,建立燃料电池混合动力系统的优化模型,采用序列二次规划算法进行优化,分析了各种参数对整车燃料经济性的影响,包括燃料电池发动机与动力蓄电池之间的功率分配比、SOC的初始值与目标值、变速器传动比及传动比间隔以及主减速比等,为燃料电池混合动力汽车的构型提供指导。     

PHEV复合储能系统设计及基于MODA的参数优化

为了提高插电式混合动力汽车的燃油经济性、降低污染物的排放,并解决插电式混合动力汽车单一动力电池低比功率、无法响应暂态功率需求的问题,设计蓄电池和超级电容并联的复合储能系统,采用带有滑动窗口的实时小波功率分配策略,并对滑动窗口长度进行选择。该功率分配策略将复合储能系统的需求功率分解成高频和低频两部分,超级电容接收高频分量,蓄电池接收低频分量,避免了高频分量对于蓄电池的冲击,提高了蓄电池的耐久性和可靠性。制定基于规则的控制策略,以整车燃油消耗量和污染物排放量为优化目标,利用多目标蜻蜓算法对相关控制参数进行优化。基于ADVISOR搭建含有复合储能系统的插电式混合动力汽车整车仿真模型,采用新欧洲行驶循环工况进行测试,并通过与带精英策略的非支配排序遗传算法进行对比,验证算法的有效性。研究结果表明：利用多目标蜻蜓算法优化后的车辆百公里燃油消耗平均降低了12.71%,污染物综合排放性能平均下降了10.05%;相对于优化前,发动机输出功率减少,电机输出功率增加,发动机和电机的工作效率均得到了显著提升;Pareto最优解的收敛性和覆盖范围优于带精英策略的非支配排序遗传算法,同时得到的多组Pareto最优解为整车设计和优化提供了更多选择。     

并联式混合动力电动汽车电池参数优选

通过研究双轴并联混合动力电动汽车控制策略,分析电池参数和整车油耗的关系,确定电池电压、容量和最大充放电功率的变化范围。基于CRUISE的仿真平台,以整车循环工况油耗最省为目的,优选电池的各个参数。并将选定的电池参数代入模型中,进行动力性分析计算。计算结果表明,在满足整车动力性的要求下,通过对电池参数的优化,可提高混合动力电动汽车的燃油经济性和动力电池组的性价比。     

Application of a modified thermostatic control strategy to parallel mild HEV for improving fuel economy in urban driving conditions

A modified thermostatic control strategy is applied to the powertrain control of a parallel mild hybrid electric vehicle (HEV) to improve fuel economy. This strategy can improve the fuel economy of a parallel mild HEV by operating internal combustion engine (ICE) in a high-efficiency region. Thus, in this study, experiments of a parallel mild HEV were conducted to analyze the characteristics of the hybrid electric powertrain and a numerical model is developed for the vehicle. Based on the results, the thermostatic control strategy was modified and applied to the vehicle model. Also, battery protection logic by using electrochemical battery model is applied because the active usage of battery by thermostatic control strategy can damage the battery. The simulation results of the vehicle under urban driving conditions show that the thermostatic control strategy can improve the vehicle’s fuel economy by 3.7 % compared with that of the conventional strategy. The results also suggest that the trade-off between the fuel economy improvement by efficient ICE operation and the battery life reduction by active battery usage should be carefully investigated when a thermostatic control strategy is applied to a parallel mild HEV.     

