混合动力电动汽车结构不同,能量管理策略也不同。 一、串联式混合动力电动汽车的能量管理策略由于串联式混合动力电动汽车的发动机与汽车行驶工况没有直接联系,因此能量管理策略的主要目标是使发动机在最佳效率区和排放区工作。为了优化能量分配,提高整体效率,还应考虑传动系统的动力电池、发动机、电机和发电机等部件。串联式混合动力电动汽车有三种基本的能量管理策略,即恒温器策略、功率跟踪式策略和基本规则型策略。 (1)恒温器策略当动力电池SOC值低于设定的低门限值时,启动发动机,在最低油耗或排放点按恒功率模式输出,一部分功率用于满足车轮驱动功率要求,另一部分功率给动力电池充电。而当动力电池组SOC值上升到所设定的高门限值时,发动机关闭,由电机驱动车辆。其优点是发动机效率高、排放低,缺点是动力电池充放电频繁,加上发动机开关时的动态损耗,使得系统总体的损失功率变大,能量转换效率较低。
(2)功率跟踪式策略由发动机全程跟踪车辆功率需求,只有在动力电池的SOC值大于SOC设定上限时,且仅由动力电池提供的功率能满足车辆需求时,发动机才停机或怠速运行。由于动力电池容量小,动力电池充放电次数减少而使得系统内部损失减少。但是发动机必须在从低到高的较大负荷区内运行,使得发动机效率和排放不如恒温器策略。
(3)基本规则型策略该策略综合了恒温器策略与功率跟踪式策略两者的优点,根据发动机负荷特性图设定了高效率工作区,根据动力电池的充放电特性设定了动力电池高效率的荷电状态范围。并设定一组控制规则,根据需求功率和SOC进行控制,以充分利用发动机和动力电池的高效率区,使其达到整体效率最高。
二、并联式混合动力电动汽车的能量管理策略并联式混合动力电动汽车的能量管理策略基本属于基于转矩的控制,主要有逻辑门限控制策略、瞬时优化能量管理策略、全局最优能量管理策略和模糊能量管理策略等。
(1)逻辑门限控制策略逻辑门限控制策略是通过设置车速、动力电池SOC上下限、发动机工作转矩等一组门限参数,限定动力系统各部件的工作区域,并根据车辆实时参数及预先设定的规则调整动力系统各部件的工作状态,以提高车辆整体性能。其实现简单,目前实际应用较为广泛。但由于主要依靠工程经验设置门限参数,逻辑门限控制策略无法保证车辆燃料经济性最优,而且这些静态参数不能适应工况的动态变化,无法使整车系统达到最大效率。
(2)瞬时优化能量管理策略瞬时优化能量管理策略一般是采用“等效燃油肖耗最少”法或“功率损失最小”法,两者原理类似。其中“等效燃油消耗最少”法将电机的等效油耗与发动机的实际油耗之和定义为名义油耗,将电机的能量消耗转换为等效的发动机油耗,得到一张类似于发动机万有特性图的电机等效油耗图。在某一个工况瞬时,从保证系统在每个工作时刻的名义油耗最小出发,确定电机的工作范围(用电机转矩表示),同时确定发动机的工作点,对每一对工作点计算发动机的实际燃油消耗,以及电机的等效燃油消耗,最后选名义油耗最小的点作为当前工作点,实现对发动机、电机输出转矩的合理控制。为了将排放一同考虑,该策略还可采用多目标优化技术,采用一组权值来协调排放和燃油同时优化存在的矛盾。等效燃油消耗最小方法在每一步长内是最优的,但无法保证在整个运行区间内最优,而且需要大量的浮点运算和比较精确的车辆模型,计算量大,实现困难。
(3)全局最优能量管理策略全局最优能量管理策略是应用最优化方法和最优控制理论开发岀来的混合动力系统能量分配策略,目前主要有基于多目标数学
规划方法的能量管理策略、基于古典变分法的能量管理策略和基于 Bellman动态规划理论的能量管理策略。
全局优化模式实现了真正意义上的最优化,但实现这种策略的算法往往都比较复杂,计算量也很大,在实际车辆的实时控制中很难得到应用。通常的做法是把应用全局优化算法得到的能量管理策略作为参考,以帮助总结和提炼出能用于在线控制的能量管理策略,如与逻辑门限控制策略等相结合,在保证可靠性和实际可能性的前提下进行优化控制。
(4)模糊能量管理策略该策略基于模糊控制方法来决策混合动力系统的工作模式和功率分配,将“专家”的知识以规则的形式输入模糊控制器中,模糊控制器将车速、电池SOC、需求功率/转矩等输入量模糊化,基于设定的控制规则来完成决策,以实现对混合动力系统的合理控制,从而提高车辆整体性能。基于模糊逻辑的策略可以表达难以精确定量表达的规则;可以方便地实现不同影响因素(功率需求、SOC、电机效率等)的折中;鲁棒性好。但是模糊控制器的建立主要依靠经验,无法获得全局最优。
三、混联式混合动力电动汽车的能量管理策略混联式混合动力电动汽车由于其特有的传动系统结构,如采用行星齿轮传动,除了釆用瞬时优化能量管理策略、全局优化能量管理策略和模糊能量管理策略(与并联式混合动力电动汽车能量管理策略原理类似)以外,还有一些特有的能量管理策略。
(1)发动机恒定工作点策略由于采用了行星齿轮机构,发动机转速可以独立于车速变化,这样使发动机工作在最优工作点,提供恒定的转矩输出,而剩余的转矩则由电机提供。这样电机来负责动态部分,避免了发动机动态调节带来的损失,而且与发动机相比,电机的控制也更为灵敏,易于实现(2)发动机最优工作曲线策略发动机工作在万有特性图中最佳油耗线上,只有当发电机电流需求超出电池的接受能力或者当电机驱动电流需求超出电机或电池的允许限制时,才调整发动机
