高品质混合动力汽车能量管理系统的设计

高品质混合动力汽车能量管理系统的设计

意大利“工业2015”框架工程中，包括了汽车产品开发的HI-ZEV项目。HI-ZEV项目旨在开发面向欧盟及美国市场的高品质混合动力汽车。能量管理系统的性能、成本和耐用性对于开发高品质混合动力汽车至关重要，是高品质混合动力汽车开发的重点。为此，针对HIZEV项目中的混合动力汽车能量管理系统的设计和验证过程进行了分析介绍。

设计能量管理系统之前需要完成整车布置的设计。HIZEV项目所设计的原型车为一辆电动跑车，为了满足动力性要求，其上装配一台最大功率为300kW的发动机和一台最大功率为150kW的电机。发动机与电机的布置结构采用并联式结构，发动机置于后部仅驱动后桥，电机置于前部仅驱动前桥。考虑到电机的最大功率、整车质量和空间，该项目最终采用最大瞬时功率175kW、容量6kWh的电池组，并将其安装在驾驶员侧面，采用风冷式散热方法。由于电池组中锂电池单元的性能对温度十分敏感，因而设计能量管理系统最关键的是实现对电池组温度的控制。为分析电池组工作时的温度变化，需要对电池组进行建模。建模时，将电池单元看作具有多个串联相移电路（RC电路）的发动机，同时采用强制对流模型模拟电池组外部空气流动。通过改变电池组中电池单元的间隔，实现不同的散热情况，结合电池组空间限制，最终确定电池单元间隔13mm的最优值。对该结果进行验证时，设定环境温度23℃，以及纯电动行驶和混合动力行驶两种驾驶情形。纯电动行驶时，考虑50%的制动能量回收，采用高速公路循环工况。混合动力行驶时，采用竞赛汽车测试循环工况ARTEMIS。结果显示：①纯电动行驶条件下，电池荷电状态（SOC）达到10%时，汽车行驶41km，平均功率8.6kW，电池组温度不超过1℃，每公里消耗电能0.126kWh；②混合动力行驶条件下，汽车行驶14km（典型比赛约10km），最高车速达到250km/h，平均功率60kW，电池组温度增加11℃，每公里消耗电能0.32kWh；③两种行驶条件下，电池组的最高温度均低于极限温度50℃，开发的电池组模型可作为电池系统设计阶段的有效工具。

Fernando Ortenzi et al.SAE

2015-24-2544.

编译：李臣