燃油经济模式的蓄电池电压控制系统研究

铅酸蓄电池通过化学能和电能的转换,能够为车辆储存电能和释放电能。如果蓄电池电量充足,在进入燃油经济模式后,可以通过控制蓄电池工作电压,使其放电为用电器供电,减少燃油消耗。本文在分析蓄电池工作原理和燃油经济模式特点的基础上,研究了基于反馈控制的蓄电池电压控制系统,设计了最优充电电压控制算法,并通过车辆在燃油经济模式的试验进行验证,进而优化参数设计,使系统和算法更加合理和稳健。     

基于捕食搜索策略的混合动力汽车参数优化

混合动力汽车模型是一个较复杂的非线性系统,且设计参数较多,为一种处理燃油经济性和排放的多目标问题。文章以一辆实例样车的动力系统和逻辑门限值控制策略为例,分析并建立了以动力性能为控制约束,以最小化油耗和排放为控制目标的非线性规划模型。采用捕食搜索遗传算法,对模型进行了仿真。结果表明,该方法相对于简单遗传算法更能有效地改善车辆燃油经济性和排放。     

混合动力电动汽车测试方法

在满足常规车辆测试指标的前提下,混合动力汽车能更好地体现节能减排的优势。根据动力总成结构特点和布置方式的不同,介绍了混合动力汽车（HEV）串联式、并联式和混联式3种类型的工作原理,比较分析了混合动力汽车4种常用的整车性能评价测试方法及试验内容。从整车和部件的角度出发,列举了混合动力汽车相关标准中规定的性能评价测试指标。指出混合动力汽车在整车和关键零部件测试时,应先满足常规性能要求,然后对排放和燃油经济性进行评价。     

基于增益功率燃油系数的HEV能量管理策略

为了优化等效燃油最小能量管理策略的节油效果，以适用于工程批量应用为导向，制定基于增益功率燃油系数的混合动力汽车(HEV)能量管理策略。基于瞬时优化原理，提出基于增益功率燃油系数的工作模式决策机制，根据电机发电或电动引起的发动机功率与燃油消耗率的变化关系，分别给出电机充电和放电模式下增益功率燃油系数的计算方法。考虑发动机扭矩瞬态快速变化对油耗的影响和电机及电池包充放电效率特性，提出发动机高效区域扭矩滞回控制方法，建立基于增益功率燃油系数的能量管理策略算法架构。基于MATLAB/Simulink搭建控制策略软件模型，通过转鼓试验台进行实车试验验证。研究结果表明：相对于等效燃油最小能量管理策略，基于增益功率燃油系数的能量管理策略提升了节油率和舒适性，在全球轻型汽车测试循环(WLTC)工况下的百公里油耗降低了约4.8%，发动机的启停次数降低了约53%；相对于有效燃油消耗率(BSFC)最优工作点控制方法，发动机高效区域滞回控制方法降低百公里油耗约1.8%；与采用基于动态规划的全局优化能量管理策略的仿真结果对比，在不能提前预知工况的条件下，制定的能量管理策略在WLTC工况与新标欧洲测试循环(NEDC)工况下的油耗与理论最优值差距均较小。     

Development of equivalent fuel consumption minimization strategy for hybrid electric vehicles

Power distribution between an internal combustion engine and electric motors is one of main features of hybrid electric vehicles that improves their fuel economy. An equivalent fuel consumption minimization strategy can instantaneously identify the optimal power distribution by converting the battery power into the equivalent fuel power and minimizing the overall fuel consumption. To guarantee the effectiveness of the strategy, it is essential to find the proper value of the conversion factor used to obtain the equivalent fuel power. However, finding the proper value is not a straightforward process because it is necessary to consider the overall power conversion efficiencies and battery charge sustaining strategy for the target driving cycle in advance. In this study, a model-based parameter optimization method is introduced to find the optimal conversion factor. A hybrid electric vehicle simulation model capable of estimating fuel consumption was developed, and the optimal conversion factor was discovered using a genetic algorithm that evaluates its population members using the simulation model. A series of simulations and vehicle tests was conducted to verify the effectiveness of the optimized strategy, and the results show a distinct improvement in fuel economy.     

