车辆混合动力系统的优化研究

混合动力系统的能量管理策略优化

混合动力系统是一种结合了内燃机和电动机的技术，通过合理地配置功率来源，既能提高车辆的燃油经济性，又能降低对环境的影响。而能量管理策略作为混合动力系统的核心所在，直接关系到系统的性能和效率。本文将会探讨混合动力系统的能量管理策略优化，以期提供一些有益的思考。

一、混合动力系统简介

混合动力系统是汽车动力系统的一种创新形式，由燃油引擎和电动机构成。燃油引擎主要负责长途高速行驶时的动力提供，而电动机则在低速或起步时发挥作用。通过两种动力形式的合理配合，混合动力系统在提高燃油经济性的同时，能够减少氮氧化物和颗粒物等有害物质的排放。

二、能量管理策略的重要性

能量管理策略是混合动力系统保持高效运行的关键。通过智能的能量管理，能将引擎和电动机的工作状态在合适的时候转换，最大程度地利用能量。当车辆处于行驶过程中，能量管理策略会根据不同的驾驶模式选择合适的能量转换方式，尽量减少能量的浪费。

三、混合动力系统的能量流分析

混合动力系统的能量流分析是能量管理策略优化的前提。通过对系统中各个部件的能量流方向和能量转换过程的分析，可以找到合理的优化方案。以一款典型的混合动力汽车为例，燃油引擎通过传动系统与驱动轮相连，同时通过发电机给电动机供电；电动机既可以通过储能系统提供电力，也可以通过发电机获得能量。在不同的驾驶模式下，能量的流动路径和比例会发生变化，能量管理策略需要根据实际情况进行调整。

四、基于经济性的能量管理策略 经济性是影响能量管理策略的一个重要指标。一种基于经济性的能量管理策略主要考虑的是系统的燃油效率和运行成本。通过对车辆行驶状态和驾驶模式的实时监测，能够合理调整能量转换的工作方式，使得耗能最小化。例如，在长时间高速行驶中，燃油引擎可以更多地提供功率，以提高燃油经济性；而在城市拥堵的情况下，电动机可以发挥更大作用，以减少燃料的消耗。

五、基于环境友好性的能量管理策略

环境友好性也是一个重要的能量管理策略指标。混合动力系统的优点之一就是减少污染物的排放。基于环境友好性的能量管理策略主要考虑的是系统运行过程中的排放情况。通过合理配置燃油引擎和电动机的工作方式，可以使得排放物的产生最小化。例如，在启动和低速行驶过程中，电动机可以独自驱动，减少废气的排放；而在燃油引擎工作时，可以对废气进行净化处理，以减少对环境的污染。

《装备制造技术１２０１４年第１期　

串联混合动力汽车动力系统参数设计与优化　

卢　超’，张正中　，田　刚。　

（１．浙江农业商贸职业技术学院汽车技术系，浙江绍兴３１２０００；２．金华职业技术学院机电工程学院，　

浙江金华３２１０１７；３．江苏大学汽车学院，江苏镇江２１２０１３）　

摘要：基于ＹＴＫ６６０５Ｑ客车，结合我国城市交通的特点，从串联混合动力系统的结构和工作原理出发，完成了　ＹＴＫ６６０５ＱＨＥＶ的参数匹配和性能预测，介绍了动力系统的控制策略，并通过仿真分析验证了参数匹配的合理性及控　制策略的先进性，为混合动力汽车的开发提供了一定的理论指导。　关键词：混合动力汽车；动力系统；参数匹配；控制策略　

中图分类号：Ｕ４６３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１　６７２—５４５Ｘ（２０１　４）０１—００８３—０４　

