基于Simulink 平台混合动力汽车能量管理研究

谢敬友

（德州职业技术学院，山东德州 253000）

0 引言

混合动力电动汽车是具有两种或两种以上动力输出装置的汽车，将传统汽车和纯电动汽车两者结合，通过不同的能源保证汽车动力性能，优化了传统汽车的重污染，纯电动汽车的续航里程短等缺点。混合动力车根据驱动系统及动力传递不同，分为串联式混合动力车、并联式混合动力车及混联式混合动力车。

1 混合动力汽车的分类及结构分析

1.1 串联式混合动力汽车的结构及工作原理

串联式混合动力汽车的动力装置主要有发动机、电机和发电机。串联混合动力汽车的不同阶段工作运行模式如下。

（1）车辆启动或者低速运行阶段工作模式。串联混合动力汽车在此阶段，发动机不工作，由汽车蓄电池把电能传送给电机，电机驱动动力装置驱动车辆行驶。

（2）车速逐渐增大运行阶段工作模式。串联混合动力汽车在此阶段，动力输出能量主要是有发动机提供，蓄电池在此阶段储存剩余的能量。

（3）车辆急加速或爬坡运行阶段工作模式。在此阶段，串联混合动力汽车发动机提供的能量已经达不到车辆行驶要求，此时需要发动机和蓄电池同时驱动电机工作，满足汽车此工作模式下的能量。

（4）车辆减速和制动运行阶段工作模式。在此工作工程中，蓄电池存储电机和发电机装置回收车辆在制动状态产生的能量。

1.2 并联式混合动力汽车的结构及工作原理

并联式混合动力汽车主要由发动机、电动机、蓄电池及转矩耦合器组成。并联混合动力汽车的不同阶段工作运行模式如下。

（1）车辆启动或者低速运行工作模式。并联混合动力汽车启动或者低速运行阶段主要是利用电动机能量驱动汽车行驶。

（2）车辆高速运行及急加速或者爬坡工作模式。并联混合动力汽车保持高速运行下，发动机处在高效率工作状态，此阶段主要有发动机提供动力。当车辆在急加速或爬坡时，车辆额外的动力需求主要有电动机提供能量。

（3）车辆减速运行工作模式。蓄电池回收存储制动产生的能量。

2 基于Matlab/Simulink 软件平台仿真数据分析

利用Matlab/Simulink 软件构建整车模型，对能量分配进行模拟分析，从而控制最佳燃油经济性与平衡电池电量。最终数据分析，验证模型预测控制方法，具有较强的理论价值与实用价值。

2.1 建模参数设置

依据国家标准《乘用车燃油消耗量限值》，设置欧洲驾驶循环工况（NEDC）为测试工况。电池初始值SOC0（State of Charge）为1。工况参数见表1。

表1 工况参数

2.2 能量分配数据分析

2.2.1 电池SOC 数据分析

通过规则的逻辑门限值能量分配方法对整车仿真模型进行仿真分析，确定SOCmin为0.45，SOCmax为0.85。仿真数据分析：电池SOC 值始终保持在0.5～0.8，在此区间内电池的工作效率较高，当车辆高速运行时，电池SOC 值迅速减小，SOC 值出现略低状态。经过一个循环工况运行，电池SOC 值保持在0.56。

2.2.2 燃油消耗量数据分析

（1）百公里燃油油耗量计算公式分析。百公里油耗是由电池消耗的电能和燃油消耗量的能量额分析求得，具体公式如下：

式中 qequ——电能等效油耗

ΔSOC——循环工矿开始数值与结束数值的差值

U——蓄电池放电电压

C——蓄电池电容

Hu——汽油热值，44 000 kJ/kg

qact——实验工况的总油耗

SD——实验工况行驶总距离

ρgas——汽油密度

（2）燃油消耗量数据分析。通过公式计算，燃油消耗为6.0 L，数据查询百公里油耗理论值为7.4 L。燃油经济性提高了18.9%。经过整个循环工况仿真测试，最终的燃油消耗为365 g。

3 结论

（1）串联混合动力汽车发动机输出与驱动轴之间没有机械连接，发动机工作不受行驶工况的影响，因此发动机的效率较高。但是车辆行驶时发动机发出的能量经过两次能量转换，能量损失严重，故效率利用率较低。

（2）并联混合动力汽车依靠变速器和动力装置传输发动机和驱动轮的动力，没有机械连接，因此发动机能量及机械效率利用率较高，大大提高了燃油经济性。