并联式混合动力汽车传动系参数优化

为了充分发挥混合动力汽车的优越性,文章以整车燃油经济性的评价为基础,通过分析混合动力汽车动力系统的组成,建立了燃油经济性最佳的数学模型;依据考虑汽车的动力性和动力电池的荷电系数要求,使用复合形优化方法对目标函数进行了优化：并利用具体车型对优化方法进行了验证。结果表明,100km油耗降低21％,经济性得到较大提高,动力性仍然保持设计要求？指出采用逆向求解的手段来获得汽车的燃油经济性,并以其为目标函数开发的优化设计系统,能较好地改善汽车的燃油经济性,此优化方法对普通汽车的传动系统优化也具有参考作用。     

Fuel economy comparison of conventional drive trains series and parallel hybrid electric step vans

A hybrid electric vehicle (HEV) is a vehicle that combines a conventional propulsion system with an on-board rechargeable energy storage system to achieve better fuel economy than a conventional vehicle HEVs do not have limited ranges like battery electric vehicles, which use batteries charged by an external source. The different propulsion power systems may have common subsystems or components. The objective of this study is to compare the fuel economies of a conventional step van, a series hybrid electric step van (HESV), and a parallel HESV by calculating the fuel consumption using the ADVISOR software by NREL. We also showed the results of the vehicles in different driving cycles including the Central Business District bus cycles, the New York City Cycle, and the US EPA City and Highway cycles.     

混合动力电动汽车模糊逻辑控制策略的研究与仿真

以四川汽车工业集团野马混合动力电动汽车设计要求为基础,提出了一种混合动力电动汽车模糊逻辑控制策略。这种策略通过对油耗和各排放参数动态地分配权重值确定出发动机的最佳转矩,然后再根据模糊控制原理,以电池SOC值、汽车驱动需求的输出转矩和电动机转速为模糊输入确定出发动机的实际输出转矩,最终实现整车油耗和排放的综合优化。通过在S imu link软件中搭建该控制策略的仿真模型并与基础的电力辅助控制策略相比较,证明了这种控制策略有利于整车运行经济性和环保性的提高。     

增程式电动汽车

增程式电动汽车是最具有产业化前景的新能源汽车。通过对其结构特点、工作模式、动力系统和技术关键等方面的分析,证明了增程式电动汽车具有节约燃油,对发电单元功率需求小,降低排放,延长续驶里程等优点。通过与混合动力汽车、纯电动汽车和插电式混合动力汽车的比较,突出了增程式电动汽车的特点,充分说明了增程式电动汽车是当前向纯电动汽车过渡的最佳选择。     

基于遗传算法系统效率优化的PHEV电量保持模式控制策略

为了提高插电式混合动力汽车（PHEV）在电量保持下的燃油经济性,并解决插电式混合动力汽车在运行过程中动力元件效率对系统能量利用率影响的问题,制定了系统效率最优的控制策略。以PHEV关键动力部件的测试数据为基础,建立发动机、驱动电机、无级变速器（CVT）以及动力电池等关键部件的效率数值模型,并考虑了温度及荷电状态（SOC）对动力电池充放电功率的影响。设计以混合动力系统效率最优为适应度评价函数,将CVT速比、发动机转矩作为优化变量,以车速、加速度和SOC为状态变量,在动力性指标的约束下,运用遗传算法进行迭代寻优,PHEV的系统效率在第20代左右收敛于全局最优值。同时发动机转矩和CVT速比通过多代遗传进化,较快收敛于最佳值。将相关优化结果与车速、加速度拟合成相应的三维控制数表,综合数值建模和试验测试数据建模的方法,基于MATLAB/Simulink搭建插电式混合动力汽车整车控制策略仿真模型,采用新欧洲行驶循环工况进行仿真验证。结果表明：插电式混合动力汽车在电量保持模式下,利用遗传算法优化的系统效率最优控制策略相比优化前,动力电池SOC运行更为平稳,CVT效率有所提升,驱动电机及发动机转矩分配更为合理;百公里燃油消耗量从优化前的5.2 L降至4.5 L,燃油经济性提升了13.5%。     