降低能源消耗和减少废气排放是当今汽车发展　必须解决的首要问题。混合动力电动汽车ＨＥＶ　

（Ｈｙｂｒｉｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅ）是传统内燃机汽车与电动汽　

车的有效组合，其既继承了内燃机汽车动力性好的　

优点，又显著改善了汽车的燃油经济性和排放性。因　此，城市客车采用混合动力驱动方式，可以在满足车　

辆性能要求的情况下，有效降低排放污染，逐渐成为　

当今汽车界竞相开发的热点。　本文针对串联混合动力汽车动力系统参数设计　

的原理和方法进行研究，以期对获得最为合理的动　

力系统参数。　

１　串联混合动力系统结构及工作原理　

串联混合动力汽车特别适合于在市内低速运　

行、频繁加减速、停车的复杂工况，在这种工况下，串　联混合动力系统能够发挥发动机工作平稳、制动能　

量回收效果好、工作稳定可靠等优点Ⅲ。串联混合动　力系统主要由发动机发电机组（ＡＰＵ）、蓄电池、电动　

机和控制器所组成，它们在各自的电控单元管理下　

协同工作，其动力系统结构图如图１所示。　

蓄电池　车轮　Ｊ　Ｉ　发动机一发电机…・・・控制器……电动机一驱动桥　一机械连接　１　．．…．电气连接　车轮　图１　串联混合动力汽车驱动系统结构图　

《装备制造技术）２ｏｌｏ年第８期　混合动力驱动汽车设计的优化探讨　张智华　（天津机电职业技术学院，天津３００１３１）　摘要：阐述了混合动力驱动汽车的概念和发展状况，并对汽车设计优化策略作了介绍和探计。　关键词：汽车；混合动力驱动；动力性；制动性；能量控制策略　中图分类号：Ｕ４６９．７　文献标识码：Ａ　随着工业的飞速发展，世界各工业大国越来越认识到生　态环境的重要性，许多大汽车公司正致力于开发研制生态汽　车。生态汽车包括电动汽车、混合驱动汽车（ＨＥＶ）、太阳能汽　车和氢气汽车等。混合动力驱动汽车，在广义上来说，是表示　多于一种原动机的车辆驱动机构。混合驱动机构，可备有几种　相似的或不同型式的贮能装置和功率转换器，可在不同的使　用条件下，利用各自优点，从而使混合驱动机构的总效益胜过　这套机构所增加的费用。这种混合了传统和电动的驱动系统，　能够明显减少汽车排放和降低油耗，并可以达到传统汽车同　样的行驶距离和具有便利的燃料补充。　混合动力汽车在发达国家已经Ｅｔ益成熟，有些已经进入　实用阶段。虽然构造复杂，成本较高，但在电动汽车时代到来　之前，混合动力型汽车作为一种过渡产品，将会在市场上持续　相当长的时间。从２０世纪９Ｏ年代起，全世界又掀起研究开发　和制造ＨＥＶ的竞争热潮，２１世纪ＨＥＶ有可能成为汽车工业　的主导产品。　１　混合驱动机构的布置形式　由内燃机和电力驱动结合的混合驱动，是目前唯一受到　关注的混合驱动机构。它有３种布置形式，这３种布置的主要　差别，在于动力源的串联或并联布置。　（１）串联方式混合动力汽车。由发动机进行发电，再向电　动机供应电力，由电动机输出扭矩而使汽车运转，在车辆上装　有蓄电池，储存发动机带动发电机产生的电能。随着燃料电池　与太阳能电池的不断进步，可以用燃料电池取代发动机，形成　新一代燃料电池混合动力车。　（２）并联方式混合动力汽车。发动机与电动机同时使用。　车辆行驶时，以发动机为主要动力源，在车辆起步或加速时则　使电动机工作，作为辅助驱动力。在发动机效率低的低负荷工　况时，则电动机功能转变为发电机功能，向蓄电池充电。在车　辆制动或下坡减速行驶时，通过制动能量回收系统，进行制动　能量回收，进行发电，并向蓄电池充电。车辆停止时，发动机停　止运转，限制能量消耗。　（３）混联方式混合动力汽车。在并联式混合动力系统中，　增加专用发电机，按照车辆行驶工况，分别使用串联式混合动　力系统和并联式混合动力系统，以提高能量使用效率。例如丰　田Ｐｒｉｕｓ和日产汽车公司的Ｔｉｎｏ混合动力轿车。　文章编号：１　６７２—５４５Ｘ（２０１　０）０８—００６５—０２　２　混合驱动动力汽车的特点　混合驱动动力汽车的特点，是相对于传统汽车而言的。其　动力系统，包括内燃机和电池组，兼备了内燃机汽车和电动汽　车优点，它将内燃机、电动机与一定容量的储能器件，通过控　制系统相组合，电动机可补充提供车辆起步、加速时所需转　矩，又可以存储吸收内燃机富余功率和车辆制动能量，从而可　大幅度降低油耗，减少污染物排放。　（１）排放指标。混合动力汽车虽然没有实现零排放，但其　动力性、经济性和排放等综合指标，能满足当前的苛刻要求，　可缓解汽车需求与环境污染及石油短缺的矛盾。与传统内燃　机汽车相比，其主要优点是采用了高功率的能量储存装置（飞　轮、超级电容器或蓄电池）向汽车提供瞬时能量，可以提高效　率，节省能源，降低排放，因此经济性和排放性明显改善，技术　经济可行性较强。　（２）续驶里程和乘坐的舒适性。较之纯电动汽车，混合动　力汽车的主要优点，是续驶里程和动力性可达到内燃机汽车　的水平；空调、真空助力、转向助力及其他辅助电器，借助原动　机动力，无需消耗电池组有限电能，从而保证了乘坐的舒适　性；而且混合动力汽车技术难度相对较小，成本也相对较低。　混合动力汽车介于传统汽车和纯电动汽车、燃料电池汽车　之间，是一种承前启后的，在经济和技术方面都趋于成熟的汽　车产品。混合动力驱动的车辆具有节能、低排放、低噪音等优　点，并且保持了传统的由内燃机驱动的汽车续驶里程长的固有　特点，混合动力驱动的车辆不论在小轿车或大型车辆（如公共　汽车）领域中，均将有巨大的发展潜力和看好的市场前景。　（３）汽车的动力性。动力性是汽车各种性能中最基本、最　重要的一种性能，要建立混合动力汽车的动力学模型，需应用　计算机对汽车的动力学性能进行模拟仿真，最关键的问题就　在于计算是否与实际情况相符合。所以建立适当的、符合实际　的模型，对于精确描述汽车动力系统的运动状态，提高仿真模　拟精度是非常重要的。　（４）汽车的制动性。制动性是汽车安全行驶的重要保障，　据统计４０％的交通事故是由于制动距离太长、制动侧滑和跑　偏造成的。所以在进行混合动力汽车系统时，应该充分重视汽　车的制动力学重要性，在设计系统时，应精确建立汽车动力学　的模型，提高仿真度，系统设计的越真实，交通事故的发生率　就会越降低。　收稿日期：２０１０－０５—０３　作者简介：张智华（１９７６一），男，湖北武穴人，讲师，硕士学位，主要研究方向：汽车设计、制造及检测与维修技术。　

