汽車電子控制技術(shù)第六章課件

1、汽車電子控制技術(shù)第六章新能源和智能網(wǎng)聯(lián)汽車電子控制目錄新能源汽車電子控制智能網(wǎng)聯(lián)汽車電子控制0102第一節(jié) 新能源汽車電子控制一、新能源汽車的定義與分類二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù)四、燃料電池電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)一、新能源汽車的定義與分類新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動(dòng)力來(lái)源(或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動(dòng)力裝置),綜合車輛的動(dòng)力控制和驅(qū)動(dòng)方面的先進(jìn)技術(shù),形成的具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的原理先進(jìn)的汽車。一、新能源汽車的定義與分類1.純電動(dòng)汽車純電動(dòng)汽車是一種采用單一蓄電池作為儲(chǔ)能動(dòng)力源的汽車,它利用蓄電池作為儲(chǔ)能動(dòng)力源,通過(guò)電池向電動(dòng)機(jī)提供電能,

2、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),從而推動(dòng)汽車行駛。它的優(yōu)點(diǎn)是,技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單成熟,只要有電力供應(yīng)的地方都能夠充電。但它也有相應(yīng)的缺點(diǎn),即蓄電池單位質(zhì)量?jī)?chǔ)存的能量太少,還有因電動(dòng)汽車的電池較貴,又沒(méi)形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模,故購(gòu)買價(jià)格較高;一、新能源汽車的定義與分類2.混合動(dòng)力汽車混合動(dòng)力汽車可分為兩大類,即液壓蓄能式混合動(dòng)力汽車和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。液壓蓄能式混合動(dòng)力汽車由液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和熱力發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成。混合動(dòng)力汽車是指驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由兩個(gè)或多個(gè)能同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的單個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)合組成的車輛,車輛的行駛功率依據(jù)實(shí)際的車輛行駛狀態(tài)由單個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單獨(dú)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)共同提供。混合動(dòng)力汽車優(yōu)點(diǎn)：采用混合動(dòng)力后可按平均需用的功率來(lái)確定內(nèi)燃機(jī)的

3、最大功率,發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)較小,此時(shí)處于油耗低、污染少的最優(yōu)工況下工作。一、新能源汽車的定義與分類3.燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車是利用氫氣和空氣中的氧在催化劑的作用下,在燃料電池中經(jīng)電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電能作為主要?jiǎng)恿υ打?qū)動(dòng)的汽車。燃料電池電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)是,零排放或近似零排放;減少了機(jī)油泄漏帶來(lái)的污染;降低了溫室氣體的排放;燃油電池的轉(zhuǎn)化效率高(60%左右),整車燃油經(jīng)濟(jì)性良好;運(yùn)行平穩(wěn)、無(wú)噪聲。它的缺點(diǎn)是,燃料電池成本高昂,同時(shí)使用成本(氫)也昂貴。一、新能源汽車的定義與分類 4.其他新能源汽車 除以上新能源汽車之外,還有氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車,是以氫發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源的汽車。一般發(fā)動(dòng)機(jī)使用的燃料是柴油或汽油

4、,氫發(fā)動(dòng)機(jī)使用的燃料是氣體氫。氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車是一種真正實(shí)現(xiàn)零排放的交通工具,排放出的是純凈水,其具有無(wú)污染、零排放、儲(chǔ)量豐富等優(yōu)勢(shì)。二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)電動(dòng)汽車具有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)、電池組充電系統(tǒng)、電池組管理系統(tǒng)、再生制動(dòng)能量回收控制系統(tǒng)等。另外,動(dòng)力電池組是純電動(dòng)汽車的唯一能源,傳統(tǒng)汽車中依賴于發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的空調(diào)系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、低壓電氣系統(tǒng)的電源都需要進(jìn)行電動(dòng)化的改造。二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)電動(dòng)汽車的控制策略和控制系統(tǒng)其需要完成的任務(wù)如下:1)在操縱裝置和操縱方法上繼承或沿用內(nèi)燃機(jī)汽車主要的操縱裝置和操縱方法,適應(yīng)駕駛?cè)说牟僮髁?xí)慣,使操作簡(jiǎn)單化和規(guī)范化

5、。2)在EV控制系統(tǒng)中,采用全自動(dòng)或半自動(dòng)的機(jī)電一體化控制系統(tǒng),達(dá)到安全、可靠、節(jié)能、環(huán)保和靈活的目的。3)提高電池的比能量和比功率,實(shí)現(xiàn)電池的高能化。4)采用高效率的電流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和高效率的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī),提高電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率。5)采用流線型車身,降低EV的迎風(fēng)面積和空氣阻力系數(shù)。6)回收再生制動(dòng)能量,延長(zhǎng)EV的行駛里程,提高EV的節(jié)能。二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)(一)電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制1.電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)裝置的組成與類型電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)裝置包括電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)控制器及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)(1)按驅(qū)動(dòng)裝置的組成形式分類1)機(jī)械驅(qū)動(dòng)方式。這種驅(qū)動(dòng)方式的驅(qū)動(dòng)裝置除電動(dòng)機(jī)外,通常

6、還包括變速器、傳動(dòng)軸、后橋和半軸等傳動(dòng)部件。2)半機(jī)械驅(qū)動(dòng)方式。半機(jī)械驅(qū)動(dòng)方式取消了傳動(dòng)效率低、操作煩瑣的齒輪變速器,只采用了減速齒輪、差速器、半軸等一部分機(jī)械傳動(dòng)裝置來(lái)傳遞動(dòng)力。半機(jī)械驅(qū)動(dòng)方式可充分利用電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)變速和調(diào)速范圍寬的特點(diǎn)。3)純電力驅(qū)動(dòng)方式。純電力驅(qū)動(dòng)方式無(wú)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu),驅(qū)動(dòng)裝置由左右兩個(gè)雙聯(lián)式電動(dòng)機(jī)或輪轂式電動(dòng)機(jī)組成,分別直接驅(qū)動(dòng)左右兩個(gè)驅(qū)動(dòng)車輪。純電力驅(qū)動(dòng)方式的傳動(dòng)效率高,可利用的空間大,駕駛操作簡(jiǎn)便,但對(duì)電動(dòng)機(jī)控制器的要求較高。二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)(2)按驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)數(shù)量分類1)單電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)只用一個(gè)電動(dòng)機(jī),能最大限度地減小電動(dòng)機(jī)部分的體積、質(zhì)量及成

7、本,但必須配備機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。2)多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。采用多個(gè)電動(dòng)機(jī),每個(gè)電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)一個(gè)車輪。多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能降低單個(gè)電動(dòng)機(jī)的電流和額定功率,效率較高,容易均衡電動(dòng)機(jī)的尺寸和質(zhì)量,但必須安裝電子差速器或采用電子控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)差速,因而成本較高。二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù) 2.電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)的類型(1)按電動(dòng)機(jī)的工作電源分類1)直流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。輸入電動(dòng)機(jī)的電流方向不變。直流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)有勵(lì)磁式和永磁式兩種。勵(lì)磁式直流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)磁極有勵(lì)磁繞組,通入電流后產(chǎn)生方向不變的磁場(chǎng);永磁式直流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的磁極為永久磁鐵,這種形式的電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)汽車上很少應(yīng)用。2)交流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。通過(guò)控制器將電源的直流電轉(zhuǎn)

8、換為正弦波交流電,輸入定子繞組后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。交流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)有交流異步電動(dòng)機(jī)和永磁式同步電動(dòng)機(jī)兩種類型。3)方波驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。通過(guò)控制器將電源的直流電轉(zhuǎn)換為方波交流電或脈沖直流電。由交流方波或脈沖電壓驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)有永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)兩種類型。二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)(2)按電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理分類1)勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)。通過(guò)電刷將直流電引入轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞繞組,勵(lì)磁繞組通電產(chǎn)生磁場(chǎng),電樞產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。根據(jù)磁極勵(lì)磁方式不同,勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)又分為并勵(lì)式、串勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式三種。2)交流異步電動(dòng)機(jī)。定子繞組輸入正弦波交流電,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)頻率與交流電源頻率不同步,故稱為交流異步電動(dòng)機(jī)。這類電動(dòng)

