串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的發(fā)電機(jī)與汽車行駛工況沒(méi)有直接關(guān)系,系統(tǒng)從外界獲取能量的途徑主要有三條:①由燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)換來(lái)的能量;②由電網(wǎng)充入蓄電池的能量;③回收的制動(dòng)及減速能量。系統(tǒng)消耗的能量除了驅(qū)動(dòng)車輪的動(dòng)力能量外,還有電動(dòng)機(jī)自身的損耗、電池充放電過(guò)程中的損耗、發(fā)電機(jī)的損耗等。能量管理系統(tǒng)的目標(biāo)是使發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳效率區(qū)和排放區(qū)工作,并盡量減少系統(tǒng)本身?yè)p耗,以實(shí)現(xiàn)最高的能量轉(zhuǎn)換效率。串聯(lián)型混合動(dòng)力汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)能量管理系統(tǒng)的控制策略有多種,如“恒溫器型”控制策略和“功率跟蹤型”控制策略等。

圖8-2　長(zhǎng)安混合動(dòng)力汽車的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

“恒溫器型”控制策略也稱開(kāi)關(guān)型控制策略,其特點(diǎn)是讓發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)機(jī)后恒定地工作于效率最高點(diǎn)。為了保證良好的蓄電池組充放電工作性能,預(yù)先設(shè)定蓄電池充放電狀態(tài)(State of Charge,SOC)的最大值與最小值。當(dāng)蓄電池的SOC＝SOCmin時(shí),發(fā)電機(jī)工作并向蓄電池充電;當(dāng)SOC＝SOCmax時(shí),發(fā)電機(jī)便停止向蓄電池充電。

“恒溫器型”控制策略系統(tǒng)控制流程如圖8-3所示。

系統(tǒng)軟件主要由系統(tǒng)初始化模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊組成。

SOC＝SOCmax和SOC＝SOCmin的數(shù)值分別設(shè)定為80%和60%。系統(tǒng)主要功能包括監(jiān)控電池組工作狀況;根據(jù)電池組電量自動(dòng)啟動(dòng)或關(guān)閉發(fā)電機(jī)組,對(duì)電池組進(jìn)行充電或停止充電;控制發(fā)電機(jī)控制器,監(jiān)控和管理電動(dòng)機(jī)控制器等。

“功率跟蹤型”控制策略的特點(diǎn)是由發(fā)動(dòng)機(jī)全程跟蹤車輛功率需求,僅在蓄電池SOC＝SOCmax且僅由蓄電池提供的功率滿足車輛需求時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)才停止或怠速運(yùn)行。這種策略的優(yōu)點(diǎn)是可以采用小容量的蓄電池,使汽車的質(zhì)量減輕,行駛阻力減少;另外,由于蓄電池充放電次數(shù)減少,因而系統(tǒng)內(nèi)部損失也減小。其主要缺點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)必須工作在較大的工況范圍中運(yùn)行,發(fā)動(dòng)機(jī)的平均熱效率較低,有害排放較多。

圖8-3　“恒溫器型”控制策略系統(tǒng)控制流程圖

“功率跟蹤型”混合動(dòng)力汽車的能量管理系統(tǒng)如圖8-4所示。

該系統(tǒng)用于WG6120HD式混合動(dòng)力城市公交車。在能量管理系統(tǒng)中建有公交線路數(shù)據(jù)庫(kù),并設(shè)定相應(yīng)的營(yíng)運(yùn)控制模式。汽車運(yùn)行中,對(duì)圖中所示的各種信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,根據(jù)汽車的行駛狀況,對(duì)各動(dòng)力部件發(fā)出控制指令。系統(tǒng)中對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制采用了功率跟蹤的方式,使發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率響應(yīng)車輛需求功率的波動(dòng),進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)。發(fā)動(dòng)機(jī)在預(yù)先設(shè)置的上、下限進(jìn)行自適應(yīng)功率跟蹤,以保證車輛動(dòng)力性和發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率。

“綜合控制策略系統(tǒng)”控制模式是上述兩種控制模式的一個(gè)折中方案。在電池的SOC較高時(shí),主要用純電動(dòng)模式。而當(dāng)電池的SOC降低到設(shè)定的范圍內(nèi)時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)的排放和效率,將其輸出功率嚴(yán)格限定在一定的變化范圍內(nèi)。如果能預(yù)測(cè)到車輛行程內(nèi)的總能量需求,則一旦電池中儲(chǔ)存了足夠的能量,在剩余的行程中車輛就可轉(zhuǎn)換為純電動(dòng)模式,到了行程終點(diǎn)正好耗盡電池所允許放出的電能。這種控制模式也稱為最佳串聯(lián)混合動(dòng)力模式。

圖8-4　“功率跟蹤型”混合動(dòng)力汽車的能量管理系統(tǒng)