栏目主持：黎艳　～投稿信箱：Ｌｉｙ＠ｉｄｎｏｖｏ．ｃｏｍ．ｃｎ　本文以长安汽车某重度混合动力汽车电池组冷却系统为例，通过利用ＳＴＡＲ—ＣＣＭ＋软件的包面、多面体网格生　成及求解等功能，实现了对该电池组冷却系统的流道优化，并对冷却风扇选型提供理论依据。　混合动力电池组冷却分析与优化　口长安汽车股份有限公司汽车工程研究院ＣＡＥ所严旭谯鑫黄清秀　一、前言　随着石油能源稀缺和汽车尾气排放对环境造成污染等问　题日益严重，新能源汽车的研发聚集了更多的关注目光，人们　希望找到一种低成本、无污染、大功率和高效率的能源来驱动　汽车，包括氢燃料、纯电动和太阳能等能源都在研究过程中。　但这～转变并非一朝一夕即能实现，而是需要相当长的一段时　间，在艰苦的研发过程中，混合动力汽车作为过渡的中间产物　应运而生。　混合动力汽车是指在～辆汽车中同时采用两种动力装置　及储能装置（通常为内燃机、电动机和电池），通过先进的控　制系统使动力装置和储能装置有机协调工作，实现动力系统最　佳的能量分配，达到整车低能耗、低排放和高性能。混合动力　汽车有以下优点：发动机在最佳经济区运行，从而降低发动机　排放和油耗；在城市区域内行驶，可用纯电动驱动，实现零排　放；可配备较小排量的发动机；能实现再生制动，进一步降低　汽车的油耗和排放。　油电混合动力汽车的电池组部分散热问题危及到电池的　工作环境和使用寿命，直接关系到用户的使用感受和满意程　度，因此在电池箱开发过程中，电池方案除了考虑空间布置以　外，更需要着重考虑电池散热的需要。　本文利用ＳＴＡＲ—ＣＣＨ＋软件对长安汽车某款在研重度混合　动力汽车的电池箱体进行建模计算，通过流场和温度场的计　算，找出散热通风管道的不合理性，并优化管道外形。在优化　管道外形之后，再建立完整电池固体区域，用以计算电池表面　最高温度，并进行后续优化方案分析。　二、分析及优化过程　电池冷却系统由进风管道、电池箱体、出风管道、ＤＣＤＣ　和电池区域组成，如图１所示。该系统通过风扇引风，使空气　从进口处流经电池区域，流入电池箱体内部，从而实现对电池　的冷却。　利用ＳＴＡＲ—ＣＣＨ＋对该系统进行包面处理，并生成多面体　网格，图２中的蓝色部分即为使用ＳＴＡＲ－ＣＣＭ＋生成的气体区域　网格，黄色部分为全六面体网格，表示电池区域，三个区域通　过电池区域上下表面总共４个分界面（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）相连。　由于首先考虑风道合理性，因此电池区域未详细表达，　只通过多孔介质体热源的方式来描述。经过计算，发现下部电　池区域中出现局部高温区，如图３所示，说明气流均匀性在该　处较差，通过如图４所示的该截面速度分布图可以看出，出现　局部高温区的位置气流其流速明显低于周围。　根据上面的图例分析，判断是由于气流从进风管道流入　电池箱体底部后，产生旋涡，导致通过电池区域的流速局部不　均，图５所示是箱体底部横截面速度矢量图，从图中可以看出　出口　图１电池箱及风道几何外形　图２计算网格　ＣＡＤ／ＣＡＭ与制造业信息化・２０１　０年第８期　６１