9、機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)不同又可分為籠型異步電動(dòng)機(jī)和繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)兩種。3)交流同步電動(dòng)機(jī)。定子繞組輸入正弦波交流電,但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)與交流電同頻率,根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同又可分為永磁式和繞線式兩種。4)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)子是永久磁鐵,因此無(wú)需電刷,通入電動(dòng)機(jī)定子繞組中的電流為直流脈沖電流。5)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)子和定子均為雙凸極結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)子沒(méi)有繞組,定子有簡(jiǎn)單的集中繞組,其工作原理與前面幾種類型的電動(dòng)機(jī)不同。二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的分類如圖6-1所示。 圖6-1 電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的分類二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù) 3.電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)的控制(1)交流異步電動(dòng)機(jī)的控制1)

10、交流異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制直流電動(dòng)機(jī)之所以具有良好的控制特性,其根本原因是被控參量只有磁極磁場(chǎng)和電樞電流,且這兩個(gè)量互相獨(dú)立。此外,電磁轉(zhuǎn)矩與磁通和電樞電流之間均為線性關(guān)系。如果能夠模擬直流電動(dòng)機(jī),求出交流電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與之對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)和電樞電流,并分別加以控制,就會(huì)使交流電動(dòng)機(jī)具有與直流電動(dòng)機(jī)近似的控制特性。為此,必須將三相交變量(矢量)轉(zhuǎn)換為與之等效的直流量(標(biāo)量),建立起交流電動(dòng)機(jī)的等效模型,然后按直流電動(dòng)機(jī)的控制方法對(duì)其進(jìn)行控制。二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)交流異步電動(dòng)機(jī)矢量控制是基于磁場(chǎng)定向的方法。基于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制原理的交流異步電動(dòng)機(jī)的變頻控制系統(tǒng)組成框圖如圖6-2所示。圖6-

11、2 基于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制原理的交流異步電動(dòng)機(jī)的變頻控制系統(tǒng)組成框圖二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)交流異步電動(dòng)機(jī)矢量控制的實(shí)質(zhì)是通過(guò)坐標(biāo)變換重建電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型,將交流異步電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī),從而像直流電動(dòng)機(jī)那樣對(duì)交流異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速控制。其主要的特點(diǎn)如下: 可以從零轉(zhuǎn)速開始進(jìn)行速度控制,因此,調(diào)速范圍很寬。 轉(zhuǎn)速控制響應(yīng)速度快,且調(diào)速精度較高,低速特性連續(xù)。 可以對(duì)轉(zhuǎn)矩實(shí)行較為精確的控制,電動(dòng)機(jī)的加速特性也很好。 系統(tǒng)受電動(dòng)機(jī)參數(shù)變化的影響較大,且計(jì)算復(fù)雜,控制相對(duì)煩瑣。二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)2)交流異步電動(dòng)機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制交流異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)主要由磁鏈調(diào)

12、節(jié)器、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器、磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器等組成。直接轉(zhuǎn)矩控制是指在定子坐標(biāo)系下通過(guò)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)定子電壓和電流,采用空間矢量理論計(jì)算電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈,并根據(jù)與給定值比較所得到的差值,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的直接控制。圖6-3 交流異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)框圖二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)直接轉(zhuǎn)矩控制過(guò)程如下: 通過(guò)相關(guān)傳感器獲得定子電流和電壓的-分量信號(hào)。傳感器的信號(hào)輸入磁鏈觀測(cè)器和轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器,計(jì)算得到定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩的實(shí)際f、Mf。將定子磁鏈的實(shí)際值f與給定值g通過(guò)滯環(huán)比較器進(jìn)行比較,并輸入磁鏈調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)磁鏈的子控制。將轉(zhuǎn)速測(cè)量值nf與給定值ng進(jìn)行比較,通過(guò)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器獲得轉(zhuǎn)矩給定值Mg,再將轉(zhuǎn)

13、矩給定值Mg和實(shí)際值Mf輸入轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的自控制。二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)交流異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制相比于交流異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制,具有如下特點(diǎn): 調(diào)速精度較高,相應(yīng)速度快。 計(jì)算簡(jiǎn)便,而且控制思想新穎,控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,控制手段直接。 信號(hào)處理的物理概念明確,動(dòng)、靜態(tài)性能均佳。 調(diào)速范圍較窄,低速特性有脈動(dòng)現(xiàn)象。二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)(2)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制1)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制方法永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)是非正弦的, 采用與直流電動(dòng)機(jī)相同的控制方法,即通過(guò)調(diào)節(jié)占空比的斬波器控制方法實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的控制。二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的主

14、控電路如圖6-4所示。電子開關(guān)觸發(fā)電路每次觸發(fā)兩個(gè)晶體管導(dǎo)通時(shí),接通兩相定子繞組,每隔60電角度換向一次,每個(gè)晶體管導(dǎo)通120電角度。各次換向晶體管的導(dǎo)通順序依次為+A-B、+A-C、+B-C、+B-A、+C-A、+C-B,依次記為狀態(tài)S1、S2、S3、S4、S5、S6。圖6-4 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的主控電路二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)在每個(gè)狀態(tài)中,對(duì)上橋臂晶體管作用PWM(占空比信號(hào)),控制其導(dǎo)通時(shí)間,而相應(yīng)的下橋臂晶體管則處于常導(dǎo)通狀態(tài),見表6-1。這樣,控制器通過(guò)占空比信號(hào)控制定子繞組的通電時(shí)間,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。狀態(tài)VT1(+A)VT2(-A)VT3(+B)VT4(-B)VT5(

15、+C)VT6(-C)S1PWMOFFOFFONOFFOFFS2PMWOFFOFFOFFOFFONS3OFFOFFPWMOFFOFFONS4OFFONPWMOFFOFFOFFS5OFFONOFFOFFPWMOFFS6OFFOFFOFFONPWMOFF表6-1 三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制的六個(gè)換向狀態(tài)二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)2)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制原理。永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制原理如圖6-5所示。三相定子繞組電流ia、ib、ic經(jīng)絕對(duì)值處理后相加并除以2,得到反饋電流iF。iF與給定電流IREF進(jìn)行比較,對(duì)其誤差進(jìn)行PI調(diào)節(jié)(PWM的脈沖寬度)。調(diào)節(jié)過(guò)程:當(dāng)IFIREF時(shí),使PWM脈沖變窄。

16、由于調(diào)節(jié)器的響應(yīng)速度很快,因而反饋電流IF始終跟隨給定值IREF,對(duì)PWM的脈沖寬度及時(shí)做出調(diào)整。圖6-5永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制原理二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)(3)永磁交流同步電動(dòng)機(jī)的控制相對(duì)于永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),永磁交流同步電動(dòng)機(jī)的控制較為復(fù)雜。為了使永磁交流同步電動(dòng)機(jī)有直流電動(dòng)機(jī)那樣的優(yōu)良控制特性,永磁交流同步電動(dòng)機(jī)的控制如同交流異步電動(dòng)機(jī),先后提出了多種控制方法,如恒壓頻比開環(huán)控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù) (二)電動(dòng)汽車蓄電池管理 1.蓄電池管理系統(tǒng)的必要性電動(dòng)汽車的蓄電池具有以下缺點(diǎn):(1)大容

