低温运行状态下插电式混合动力客车能量管理策略研究

汽车的动力系统电动化已经成为当今汽车发展的重要趋势。作为新能源汽车的一种,插电式混合动力汽车(PHEV)在原有传统车的基础上增加了纯电驱动结构,不仅保证了车辆的续驶里程,还最大限度的使用电驱动,从而发挥节能减排的作用。电驱动中的锂离子动力电池的性能容易受到环境温度的影响,低温环境下表现为性能下降与寿命衰退,为插电式混合动力汽车在高纬度的北方寒冷地区的发展和推广造成了很大阻碍。针对PHEV运行过程中存在电量下降和电量维持两个阶段的特点,本文提出了两阶段嵌入电池加热热管理的能量管理策略,并进行仿真研究与可行性分析。本文对串联插电式混合动力系统的工作原理进行介绍,分析其在动力电池和辅助动力单元之间相互协作产生的5种工作模式以及相应的功率流动。同时提出在传统串联结构上加入对流加热通道构成的带有对流加热功能的PHEV动力系统构型及其功率流动。建立插电式混合动力系统关键部件模型,包括动力电池的Rint等效电路模型、Arrhenius衰减模型和产热模型,以及辅助动力单元的最优功率曲线模型、驱动电机效率map模型、整车动力学模型和行驶工况。提出寒冷环境中带有预热系统的PHEV能量管理策略。该策略在原有研究中提到的电量消耗-电量维持(CD-CS)策略基础上嵌入电池热管理。将整体策略的实现过程分为三个部分:状态与状态切换部分、荷电状态与温度估计部分以及逻辑判断单元部分并且进行分别分析。进行仿真结果分析。讨论三种场景:无补电机会、一次补电机会和两次补电机会下的电池荷电状态(SOC)、电池温度以及衰减量。同时分析在三种情景下,采用电网或者辅助动力单元进行预加热相比不加热所产生的经济性,给出经济性的定量分析,为充电站布置提供指导。