混合动力汽车串并联系统控制策略和运行模式浅析

陈奂琦+郝云鹏+翟若愚

摘 要：在混合动力汽车的串并联两种系统下，分析其工作原理、整体控制策略（峰值电源控制策略）、不同运行工况下的蓄电池、发动机、发电机、马达的工作状态，电流及其转矩等能量的流向，并进一步对比分析串并联系统与传统汽车相比的优缺点。

关键词：峰值电源 混合驱动 再生制动 牵引功率

中图分类号：U466 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）10（b）-0123-02

近年来由于国家和人民对环境和资源问题越来越重视，新能源汽车因在能耗和排放等领域优于传统汽车而逐渐进入人们的视线，而混合动力汽车在新能源汽车领域里最为灵活和实用，但由于其布置的多样性使工作状态繁琐，本文主要介绍混合动力汽车在串并联两种系统下的控制策略和各个工况下的运行模式以及其动力流向。

1 串联系统的运行模式

在混合动力的串聯系统下，发动机和驱动轮在结构上是分离的，因为我们可以保证在任何工况下使发动机处于最佳的运行状态和最低能耗的状态。根据所需要提供的牵引功率的大小，大致可以分为以下几个类别。

1.1 单峰值电源牵引模式

在该模式下，由峰值电源单独提供能量供汽车的运行，因此峰值电源发出的功率即为汽车行驶所需的功率。

1.2 单发动机牵引模式

同理在该模式下，由发动机单独提供能量供汽车的运行，因此发动机发出的功率即为汽车行驶所需的功率。

1.3 混合牵引模式

当汽车在加速或者爬坡时所需要的功率较大，为了使发动机处于最佳的工作范围内，发动机和峰值电源一起为汽车提供能量，因此发动机和峰值电源所发出的功率之和即为汽车行驶所需要的功率。

1.4 峰值电源充电模式

当峰值电源处于最低值时，必须为其充电才能保证其继续运行，此时由发动机发出功率为其充电，因此发动机发出功率为汽车运行所保证功率和峰值电源充电功率之和。

1.5 再生制动模式

当汽车制动时，牵引电动机变为发电机，其产生的能量用于向峰值电源充电，将汽车制动使得动能转换为电能。

2 串联系统的峰值电源控制策略

在这一控制策略下，主要保证在满足汽车运行状态下，峰值电源始终保持其为高电平，在此控制策略下，我们将发动机作为主要动力源，将峰值电源作为辅助动力源来保证汽车任何时刻的高性能。此状态下的主要控制策略流程图如图1所示。

3 并联系统的运行模式

并联是混合动力系统的发动机和牵引电动机并联直接向驱动轮提供功率来保证汽车在各个工作状态的运行。根据所需要提供的牵引功率的大小，大致可以分为以下几个类别。

3.1 单电动机牵引模式

当车速小于设定值时，发动机不能稳定地运转，为熄火或者怠速状态，由电动机单独提供动力源供汽车运行。电动机发出功率即为汽车运行所需要的功率。

3.2 混和牵引模式

当汽车所需要的功率大于发动机所需要的功率时，发动机和电动机必须同时为汽车提供功率才可以保证其正常运行，这就是混合牵引模式，在此模式下发动机和电动机的功率之和为汽车运行所需要的功率。

3.3 峰值电源充电模式

当发动机在最佳工作状态下所发出的功率大于汽车运行所需要的功率时，若峰值电源低于其上限值，则发动机向峰值电源充电。

3.4 单发动机牵引模式

当发动机在最佳工作状态下所发出的功率小于汽车运行所需要的功率时，若峰值电源处于其上限值，发动机只提供功率给汽车运行。

3.5 再生制动模式

当汽车制动时，若制动功率大于电力系统所可以提供的最大功率时，多余的能量将被用来给峰值电源充电，而发动机怠速或熄火。

3.6 混合制动模式

当汽车制动时，若制动功率大于电力系统所可以提供的最大功率时，必须使电力系统的电力制动和发动机的机械制动共同作用于汽车制动。

4 并联系统的峰值电源控制策略

在这一控制策略下，主要保证在满足汽车运行状态下，尽可能地应用发动机作为基本动力源，尽可能使发动机处于最佳的运行状态。

此状态下的主要控制策略流程图如图2所示。

5 串并联系统的优缺点分析

串联系统的结构简单，等同于纯电动汽车加一个汽油发电机，结构布置灵活，由于发动机总是处于最佳状态，因此较为省油，但是由于发动机产生的动能需要二次转换才可以为电动机供电，在高速时油耗较高。

并联系统在传统汽车基础上增加电能驱动系统，发动机和电动机都可以驱动车轮，也可以共同驱动同时工作，动力性能更好，驱动模式多，可以适应各种工况，综合油耗低，但是其结构复杂，成本较高。

6 结语

本文通过分析混合动力汽车的串并联系统在不同工作状态下的运行模式和峰值电源控制策略，通过流程图的绘制，使大家更加清晰地明白了不同结构下混合动力汽车的工作情况以及动力流向，最后进行对比，得出串并联系统的优缺点点明其发展和进步空间。

参考文献

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