17、量單體電池容易產(chǎn)生過(guò)熱汽車動(dòng)力電池采用大容量單體鋰電池容易產(chǎn)生過(guò)熱。(2)電池的性能不完全一致基于現(xiàn)有的正極材料和電池制造水平,單體電池之間尚不能達(dá)到性能的完全一致,在通過(guò)串并聯(lián)方式組成大功率大容量動(dòng)力電池組后,苛刻的使用條件也易誘發(fā)局部偏差,從而引發(fā)安全問(wèn)題。二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)(3)電池成組后的主要問(wèn)題1)過(guò)充/過(guò)放。串聯(lián)的電池組充放電時(shí),部分電池可能先于其他電池充滿或放完。繼續(xù)充放電就會(huì)造成過(guò)充或過(guò)放,鋰電池的內(nèi)部副反應(yīng)將導(dǎo)致電池容量下降、熱失控或者內(nèi)部短路等問(wèn)題。2)過(guò)大電流。并聯(lián)、老化、低溫等情況,均會(huì)導(dǎo)致部分電池的電流超過(guò)其承受能力,降低電池的壽命。3)溫度過(guò)高。局部溫度

18、過(guò)高,會(huì)使電池的各項(xiàng)性能下降,最終導(dǎo)致內(nèi)部短路和熱失控,產(chǎn)生安全問(wèn)題。4)短路或者漏電。因?yàn)檎駝?dòng)、濕熱、灰塵等因素造成電池短路或漏電,威脅駕乘人員的人身安全。二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)蓄電池管理系統(tǒng)的功能之一就是避免電池組出現(xiàn)上述問(wèn)題,動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)動(dòng)力電池組的工作狀態(tài),實(shí)時(shí)采集每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流及電池組總電壓,估算出各電池的荷電狀態(tài)，安全狀態(tài)和電化學(xué)狀態(tài),然后通過(guò)控制其他器件,防止電池發(fā)生過(guò)充電或過(guò)放電現(xiàn)象,同時(shí)能夠及時(shí)給出電池狀況,找出有故障電池所在箱號(hào)和箱內(nèi)位號(hào),挑出有問(wèn)題的電池,保持整組電池運(yùn)行的可靠性和高效性。二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)2.蓄電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)蓄電池

19、管理系統(tǒng)最基本的作用是進(jìn)行電池組管理,還包括電線線路管理、熱(溫度)管理和電壓平衡控制。(1)電池組管理系統(tǒng)管理電池的工作情況,避免出現(xiàn)過(guò)放電、過(guò)充電、過(guò)熱,對(duì)出現(xiàn)的故障應(yīng)能及時(shí)報(bào)警,以便最大限度地利用電池的存儲(chǔ)能力和循環(huán)壽命。(2)電線線路管理系統(tǒng)管理動(dòng)力電池組分組及連接、動(dòng)力電線束、手動(dòng)或自動(dòng)斷電器、傳感器的類型以及傳感器電線束。(3)熱(溫度)管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)電池組組合方式、電池組分組和支架布置、通風(fēng)管理系統(tǒng)和風(fēng)扇、溫度管理ECU及溫度傳感器、熱能的管理與應(yīng)用。(4)電壓平衡控制系統(tǒng)平衡各電池的充電量,能延長(zhǎng)電池壽命,并對(duì)更換后的新電池進(jìn)行容量平衡。二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)3.蓄電池管

20、理系統(tǒng)的功能(1)蓄電池測(cè)量和監(jiān)控系統(tǒng)蓄電池管理系統(tǒng)是混合動(dòng)力汽車支持電池管理的系統(tǒng)。系統(tǒng)的作用是對(duì)電池的組合、安裝、充電、放電、電池組中各個(gè)電池的不均衡性、電池的熱管理和電池的維護(hù)等進(jìn)行監(jiān)控和管理(2)動(dòng)力電池組的安全管理動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)要承擔(dān)動(dòng)力電池組的全面管理,一方面保證動(dòng)力電池組的正常運(yùn)作,顯示動(dòng)力電池組的動(dòng)態(tài)響應(yīng)并及時(shí)報(bào)警,使駕駛?cè)穗S時(shí)都能掌握動(dòng)力電池組的情況;另一方面要對(duì)人身和車輛進(jìn)行安全保護(hù),避免因電池引起的各種事故。(3)電池箱熱管理系統(tǒng)汽車上使用的動(dòng)力電池組在工作時(shí)都會(huì)有發(fā)熱現(xiàn)象,不同的蓄電池的發(fā)熱程度各不相同,有的蓄電池在夏季采用自然通風(fēng)即可滿足電池組的散熱要求,但有的蓄

21、電池則必須采取強(qiáng)制通風(fēng)來(lái)進(jìn)行冷卻,才能保證電池組正常工作并延長(zhǎng)蓄電池的壽命。二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)(4)動(dòng)力電池組的均衡管理電池組有別于單體電池,在目前的鋰電池制造水平下,單體之間的性能差異在其整個(gè)生命周期里不可避免地存在,組合成多節(jié)串聯(lián)電池組后如不采取技術(shù)措施,單體電池在充放電過(guò)程中的不一致會(huì)導(dǎo)致單體電池由于過(guò)充、過(guò)放而提前失效,要想避免單體電池由于過(guò)充、過(guò)放導(dǎo)致提前失效,使電池組的性能指標(biāo)達(dá)到或者接近單體電池的水平,必須對(duì)電池組中單體電池進(jìn)行均衡控制,電池組均衡的使命是,將多節(jié)串聯(lián)后的電池組內(nèi)部各電池單體充放電性能惡化減到最小或使其消失。(5)電池狀態(tài)故障診斷故障診斷功能是BMS的

22、重要組成部分,故障診斷可以在動(dòng)力電池組工作過(guò)程中,實(shí)時(shí)掌握電池的各種狀態(tài),甚至在停機(jī)狀態(tài)下也能將電池的故障信息定位到動(dòng)力電池系統(tǒng)的各個(gè)部分。故障級(jí)別分為:一般故障、警告故障和嚴(yán)重故障。BMS根據(jù)故障的級(jí)別將電池狀態(tài)歸納成盡快維修、立即維修和電池壽命警告三類信息傳遞到儀表板以警示駕駛?cè)?從而保護(hù)電池不被過(guò)分使用。二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)1)BMS的重要診斷內(nèi)容:起動(dòng)過(guò)程的BMS硬件故障診斷,包括傳感器信號(hào)的合理性診斷、電池組電壓信號(hào)合理性診斷、電池模塊電壓合理性診斷、起動(dòng)過(guò)程電流信號(hào)合理性診斷、起動(dòng)過(guò)程溫度信號(hào)合理性診斷; 行車過(guò)程的BMS診斷,包括電壓波動(dòng)診斷、無(wú)模塊電壓診斷、無(wú)電池組電

23、壓診斷、無(wú)溫度信號(hào)診斷、電流故障診斷、流量傳感器故障診斷、模塊電壓一致性故障診斷、過(guò)流故障診斷、通信系統(tǒng)故障診斷、通風(fēng)機(jī)故障診斷、高壓電控故障診斷、模塊電壓的過(guò)充診斷、電池組電壓的過(guò)充診斷、模塊電壓變化率的過(guò)充診斷、電池組電壓變化率的過(guò)充診斷、SOC的過(guò)充診斷、傳感器溫度的過(guò)充診斷、平均溫度的過(guò)充診斷、傳感器溫度變化率的過(guò)充診斷、平均溫度變化率的過(guò)充診斷、模塊電壓的過(guò)放診斷、電池組電壓的過(guò)放診斷、模塊電壓變化率的過(guò)放診斷、電池組電壓變化率的過(guò)放診斷、SOC的過(guò)放診斷、傳感器溫度的過(guò)放診斷、平均溫度的過(guò)放診斷、傳感器溫度變化率的過(guò)放診斷、平均溫度變化率的過(guò)放診斷。二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)2

