陳奐琦+郝云鵬+翟若愚

摘 要：在混合動力汽車的串并聯(lián)兩種系統(tǒng)下，分析其工作原理、整體控制策略（峰值電源控制策略）、不同運行工況下的蓄電池、發(fā)動機、發(fā)電機、馬達的工作狀態(tài)，電流及其轉(zhuǎn)矩等能量的流向，并進一步對比分析串并聯(lián)系統(tǒng)與傳統(tǒng)汽車相比的優(yōu)缺點。

關(guān)鍵詞：峰值電源 混合驅(qū)動 再生制動 牽引功率

中圖分類號：U466 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）10（b）-0123-02

近年來由于國家和人民對環(huán)境和資源問題越來越重視，新能源汽車因在能耗和排放等領(lǐng)域優(yōu)于傳統(tǒng)汽車而逐漸進入人們的視線，而混合動力汽車在新能源汽車領(lǐng)域里最為靈活和實用，但由于其布置的多樣性使工作狀態(tài)繁瑣，本文主要介紹混合動力汽車在串并聯(lián)兩種系統(tǒng)下的控制策略和各個工況下的運行模式以及其動力流向。

1 串聯(lián)系統(tǒng)的運行模式

在混合動力的串聯(lián)系統(tǒng)下，發(fā)動機和驅(qū)動輪在結(jié)構(gòu)上是分離的，因為我們可以保證在任何工況下使發(fā)動機處于最佳的運行狀態(tài)和最低能耗的狀態(tài)。根據(jù)所需要提供的牽引功率的大小，大致可以分為以下幾個類別。

1.1 單峰值電源牽引模式

在該模式下，由峰值電源單獨提供能量供汽車的運行，因此峰值電源發(fā)出的功率即為汽車行駛所需的功率。

1.2 單發(fā)動機牽引模式

同理在該模式下，由發(fā)動機單獨提供能量供汽車的運行，因此發(fā)動機發(fā)出的功率即為汽車行駛所需的功率。

1.3 混合牽引模式

當汽車在加速或者爬坡時所需要的功率較大，為了使發(fā)動機處于最佳的工作范圍內(nèi)，發(fā)動機和峰值電源一起為汽車提供能量，因此發(fā)動機和峰值電源所發(fā)出的功率之和即為汽車行駛所需要的功率。

1.4 峰值電源充電模式

當峰值電源處于最低值時，必須為其充電才能保證其繼續(xù)運行，此時由發(fā)動機發(fā)出功率為其充電，因此發(fā)動機發(fā)出功率為汽車運行所保證功率和峰值電源充電功率之和。

1.5 再生制動模式

當汽車制動時，牽引電動機變?yōu)榘l(fā)電機，其產(chǎn)生的能量用于向峰值電源充電，將汽車制動使得動能轉(zhuǎn)換為電能。

2 串聯(lián)系統(tǒng)的峰值電源控制策略

在這一控制策略下，主要保證在滿足汽車運行狀態(tài)下，峰值電源始終保持其為高電平，在此控制策略下，我們將發(fā)動機作為主要動力源，將峰值電源作為輔助動力源來保證汽車任何時刻的高性能。此狀態(tài)下的主要控制策略流程圖如圖1所示。

3 并聯(lián)系統(tǒng)的運行模式

并聯(lián)是混合動力系統(tǒng)的發(fā)動機和牽引電動機并聯(lián)直接向驅(qū)動輪提供功率來保證汽車在各個工作狀態(tài)的運行。根據(jù)所需要提供的牽引功率的大小，大致可以分為以下幾個類別。

3.1 單電動機牽引模式

當車速小于設(shè)定值時，發(fā)動機不能穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)，為熄火或者怠速狀態(tài)，由電動機單獨提供動力源供汽車運行。電動機發(fā)出功率即為汽車運行所需要的功率。

3.2 混和牽引模式

當汽車所需要的功率大于發(fā)動機所需要的功率時，發(fā)動機和電動機必須同時為汽車提供功率才可以保證其正常運行，這就是混合牽引模式，在此模式下發(fā)動機和電動機的功率之和為汽車運行所需要的功率。

3.3 峰值電源充電模式

當發(fā)動機在最佳工作狀態(tài)下所發(fā)出的功率大于汽車運行所需要的功率時，若峰值電源低于其上限值，則發(fā)動機向峰值電源充電。

3.4 單發(fā)動機牽引模式

當發(fā)動機在最佳工作狀態(tài)下所發(fā)出的功率小于汽車運行所需要的功率時，若峰值電源處于其上限值，發(fā)動機只提供功率給汽車運行。

3.5 再生制動模式

當汽車制動時，若制動功率大于電力系統(tǒng)所可以提供的最大功率時，多余的能量將被用來給峰值電源充電，而發(fā)動機怠速或熄火。

3.6 混合制動模式

當汽車制動時，若制動功率大于電力系統(tǒng)所可以提供的最大功率時，必須使電力系統(tǒng)的電力制動和發(fā)動機的機械制動共同作用于汽車制動。

4 并聯(lián)系統(tǒng)的峰值電源控制策略

在這一控制策略下，主要保證在滿足汽車運行狀態(tài)下，盡可能地應(yīng)用發(fā)動機作為基本動力源，盡可能使發(fā)動機處于最佳的運行狀態(tài)。

此狀態(tài)下的主要控制策略流程圖如圖2所示。

5 串并聯(lián)系統(tǒng)的優(yōu)缺點分析

串聯(lián)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，等同于純電動汽車加一個汽油發(fā)電機，結(jié)構(gòu)布置靈活，由于發(fā)動機總是處于最佳狀態(tài)，因此較為省油，但是由于發(fā)動機產(chǎn)生的動能需要二次轉(zhuǎn)換才可以為電動機供電，在高速時油耗較高。

并聯(lián)系統(tǒng)在傳統(tǒng)汽車基礎(chǔ)上增加電能驅(qū)動系統(tǒng)，發(fā)動機和電動機都可以驅(qū)動車輪，也可以共同驅(qū)動同時工作，動力性能更好，驅(qū)動模式多，可以適應(yīng)各種工況，綜合油耗低，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。

6 結(jié)語

本文通過分析混合動力汽車的串并聯(lián)系統(tǒng)在不同工作狀態(tài)下的運行模式和峰值電源控制策略，通過流程圖的繪制，使大家更加清晰地明白了不同結(jié)構(gòu)下混合動力汽車的工作情況以及動力流向，最后進行對比，得出串并聯(lián)系統(tǒng)的優(yōu)缺點點明其發(fā)展和進步空間。

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