基于全局优化的插电式混合动力系统配置分析



基于全局优化的插电式混合动力系统配置分析

本研究的目的是分析插电式混合动力系统配置对燃油经济性的影响。现有的研究仅考虑了功率分流比和部件效率，主要集中于混合动力系统或少量插电式混合动力系统，而本文研究增加了创新性。比较并分析了“series+α”插电式混合动力汽车系统分流方式：输入分流（I/S）、串联式输出分流（S/O）和混联式系统（S/P），这些系统由一个行星齿轮或正齿轮及离合器组成，当前应用于大规模生产的车辆（如丰田普锐斯、雪佛兰伏特、本田雅阁）中。考察了变速器机械损失对动态规划结果的影响，特别是使用功率分流比分析对行星齿轮的建模。通过分析特定驾驶循环下的理论系统效率和动态规划，考察每个插电式混合动力汽车系统串联模式的效果。通过这个研究，根据驾驶条件和电池状态（如充电消耗或充电保持）揭示了插电式混合动力汽车系统的优点和缺点。本研究的插电式混合动力车辆系统分析有助于为特定目标选择合理的系统配置。

本研究中，对插电式混合动力汽车系统的效率（输入分流、串联输出分流及混联）在稳态条件和各种各样驾驶条件下进行了比较。稳定状态下，每个系统的变速器电力机械效率由速率比表示。在充电消耗模式，假定每个系统的电机效率和再生数量相同，则系统效率由变速器机械效率决定。因此，S/P优于S/O，由于S/P正齿轮效率比I/P更高，且S/O不同于I/P，S/O通过离合器与发电机断开，所以输入分流最差。

在充电保持模式下，I/S在低传动比（高车速）时获得机械点；S/O在驱动条件下获得机械点；S/ P在驾驶条件下具有最高效率。因此，S/P在高车速及稳定状态（如高速公路）下获益；I/S在低速或者高负荷（如交通拥堵、爬坡或攻击性驾驶）的条件下更好；S/O在驱动条件下（如郊区驾驶）更具优点。

最重要的是，为了在特定驾驶条件下比较系统效率，将变速器机械模式应用于动态规划。经验证，传动比或输入转速函数中的机械损失会改变最优控制结果。在充电消耗模式，S/P在变速器机械效率方面优于I/S 1%～1.5%，S/O优于I/S 0～1%。在充电保持模式，对于城市循环，I/S的系统效率比S/O和S/P高2%～3%。对于公路和US06循环，I/S 和S/P效率相近，S/P最差。

总之，对于偏重电力驱动的插电式混合动力汽车，混联优于串联输出分流，其次是输入分流。对于偏重混合驱动的插电式混合动力汽车，输入分流和混联优于串联输出分流。

Insup Kim et al. Electric Vehicle Symposium and Exhibition (EVS27), 2013 World Barcelona, Spain-November 17-20,2013.

编译：王欣欣