24、)診斷策略與失效處理:根據(jù)各故障原因,對(duì)各種故障診斷分別設(shè)置了診斷程序的進(jìn)入與退出條件;采用分時(shí)診斷流程,節(jié)約CPU時(shí)間資源;根據(jù)電池充電倍率,動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)充電診斷過(guò)程參數(shù);根據(jù)電池放電倍率,動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)放電診斷過(guò)程參數(shù);故障診斷分三種不同級(jí)別進(jìn)行(報(bào)警、故障與危險(xiǎn));故障診斷結(jié)果通過(guò)CAN總線送至VMS(速度測(cè)量系統(tǒng));故障診斷結(jié)果參與電池實(shí)際工作電流的控制;故障診斷結(jié)果參與高壓電控制。監(jiān)視軟件監(jiān)測(cè)的內(nèi)容包括:監(jiān)測(cè)動(dòng)力蓄電池的單體或模塊電壓;監(jiān)測(cè)動(dòng)力蓄電池組總電壓;監(jiān)測(cè)電流;電池組SOC;電池組工作平均溫度;模塊電壓極大值;模塊電壓極小值;溫度傳感器極大值;溫度傳感器極小值;監(jiān)測(cè)最大允許充電電流和最

25、大允許放電電流;監(jiān)測(cè)蓄電池組故障碼狀態(tài)；顯示工況運(yùn)行時(shí)間;存儲(chǔ)數(shù)據(jù),采用Office軟件進(jìn)行后處理分析。二、純電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)4.蓄電池管理系統(tǒng)的組成動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)的基本組成如圖6-6所示。圖6-6 動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)的基本組成三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù) (一)混合動(dòng)力汽車的分類1.按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類圖6-97 串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)(1)串聯(lián)式串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)如圖6-7所示。串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、電池組、控制器以及汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)串聯(lián)組成。在該結(jié)構(gòu)中,發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之間不存在直接的機(jī)械連接而僅由主驅(qū)動(dòng)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛運(yùn)行,其主要功用是以

26、電能的方式驅(qū)動(dòng)電機(jī)或給電池充電。三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù)(2)并聯(lián)式并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車由發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)以機(jī)械動(dòng)力合成的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車。主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)、整車控制器、變速器、電池組、電機(jī)、電機(jī)控制器、動(dòng)力合成裝置以及汽車其他傳動(dòng)系統(tǒng)等部件。在該結(jié)構(gòu)中,電機(jī)既可以作電動(dòng)機(jī)又可以作發(fā)電機(jī)使用。圖6-8 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù)(3)混聯(lián)式在結(jié)構(gòu)上,混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車綜合了串聯(lián)式和并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的優(yōu)點(diǎn),不僅克服了串聯(lián)式結(jié)構(gòu)高速工況下動(dòng)力不足,而且也屏蔽了并聯(lián)式動(dòng)力系統(tǒng)低速工況高消耗、低效率的缺點(diǎn),從而具有較理想的綜合性能,也更能適應(yīng)各種復(fù)雜的工況?；炻?lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（

27、圖6-9）能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等部件進(jìn)行更多的優(yōu)化匹配,從而在結(jié)構(gòu)上保證了在更復(fù)雜的工況下使系統(tǒng)工作在最優(yōu)狀態(tài),因此更容易實(shí)現(xiàn)排放和燃油消耗的控制目標(biāo)。圖6-9 混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù)(4)多模式多模式混合動(dòng)力汽車是在混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的基礎(chǔ)上延伸得到的混合動(dòng)力汽車類型,它在采用行星齒輪機(jī)構(gòu)作為動(dòng)力耦合結(jié)構(gòu)的混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的行星齒輪排連接點(diǎn)(太陽(yáng)輪、行星架與齒圈)之間加入了離合器,通過(guò)離合器的切換能夠?qū)崿F(xiàn)多種不同的工作模式,包括上述串聯(lián)、并聯(lián)與混聯(lián)。多模式混合動(dòng)力汽車的特點(diǎn)在于,它不僅具有混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的高能量效率優(yōu)點(diǎn),多個(gè)模式能夠適應(yīng)不同的駕駛環(huán)

28、境,還比單一模式混合動(dòng)力汽車更加節(jié)能;同時(shí),并聯(lián)模式的存在,使其具有比傳統(tǒng)混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車更加優(yōu)異的加速性能 。三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù)2.按照混合度劃分根據(jù)HEV的電動(dòng)機(jī)的峰值功率和發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率可以將HEV的動(dòng)力系統(tǒng)分為：(1)微混合型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車也稱為“起?；旌?。在微混合動(dòng)力系統(tǒng)中,電機(jī)僅作為內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)一般情況下,電動(dòng)機(jī)的峰值功率和發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率之比5%。(2)輕度混合(弱混合)型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車混合動(dòng)力系統(tǒng)采用集成起動(dòng)電機(jī)，車輛以發(fā)動(dòng)機(jī)為主要?jiǎng)恿?lái)源,助動(dòng)電機(jī)被安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器之間。(3)中度混合型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 它是以發(fā)動(dòng)機(jī)和/或電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源的

29、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。一般情況下,電動(dòng)機(jī)的峰值功率和發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率之比為15%40%。(4)重度混合(強(qiáng)混合)型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車它是以發(fā)動(dòng)機(jī)和/或電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源,且電動(dòng)機(jī)可以獨(dú)立驅(qū)動(dòng)車輛行駛的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù)(二)混合動(dòng)力汽車的功率分配控制1.串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車能量管理控制策略能量管理策略設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于選擇最佳的工作模式,并合理地在發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組與動(dòng)力電池組之間進(jìn)行功率分配。圖6-10為能量管理策略流程圖,圖中S為當(dāng)前電池SOC水平;H與L分別為電池組SOC正常工作范圍的上限值與下限值;Pm為電機(jī)功率;Pm_min為電機(jī)最小功率;Pc_max為電池最大充電接

30、收功率;P1與P2分別為發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)間的上、下限邏輯門限;Po為發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)工作點(diǎn)功率;Pf為聯(lián)合工作時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)功率;Pch為行車充電功率;Pr為需求功率;Pb為電池組功率;con為DC/DC變換器效率。三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù)圖6-10 能量管理策略流程圖三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù)為了將發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)控制在高效率點(diǎn),結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性圖確定發(fā)動(dòng)機(jī)效率最高點(diǎn)時(shí)所對(duì)應(yīng)的母線電壓。根據(jù)工作模式切換控制策略、電池SOC和需求功率確定發(fā)動(dòng)機(jī)的目標(biāo)功率為Pe=fs(Pr,S,) 式中,Pe為發(fā)動(dòng)機(jī)功率;為模式切換狀態(tài)?？刂撇呗韵葘Ⅰ{駛?cè)说奶ぐ逍盘?hào)解釋為電機(jī)輸出力矩,根據(jù)當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速與駕駛?cè)?/p>

31、踏板信號(hào)可以確定電傳動(dòng)系統(tǒng)的功率需求為 式中,A和B分別為駕駛?cè)思铀偬ぐ迮c制動(dòng)踏板信號(hào);m為電機(jī)效率;為制動(dòng)力分配系數(shù);Tm_max為電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩;m為電機(jī)轉(zhuǎn)速;TB_max為整車最大制動(dòng)力矩;w為車輪轉(zhuǎn)速。三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)效率最優(yōu)不等同于整體效率最優(yōu),使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最優(yōu)效率區(qū)域雖然有利于降低發(fā)動(dòng)機(jī)油耗,但是有可能導(dǎo)致電池放電電流過(guò)大,對(duì)電池壽命和工作效率均有損害。如何合理進(jìn)行二者之間的功率分配又很難用簡(jiǎn)單的邏輯門限來(lái)限定,因此在上述能量管理策略的基礎(chǔ)上增加模糊修正算法,模糊輸入為需求功率和電池SOC,模糊輸出為發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)功率修正因子。圖6-11 模糊輸入的隸屬度函數(shù)(

