增程式电动车辅助动力单元与整车协调控制算法研究

【摘要】随着汽车保有量的急剧增加，世界范围内的石油和环境危机越来越严重，各国政府对汽车的排放要求也越来越严格。为了突破汽车行业发展过程中的这一瓶颈，具有零污染零排放优势的电动汽车成为了一个新的研究方向，但现阶段纯电动汽车具有一次充电行驶里程短、电池容量小、充电时间长、电池笨重并且价格昂贵等缺点，增程式电动车作为一种过渡阶段的新能源汽车产品在某种程度上能弥补这些缺陷，目前世界各国政府都在把新能源汽车作为一种战略性产业给予大力支持，各个大型汽车公司均在加大研发增程式电动汽车产品的力度。增程式电动汽车相比于纯电动汽车的一大特点是带有除电池外的第二种动力源，这种动力源是由发动机与发电机组成的发电机组，只有当动力电池电量不足以支持整车运行时才开始工作，我们称之为辅助动力单元（APU）。辅助动力单元开始工作以后会在多个工作状态之间来回切换，由于辅助动力单元系统响应的迟滞性，在辅助动力单元输出功率达到目标功率之前，会造成整车动力输出不足或者动力输出波动。为了保证整车在行驶过程的动力性，本文利用了动力电池充放电响应迅速的特性，即在辅助动力单元输出功率达到目标功率之前通过动力电池放电来弥补APU输出功率不足的部分，从而满足整车行驶过程中对动力性和舒适性的要求。为了开发辅助动力单元与整车协调的控制算法，即动力电池实时补偿算法，本文在前人研究的增程式电动车整车控制策略基础上对其进行了补充研究，具体做了以下几个方面的工作：首先，研究增程式电动车的结构和工作原理，划分增程式电动车控制系统的结构，重点研究了整车控制器、辅助动力单元控制器、电池管理系统以及驱动电机控制器的结构和功能定义，明确整车控制器和辅助动力单元控制器之间的区别和联系，研究如何在功能上达到辅助动力单元与整车的协调。其次，制定辅助动力单元与整车的协调控制算法，即当动力电池SOC下降到一个设定的下限时，为保证辅助动力单元处在最佳的工作状态，制定发动机提前开启预热算法。当整车从纯电动模式向增程模式切换或者当辅助动力单元工作以后在各个工作点之间来回切换的过程中，制定动力电池补偿控制算法，即在APU工作过程中，利用电池放电来补充APU输出功率的不足。然后，利用MATLAB软件环境，搭建增程式电动车专用仿真平台，以便验证本文制定的协调控制算法的有效性和正确性。最后，搭建增程式电动车辅助动力单元与整车协调的控制算法模型，并将控制算法模型嵌入到增程式电动车仿真平台中，通过仿真分析整车车速跟踪工况车速情况、动力电池SOC变化情况、辅助动力单元输出功率变化情况等来验证本文制定的协调控制算法的合理性和有效性。本文制定的协调控制算法保证了整车在动态变化过程中的动力性问题，为增程式电动车控制策略的研究做出了重要补充。但为了保证整车的动力性，辅助动力单元开启的次数及时长会增加，势必会对整车燃油经济性产生一定的影响，并且由于时间和能力原因，本文还有未考虑到的影响整车动力性的其他因素，后来研究者可以在此基础上加以完善。
【作者】熊建；
【导师】闵海涛；
【作者基本信息】吉林大学，车辆工程，2014，硕士
【关键词】增程式电动车；辅助动力单元；协调控制；仿真；

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