基于线性规划的混合动力汽车智能充电策略

以油电混合动力汽车整车控制策略为基础,提出一种基于线性规划的智能充电能量分配策略,改善了混合动力汽车燃油经济性。该策略在维持高压电池SOC平衡的前提下,根据整车需求功率,发动机和中混电机转速,结合各动力总成部件能量传递的效率,以系统等效燃油消耗最小为原则进行扭矩分配优化。通过仿真结果表明,该策略比普通瞬时优化策略提高了整车燃油经济性。     

Economic value and utility of a powertrain system for a plug-in parallel diesel hybrid electric bus

This research is the first to develop a design for a powertain system of a plug-in parallel diesel hybrid electric bus equipped with a continuously variable transmission (CVT) and presents a new design paradigm of the plug-in hybrid electric bus (HEB). The criteria and method for selecting and sizing powertrain components equipped in the plug-in HEB are presented. The plug-in HEB is designed to overcome the vulnerable limitations of driving range and performance of a purely electric vehicle (EV) and to improve fuel economy and exhaust emissions of conventional bus and conventional HEBs. The control strategy of the complicated connected propulsion system in the plug-in parallel HEB is one of the most significant factors in achieving higher fuel economy and lower exhaust emissions of the HEV. In this research, a new optimal control strategy concept is proposed against existing rule-based control strategies. The optimal powertrain control strategy is obtained through two steps of optimizations: tradeoff optimization for emission control and energy flow optimization based on the instantaneous optimization technique. The proposed powertrain control strategy has the flexibility to adapt to battery SOC, exhaust emission amount, classified driving pattern, driving condition, and engine temperature. The objective of the optimal control strategy is to optimize the fuel consumption, electricity use, and exhaust emissions proper to the performance targets. The proposed control strategy was simulated to prove its validity by using analysis simulation tool ADVISOR (advanced vehicle simulator).     

混合动力系统的匹配设计与优化算法

混合动力电动汽车是解决当前能源短缺与环境污染问题的最切实有效的技术之一,它充分利用2种动力源之间的动力优化分配,提高整个混合动力系统的效率。文章介绍了混合动力系统的参数优化和应用的优化算法,得出通过采用合理优化算法对混合动力系统进行优化将极大地改善整车的动力性、经济性和排放性能,指出混合动力系统的匹配与优化是混合动力汽车研究和开发的重点,混合动力系统优化是一个值得深入研究的课题。     

混合动力汽车燃油经济性研究

应用能量分析的方法,以轿车和载货汽车为例,研究了混合动力汽车(HEV)与传统燃油发动机汽车的燃油经济性。发现按原车后备功率最大值时所对应的车速所需的驱动功率作为HEV燃油发动机功率的选择依据,节油效果最显著。当燃油驱动功率和电动驱动功率各占50%左右时,HEV轿车的经济性评价指标为原车的22.8%,HEV货车的经济性评价指标为原车的79.2%,同时又能保证动力性基本不变。结果表明,用混合动力可以有效地降低汽车的100km燃料消耗量,轿车的燃料消耗降低幅度大于货车。     

混合动力电动汽车结构分析

混合动力电动汽车（HEV）是指以蓄电池与辅助动力单元（APU）共同作为动力源的汽车。由于混合动力电动汽车在节能和降低排放污染方面的明显优势，因而受到很大的重视，研制开发和产业化的进程相当快，目前混合动力电动汽车主要有两种混合驱动结构，串联式和并联式，对这两种混合动力系统结构和特点进行了分析，并重点对并联式结构中的不同结构进行了分析介绍。     

电动汽车技术发展趋势及前景（下）

4燃料电池电动汽车 早在1839年．英国人格罗孚就提出了氢和氧反应发电的原理。20世纪60年代,研发出了液氢和液氧发电的燃料电池．由美国UTC公司首先用于航天和军事用途。近20年来．由于石油危机和大气污染日趋严重．以质子交换膜为代表的燃料电池技术．受到世界各国普遍重视。各大汽车公司纷纷投入巨资．研发出了各种类型的燃料电池电动汽车（FCEV）．