32、注:圖中L、M、H、S、B、Z、VB、VS均為模糊語(yǔ)言變量)三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù)為了提高控制效果,對(duì)需求功率的模糊輸入進(jìn)行量化處理,即式中,P為需求功率模糊輸入;Prm為最大需求力矩。模糊控制的輸出為發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)功率修正因子x,其作用是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)功率進(jìn)行模糊修正,使工作點(diǎn)適當(dāng)偏離發(fā)動(dòng)機(jī)的最優(yōu)效率區(qū)域。當(dāng)電池SOC越高時(shí),越傾向于發(fā)動(dòng)機(jī)工作在接近效率最優(yōu)區(qū)域; 當(dāng)負(fù)載需求功率越高時(shí),越傾向于發(fā)動(dòng)機(jī)偏離效率最優(yōu)區(qū)域。結(jié)合圖6-13所示模糊隸屬度函數(shù)可以建立15條模糊規(guī)則,模糊規(guī)則的形式為IFS=AiANDP=Bj THENx=xk發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)功率的模糊輸出采用面積中心原理進(jìn)行解模糊。從

33、模糊控制的輸出x向發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)功率的轉(zhuǎn)換關(guān)系為Pf=P2+x(Pe_max-P2)式中,Pe_max為發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率;x為模糊算法決定的發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)功率修正因子。三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù)2.并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車能量管理控制策略并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車能量管理的控制,本質(zhì)上是一個(gè)在一定約束條件下的燃料與排放的最優(yōu)控制問(wèn)題。一方面由于行駛路況和駕駛?cè)说牟僮骶哂须S機(jī)性,并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的最優(yōu)控制是一個(gè)隨機(jī)性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的最優(yōu)控制問(wèn)題。另一方面并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)包括眾多不同類型的部件,各部件之間存在著復(fù)雜的協(xié)調(diào)工作關(guān)系,系統(tǒng)工作時(shí)各部件的運(yùn)行狀態(tài)均處于不斷變化之中,因此系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)方程非常復(fù)雜。同時(shí),并聯(lián)式

34、混合動(dòng)力汽車的控制策略與串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車不同,通常需要根據(jù)電池的SOC、駕駛?cè)说募铀偬ぐ逦恢?、車輛和驅(qū)動(dòng)輪的平均功率等參數(shù)進(jìn)行控制,使發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩,以滿足驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)力矩的要求。因此,導(dǎo)致了并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車在能源控制策略上常采用動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制策略和基于模糊邏輯或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能控制策略。三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù)在采用動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制策略的方法中,首先在忽略了各部件所受溫度的影響,以及忽略了離合器、變速器的動(dòng)態(tài)過(guò)程的情況下,建立離散化公式來(lái)表示并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的數(shù)學(xué)模型。其數(shù)學(xué)模型建立如下:以能量管理為主要目的,為了方便討論這里以轉(zhuǎn)矩分配來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)功率分配的討論方法。通過(guò)車

35、輛動(dòng)力學(xué)可知:駕駛?cè)嗽谲囕喩闲枨蟮霓D(zhuǎn)矩Tw可以通過(guò)車速由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得到:Tw(k)=R(g(k)(Te(k)+Tm(k)w(k)=v(k)/rw(v(k)=m(k)/R(g(k)w(k+1)=w(k)+(Tw(k)-Bww(k)-rw(Fr+Fa)/(Mr)式中,w、e、m分別是車輪、發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速;Te、Tm分別是發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩;R(g(k)是從變速器到前輪的總的變速器速比;是從變速器到前輪的總的傳動(dòng)效率;對(duì)于給定的車速,車輛的參數(shù)是前迎風(fēng)面積Af,阻力系數(shù)Cd,滾動(dòng)阻力系數(shù)fr,汽車質(zhì)量m,車輪的動(dòng)態(tài)半徑rw(v);Fr和Fa分別是滾動(dòng)阻力和空氣阻力。Mr=Mv+Jr/是車

36、輛的有效質(zhì)量,Jr是汽車旋轉(zhuǎn)部件的等效慣量。在考慮其他部件數(shù)學(xué)模型時(shí),基于以下規(guī)則:三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù)1)發(fā)動(dòng)機(jī)。基于準(zhǔn)靜態(tài)假設(shè),發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程被忽略。而且假定發(fā)動(dòng)機(jī)已完全預(yù)熱,從而不考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度效應(yīng)。發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗率和排放假定為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的靜態(tài)函數(shù)。2)變速器。變速器檔位變換被建模為一個(gè)離散時(shí)間動(dòng)態(tài)系統(tǒng),每次變換持續(xù)的時(shí)間為1s。其中,狀態(tài)表示變速器當(dāng)前所處的檔位,變速器可以采取的動(dòng)作為向上遷移、保持不變和向下遷移,分別用1,0和-1來(lái)表示;g(k)為變速器當(dāng)前所處檔位,shift(k)為遷移檔位。三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù)3)離合器。離合器通

37、常負(fù)責(zé)從發(fā)動(dòng)機(jī)到變速器的力矩和速度傳遞。它有三種狀態(tài):分離、滑動(dòng)摩擦和接合。當(dāng)離合器分離時(shí),它不傳遞任何發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩到變速器;當(dāng)處于滑動(dòng)摩擦狀態(tài)時(shí),它傳遞部分發(fā)動(dòng)機(jī)的力矩到變速器,離合器兩側(cè)處于不同的速度;當(dāng)離合器接合時(shí),它將發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和速度絲毫不變的傳遞到變速器。4)電機(jī)。與發(fā)動(dòng)機(jī)建模類似,電機(jī)模型采用試驗(yàn)數(shù)據(jù)和動(dòng)力學(xué)相結(jié)合的方法。主要為電機(jī)動(dòng)力學(xué)(機(jī)械特性)模型,沒(méi)有涉及復(fù)雜的電機(jī)電磁學(xué)模型。電機(jī)模型主要將輸入功率轉(zhuǎn)化為輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。電機(jī)的效率是電機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的函數(shù)。由于電池功率和電機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩的限制,電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式為三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù) 式中,Tm,req是需求

38、的電機(jī)轉(zhuǎn)矩;Tm,dis和Tm,chg分別是電機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下的最大輸出轉(zhuǎn)矩和發(fā)電狀態(tài)下的最大輸入轉(zhuǎn)矩;Tbat,dis和Tbat,chg分別是基于電池組充放電電流限制下的最大驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大充電轉(zhuǎn)矩。因此,根據(jù)準(zhǔn)靜態(tài)原理,就可以建立起混合動(dòng)力汽車的模型。系統(tǒng)狀態(tài)向量包括4個(gè)變量:駕駛?cè)诵枨筠D(zhuǎn)矩Tdem(k)=Te(k),車輪轉(zhuǎn)速w(k),檔位g(k)和SOC(k)。整體數(shù)學(xué)模型采用下式表示:X(k+1)=f(X(k),u(k) 式中,X(k)為系統(tǒng)的狀態(tài)向量,它的維數(shù)取決于控制任務(wù)所需要的精度;u(k)是控制向量,由發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩Te(k)、電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩Tm(k)、檔位變換命令shift(k)和S

39、OC(k)決定,由于并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的機(jī)械結(jié)構(gòu)屬于一種轉(zhuǎn)矩疊加式并聯(lián)結(jié)構(gòu),即真正的轉(zhuǎn)矩變量只有一個(gè)電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩或發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩,另外一個(gè)可以根據(jù)公式得到:Tw(k)=R(g(k)(Te(k)+Tm(k)三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的速度通過(guò)以公式得到:k(k)=v(k)/rw(v(k)=m(k)/R(g(k)SOC(k)的參量由電池管理系統(tǒng)可知作為常數(shù)。最終,確定混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)的控制變量為(Te(k),shift(k)。從而建立了并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的動(dòng)態(tài)控制策略數(shù)學(xué)模型,通過(guò)數(shù)值動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法、軟件仿真、試驗(yàn)分析等手段,最終獲得能量管理的動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制。三、混合動(dòng)力汽車功

40、率分配器控制技術(shù)3.混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車能量管理控制策略(1)發(fā)動(dòng)機(jī)恒定工作點(diǎn)模式這種策略采用發(fā)動(dòng)機(jī)作為主要?jiǎng)恿υ?電機(jī)和電池通過(guò)提供附加轉(zhuǎn)矩的形式進(jìn)行功率調(diào)峰,使系統(tǒng)獲得足夠的瞬時(shí)功率。由于采用了行星齒輪機(jī)構(gòu)使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以不隨車速變化,這樣使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最優(yōu)的工作點(diǎn),提供恒定的轉(zhuǎn)矩輸出,而剩余的轉(zhuǎn)矩則由電機(jī)提供。這樣由電機(jī)負(fù)責(zé)動(dòng)態(tài)部分,避免了發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)帶來(lái)的損失。而且與發(fā)動(dòng)機(jī)相比,電機(jī)的控制也更為靈敏,容易實(shí)現(xiàn)。三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù)(2)發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)工作曲線模式這種策略從靜態(tài)條件下的發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性出發(fā),經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)校正后,跟蹤由驅(qū)動(dòng)條件決定的發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)工作曲線,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)及

41、整車的控制。發(fā)動(dòng)機(jī)在高于某個(gè)轉(zhuǎn)矩或功率限值后才會(huì)打開。發(fā)動(dòng)機(jī)停止后,離合器可以脫開(避免損失)或接合(工況變化復(fù)雜時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)更為容易)。只有當(dāng)發(fā)電機(jī)電流需求超出電池的接受能力或者當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流需求超出電機(jī)或電池的允許限制時(shí),才調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)。圖6-142 發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)工作曲線三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù)(3)瞬時(shí)優(yōu)化模式在發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)工作曲線模式思想的基礎(chǔ)上,對(duì)混合動(dòng)力汽車在特定工況點(diǎn)下整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)(如效率損失、名義油耗)進(jìn)行優(yōu)化,便可得到瞬時(shí)最優(yōu)工作點(diǎn),然后基于系統(tǒng)的瞬時(shí)最優(yōu)工作點(diǎn),對(duì)各個(gè)狀態(tài)變量進(jìn)行動(dòng)態(tài)再分配。為了研究在不同電池充電電流下效率損失的變化,采用靈敏度分析,

42、即 式中,Pl(ne,Te)表示電池電流改變到Ib(ne,Te)后,對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)(ne, Te)的功率損失; Pl0、Ib0表示對(duì)應(yīng)于特定驅(qū)動(dòng)條件下的最小功率損失及此時(shí)的電池電流;靈敏度S表示每增加單位充電電流而增加的功率損失,它在特定驅(qū)動(dòng)條件下是發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)的函數(shù)。三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù)4.多模式混合動(dòng)力汽車能量管理控制策略由于多模式混合動(dòng)力包括了上述的串聯(lián)、并聯(lián)與混聯(lián)三種類型的混合動(dòng)力結(jié)構(gòu),故上文描述的功率分配控制方法均不適用。基于效率分析法的多模式混合動(dòng)力汽車能量管理控制策略如圖6-13所示。圖6-13 多模式混合動(dòng)力汽車的能量管理控制策略NEMS歸一化效率最大化策略D

43、P動(dòng)態(tài)規(guī)劃三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù)(1)駕駛循環(huán)工況離散化將標(biāo)準(zhǔn)駕駛循環(huán)工況以車輛車速與駕駛?cè)诵枨筠D(zhuǎn)矩兩個(gè)變量進(jìn)行劃分,并組成一個(gè)兩維概率表p(Vm,Tn),稱為STC(Speed Torque Cell),即 式中,num(vm,Tn)代表該循環(huán)工況中,在某一速度區(qū)間與某一轉(zhuǎn)矩區(qū)間的工作點(diǎn)個(gè)數(shù),而num(vm,Tn)total為總工作點(diǎn)個(gè)數(shù)。在這里,使用需求轉(zhuǎn)矩的概念代替車輛加速度,是為了能夠?qū)④囕v行駛坡道信息統(tǒng)一起來(lái),以便在后面的工作中,遇到坡道信息時(shí),可以快速轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩需求。三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù)(2)模式分析1)純電動(dòng)模式。相比于混合動(dòng)力模式,純電動(dòng)模式的能量流相

44、對(duì)簡(jiǎn)單,系統(tǒng)的能量來(lái)源始終為電池,而系統(tǒng)的能量輸出單元為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。由于我們假設(shè),在每一個(gè)時(shí)間區(qū)間,電池的開路電壓與內(nèi)阻是常數(shù),故系統(tǒng)的效率僅取決于電機(jī)的效率,其表達(dá)式如下:式中, 為系統(tǒng)的輸入功率,即電池功率; 為系統(tǒng)的損失功率,即電機(jī)損失功率。三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù)由于系統(tǒng)中有兩個(gè)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)存在,所以上式中電機(jī)與電池功率的比值并不一定等于電機(jī)的效率。例如,在一個(gè)單自由度雙電機(jī)模式中,可以任意分配兩個(gè)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩以達(dá)到需求轉(zhuǎn)矩;而雙自由度雙電機(jī)模式中,電機(jī)的轉(zhuǎn)速可任意調(diào)節(jié)匹配以獲得相同的輸出轉(zhuǎn)速,故通過(guò)編輯兩個(gè)MG的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速,并求它們中的最大值,即可得到系統(tǒng)的最優(yōu)控制律,即

45、式中,out、MG1與MG2分別表示車輛輸出軸、電機(jī)1和電機(jī)2的轉(zhuǎn)速;Tout、TMG1與TMG2分別表示車輛輸出軸、電機(jī)1和電機(jī)2的轉(zhuǎn)矩。通過(guò)上式的求解,可以得到上一步驟中STC中所有非零單元的每一個(gè)模式的最佳工作效率與最佳控制命令。三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù)2)制動(dòng)能量回收模式。當(dāng)駕駛?cè)诵枨筠D(zhuǎn)矩為負(fù)時(shí),車輛進(jìn)入制動(dòng)能量回收模式。此時(shí),系統(tǒng)與純電動(dòng)模式下類似,不同的是電機(jī)做負(fù)功,電池處于充電狀態(tài),而系統(tǒng)的最佳效率仍然取決于電機(jī)的效率,仍然可以通過(guò)式(6-16)與式(6-17)求解系統(tǒng)制動(dòng)能量回收狀態(tài)下,最佳系統(tǒng)效率與對(duì)應(yīng)的最佳控制命令。3)混合動(dòng)力模式。相對(duì)于純電動(dòng)模式,由于兩個(gè)動(dòng)力

46、能量源的存在,使得混合動(dòng)力模式下車輛的能量流相對(duì)復(fù)雜。能量傳遞流可大致分為4部分:發(fā)動(dòng)機(jī)功率通過(guò)發(fā)電機(jī)(此時(shí)任意MG可以是發(fā)電機(jī))轉(zhuǎn)化為電能并存入電池的Pe_1;發(fā)動(dòng)機(jī)功率通過(guò)發(fā)電機(jī)發(fā)電產(chǎn)生電能并提供給電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛的Pe_2;發(fā)動(dòng)機(jī)功率通過(guò)機(jī)械傳遞直接傳導(dǎo)到車輪的Pe_3;此時(shí)電池提供的驅(qū)動(dòng)車輛的能量Pbatt。對(duì)上述四個(gè)能量傳遞過(guò)程中的能量流進(jìn)行歸一化處理,得到式(6-18)中的歸一化效率Hybrid(e,Te),通過(guò)與純電動(dòng)模式中相同的方法,編輯所有可行的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速e與轉(zhuǎn)矩Te,得到STC中所有非零單元的最佳效率值|out,Tout與對(duì)應(yīng)的控制命令、輸出軸轉(zhuǎn)速out和輸出軸轉(zhuǎn)矩需求Tout

47、。三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù) 3)混合動(dòng)力模式。相對(duì)于純電動(dòng)模式,由于兩個(gè)動(dòng)力能量源的存在,使得混合動(dòng)力模式下車輛的能量流相對(duì)復(fù)雜。能量傳遞流可大致分為4部分:發(fā)動(dòng)機(jī)功率通過(guò)發(fā)電機(jī)(此時(shí)任意MG可以是發(fā)電機(jī))轉(zhuǎn)化為電能并存入電池的Pe_1;發(fā)動(dòng)機(jī)功率通過(guò)發(fā)電機(jī)發(fā)電產(chǎn)生電能并提供給電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛的Pe_2;發(fā)動(dòng)機(jī)功率通過(guò)機(jī)械傳遞直接傳導(dǎo)到車輪的Pe_3;此時(shí)電池提供的驅(qū)動(dòng)車輛的能量Pbatt。對(duì)上述四個(gè)能量傳遞過(guò)程中的能量流進(jìn)行歸一化處理,得到式(6-18)中的歸一化效率Hybrid(e,Te),通過(guò)與純電動(dòng)模式中相同的方法,編輯所有可行的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速e與轉(zhuǎn)矩Te,得到STC中所有非零單元的

48、最佳效率值|out,Tout與對(duì)應(yīng)的控制命令、輸出軸轉(zhuǎn)速out和輸出軸轉(zhuǎn)矩需求Tout。三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù)式中,Pfuel是對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)噴射的燃料的功率;MG1,MG2與batt分別是發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)與電池的瞬時(shí)效率;e_max,MG1_max與MG2_max分別是發(fā)動(dòng)機(jī)、MG1與MG2的最大效率;是一個(gè)與電池是否輸出功率有關(guān)的判斷因子,如果電池的輸出功率0則=0,如果電池的輸出功率零則=1。三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù)(3)動(dòng)態(tài)規(guī)劃求取最優(yōu)模式切換序列在完成上述各工作模式的歸一化效率求取之后,利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃求取系統(tǒng)的最優(yōu)模式切換序列。這里以燃油經(jīng)濟(jì)性最高為優(yōu)化目標(biāo),同時(shí)提高

49、模式切換平順性,降低模式切換頻率,即得式中,gfuel(k)為混合動(dòng)力汽車在k時(shí)刻的燃油消耗量,則 為系統(tǒng)在給定的循環(huán)工況中的燃油消耗量;右式為一個(gè)終端狀態(tài)軟約束,即希望電池在循環(huán)工況結(jié)束時(shí)的能量不發(fā)生較大的變化,此時(shí)才能公平地評(píng)價(jià)系統(tǒng)的燃油經(jīng)濟(jì)性,因?yàn)楹茈y將電池的終端電量等于理想值,所以相對(duì)于使用一個(gè)硬約束,可以用軟約束以提高動(dòng)態(tài)規(guī)劃的運(yùn)行能力。1與2是軟約束與模式切換懲罰項(xiàng)的權(quán)重系數(shù),而模式切換的懲罰項(xiàng)為 Pshift(k)=1Iee(k+1)-e(k)2+ 2IMG1MG1(k+1)-MG1(k)2+ 3IMG2MG2(k+1)-MG2(k)2三、混合動(dòng)力汽車功率分配器控制技術(shù) 式中,是

50、模式切換懲罰項(xiàng)的判斷因子,當(dāng)=0時(shí),系統(tǒng)無(wú)模式切換懲罰;當(dāng)=1時(shí),系統(tǒng)存在模式切換懲罰。該模式切換懲罰項(xiàng)的核心在于計(jì)算模式切換前后的動(dòng)能差值,當(dāng)差值大時(shí),模式切換前后存在較大能量差異,則系統(tǒng)會(huì)損失一部分動(dòng)能,或者需要輸出一部分功率加速部件,同時(shí)也會(huì)造成較大的振動(dòng),影響車輛前進(jìn)平順性。1、2與3為各部件之間的權(quán)重系數(shù);Ie,IMG1與IMG2為發(fā)動(dòng)機(jī)、MG1與MG2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;e(k)與e(k+1)為發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前時(shí)刻與未來(lái)時(shí)刻的轉(zhuǎn)速;MG1(k)與MG1(k+1)為MG1當(dāng)前時(shí)刻與未來(lái)時(shí)刻的轉(zhuǎn)速;MG2(k)與MG2(k+1)為MG2當(dāng)前時(shí)刻與未來(lái)時(shí)刻的轉(zhuǎn)速。四、燃料電池電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)(

51、一)燃料電池電動(dòng)汽車的工作原理燃料電池是一種原電池,借助于電化學(xué)過(guò)程,其內(nèi)部燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能。燃料和氧化劑持續(xù)且獨(dú)立地供給電池的兩個(gè)電極,并在電極處進(jìn)行反應(yīng)。電解液必須用來(lái)使離子從一個(gè)電極傳導(dǎo)至另一電極。圖6-14為氫燃料電池的工作原理。燃料供給陽(yáng)極或正極,在該電極處,依靠催化劑,電子從燃料中釋放。在兩電極間電位差的作用下,電子經(jīng)外電路流向陰極或負(fù)極,在陰極處,正離子和氧結(jié)合,產(chǎn)生反應(yīng)物或廢氣。圖6-14 氫燃料電池的工作原理四、燃料電池電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)燃料電池中的化學(xué)反應(yīng)類似于蓄電池中的化學(xué)反應(yīng),燃料電池的熱力學(xué)電壓與反應(yīng)中釋放的能量和轉(zhuǎn)移的電子數(shù)密切相關(guān)。被原電池反應(yīng)所釋

52、放的能量由吉布斯(Gibbs)自由能的變化量G給出,通常,以每摩爾質(zhì)量予以表達(dá)。在化學(xué)反應(yīng)中,吉布斯自由能的變化可表示為式中,Gi和Gj分別為生成物i和反應(yīng)物j的自由能。在可逆反應(yīng)過(guò)程中,G完全轉(zhuǎn)換為電能,即G=-nFVr式中,n為反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子數(shù);F取96485,為法拉第常數(shù)(C/mol);Vr為燃料電池的可逆電壓。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(溫度25,1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓1.013105Pa),原電池的開路(可逆)電壓可表達(dá)為四、燃料電池電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)式中,G0為在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下吉布斯自由能的變化量。G也可表示為G=H-TS式中,H和S分別為熱力學(xué)溫度T時(shí)反應(yīng)的焓變化和熵變化?？赡嬖姵氐摹袄硐搿毙?/p>

53、與原電池反應(yīng)所對(duì)應(yīng)的焓關(guān)聯(lián)如下:若電化學(xué)反應(yīng)不涉及氣體摩爾質(zhì)量值的變化,即當(dāng)S為零時(shí),則id將為100%。例如,C+O2=CO2的反應(yīng)即是這一情況。然而,若熵變化S,反應(yīng)為正向,則原電池內(nèi)在等溫且可逆情況下進(jìn)行的反應(yīng),按其配置不僅有化學(xué)能H,而且有為轉(zhuǎn)換成電能從周圍環(huán)境所吸收的熱量TS(類似于熱泵)。在化學(xué)反應(yīng)中,自由能的變化,以及由此產(chǎn)生的燃料電池電壓,均為溶質(zhì)活性的函數(shù)。燃料電池電壓與反應(yīng)物活性的關(guān)系可表達(dá)為四、燃料電池電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)式中,R為摩爾氣體常數(shù),取8.31J/(molK);T為熱力學(xué)溫度(K)。對(duì)于氣態(tài)反應(yīng)物和生成物,可表示為式中,Vr為燃料電池電壓,對(duì)應(yīng)于非標(biāo)準(zhǔn)大氣

54、壓pi條件下,該電池內(nèi)氣態(tài)參與物進(jìn)行的反應(yīng);為在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(通常為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)條件下,所有氣體參與反應(yīng)所對(duì)應(yīng)的燃料燃料電池電壓;Vi為物質(zhì)i的摩爾質(zhì)量值(對(duì)于生成物,其值為正;對(duì)于反應(yīng)物,其值為負(fù))。四、燃料電池電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)(二)燃料電池的分類燃料電池依據(jù)其電解質(zhì)的性質(zhì)而分為不同的類型,每類燃料電池需要特殊的材料和燃料,并且用于特殊場(chǎng)合。按電解質(zhì)劃分,燃料電池大致可分為以下五類。 1.質(zhì)子交換膜燃料電池質(zhì)子交換膜燃料電池的關(guān)鍵材料與部件包括:電催化劑、電極(陰極與陽(yáng)極)、質(zhì)子交換膜、雙極板。工作時(shí),氫在陽(yáng)極被轉(zhuǎn)變成氫離子的同時(shí)釋放電子,電子通過(guò)外電路回到電池陰極,與此同時(shí),氫離

55、子則通過(guò)電池內(nèi)部高分子膜電解質(zhì)到達(dá)陰極。在陰極,氧氣轉(zhuǎn)變?yōu)檠踉?氧原子得到從陽(yáng)極傳過(guò)來(lái)的電子變成氧離子,和氫離子結(jié)合生成水。2.堿性燃料電池主要在執(zhí)行空間任務(wù)時(shí)使用,包括為航天飛機(jī)提供動(dòng)力和飲用水。堿性燃料電池的設(shè)計(jì)基本與質(zhì)子交換膜燃料電池相似,但其使用的電解質(zhì)為水溶液或穩(wěn)定的氫氧化鉀基質(zhì)。四、燃料電池電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)3.磷酸燃料電池當(dāng)前商業(yè)化發(fā)展最快的一種燃料電池。使用液體磷酸為電解質(zhì)。磷酸燃料電池的工作溫度為150200,但仍需電極上的鉑催化劑來(lái)加速反應(yīng)。4.熔融碳酸鹽燃料電池熔融碳酸鹽燃料電池與其他燃料電池差異較大,這種電池不是使用熔融鋰鉀碳酸鹽就是使用鋰鈉碳酸鹽作為電解質(zhì)。當(dāng)

56、溫度加熱到650時(shí),這種鹽就會(huì)熔化,產(chǎn)生碳酸根離子,從陰極流向陽(yáng)極,與氫結(jié)合生成水、二氧化碳和電子。然后電子通過(guò)外部回路返回到陰極,在這過(guò)程中發(fā)電。5.固態(tài)氧化物燃料電池固態(tài)氧化物燃料電池工作溫度比熔融碳酸鹽燃料電池的溫度還要高,其工作溫度為8001000。在這種燃料電池中,氧離子從陰極移動(dòng)到陽(yáng)極氧化燃料氣體(主要是氫和一氧化碳的混合物)產(chǎn)生能量。四、燃料電池電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)(三)質(zhì)子交換膜燃料電池的特點(diǎn)1.能量密度大PEMFC的能量密度大,比能量可達(dá)到200Wh/kg左右。2.易于快速起動(dòng)PEMFC一般在常溫條件下運(yùn)行,當(dāng)溫度在80左右時(shí)易于快速起動(dòng)。從而減少了溫度對(duì)燃料電池材料的影

57、響,提高了電池性能,延長(zhǎng)了電池的壽命。3.適合部分負(fù)荷特性PEMFC可以連續(xù)不斷地工作,適合部分負(fù)荷特性的要求,這些優(yōu)越的性能為PEMFC在FCEV上的使用帶來(lái)了極大便利。4.單體電池的電壓高是電動(dòng)汽車較為理想的一種電源,有利于降低電動(dòng)車輛的整備質(zhì)量和使用費(fèi)用。四、燃料電池電動(dòng)汽車電池電機(jī)控制技術(shù)(四)燃料電池電動(dòng)汽車的控制燃料電池控制系統(tǒng)的組成如圖6-15所示?？煽闯鱿到y(tǒng)輸出量是電功率P;輸入控制量為H2的流量Q1,O2的流量Q2和電解質(zhì)膜濕度H;控制H2流量Q1的模糊控制器1的雙輸入分別是電功率誤差和氧氣流量Q2;控制O2流量Q2的模糊控制器2的雙輸入分別是電功率誤差e和氫氣流量Q1;控制

58、H2濕度的模糊控制器3的雙輸入分別是電功率誤差e和誤差變化率。在模糊控制中,輸入變量的模糊化、控制規(guī)則的形成及模糊判決都需要人工操作的經(jīng)驗(yàn)。設(shè)計(jì)完成后,還需要在運(yùn)行中進(jìn)行調(diào)整。圖6-15燃料電池控制系統(tǒng)(注:k1k9是模糊化和解模糊的比例系數(shù))第二節(jié) 智能網(wǎng)聯(lián)汽車電子控制一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車概述二、智能汽車三、車聯(lián)網(wǎng)四、汽車巡航控制系統(tǒng)五、自動(dòng)泊車系統(tǒng)六、駕駛機(jī)器人一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車概述智能網(wǎng)聯(lián)汽車是一個(gè)多元素協(xié)調(diào)共存的系統(tǒng),它以汽車為主體,搭載智能終端,由信息服務(wù)平臺(tái)通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)等手段為用戶提供多樣化信息服務(wù),再輔以車載檢測(cè)系統(tǒng)以及短程通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多車輛有序、安全行駛的目的。圖6-16為智能網(wǎng)

59、聯(lián)汽車系統(tǒng)的三大層次組成,分別為數(shù)據(jù)感知層、網(wǎng)絡(luò)通信層以及應(yīng)用服務(wù)層。圖6-16 智能網(wǎng)汽車系統(tǒng)的三大層次一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車概述網(wǎng)絡(luò)通信層可分為網(wǎng)絡(luò)接入層和網(wǎng)絡(luò)傳輸控制層。網(wǎng)絡(luò)接入層的主要功能是基于現(xiàn)有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和寬帶無(wú)線城域網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,實(shí)現(xiàn)運(yùn)行系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)傳輸控制層主要通過(guò)移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和專用核心網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)汽車信息源和數(shù)據(jù)中心之間的信息傳輸,提供用戶終端連接和對(duì)用戶終端的管理,作為承載網(wǎng)絡(luò)提供到外部網(wǎng)絡(luò)的接口,實(shí)現(xiàn)汽車各種服務(wù)、管理和服務(wù)交互過(guò)程的控制等。應(yīng)用服務(wù)層可分為應(yīng)用服務(wù)支撐層和應(yīng)用服務(wù)開放平臺(tái)。支撐層主要由各種應(yīng)用服務(wù)器組成,其主要功能包括對(duì)各類信息的匯聚、轉(zhuǎn)換、分析,以

60、及根據(jù)不同的業(yè)務(wù)功能需求進(jìn)行適配和事件觸發(fā)。開放平臺(tái)的主要功能是運(yùn)用云計(jì)算平臺(tái),向政府管理部門、汽車和信息服務(wù)運(yùn)營(yíng)企業(yè)、個(gè)人開發(fā)者等不同類型用戶提供汽車綜合服務(wù)與管理,從而支持新型的服務(wù)形態(tài)和商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式。一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車概述智能網(wǎng)聯(lián)汽車核心技術(shù)包含車輛整體感知技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、車載自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 、安全輔助駕駛技術(shù)、信息融合技術(shù)以及數(shù)據(jù)處理技術(shù),其技術(shù)體系架構(gòu)如圖6-17所示。圖6-17智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)體系架構(gòu) 智能網(wǎng)聯(lián)汽車的應(yīng)用發(fā)展是通信手段與智能駕駛技術(shù)不斷融合、不斷深化的過(guò)程,其發(fā)展過(guò)程可劃分為初始期、導(dǎo)入期、發(fā)展期、推廣期、成熟期和深化期6個(gè)階段,各階段的特征如圖6-20所示。 未