高品質(zhì)混合動(dòng)力汽車能量管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

意大利“工業(yè)2015”框架工程中，包括了汽車產(chǎn)品開發(fā)的HI-ZEV項(xiàng)目。HI-ZEV項(xiàng)目旨在開發(fā)面向歐盟及美國市場的高品質(zhì)混合動(dòng)力汽車。能量管理系統(tǒng)的性能、成本和耐用性對(duì)于開發(fā)高品質(zhì)混合動(dòng)力汽車至關(guān)重要，是高品質(zhì)混合動(dòng)力汽車開發(fā)的重點(diǎn)。為此，針對(duì)HIZEV項(xiàng)目中的混合動(dòng)力汽車能量管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證過程進(jìn)行了分析介紹。

設(shè)計(jì)能量管理系統(tǒng)之前需要完成整車布置的設(shè)計(jì)。HIZEV項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的原型車為一輛電動(dòng)跑車，為了滿足動(dòng)力性要求，其上裝配一臺(tái)最大功率為300kW的發(fā)動(dòng)機(jī)和一臺(tái)最大功率為150kW的電機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)的布置結(jié)構(gòu)采用并聯(lián)式結(jié)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)置于后部僅驅(qū)動(dòng)后橋，電機(jī)置于前部僅驅(qū)動(dòng)前橋。考慮到電機(jī)的最大功率、整車質(zhì)量和空間，該項(xiàng)目最終采用最大瞬時(shí)功率175kW、容量6kWh的電池組，并將其安裝在駕駛員側(cè)面，采用風(fēng)冷式散熱方法。由于電池組中鋰電池單元的性能對(duì)溫度十分敏感，因而設(shè)計(jì)能量管理系統(tǒng)最關(guān)鍵的是實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組溫度的控制。為分析電池組工作時(shí)的溫度變化，需要對(duì)電池組進(jìn)行建模。建模時(shí)，將電池單元看作具有多個(gè)串聯(lián)相移電路（RC電路）的發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)采用強(qiáng)制對(duì)流模型模擬電池組外部空氣流動(dòng)。通過改變電池組中電池單元的間隔，實(shí)現(xiàn)不同的散熱情況，結(jié)合電池組空間限制，最終確定電池單元間隔13mm的最優(yōu)值。對(duì)該結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，設(shè)定環(huán)境溫度23℃，以及純電動(dòng)行駛和混合動(dòng)力行駛兩種駕駛情形。純電動(dòng)行駛時(shí)，考慮50%的制動(dòng)能量回收，采用高速公路循環(huán)工況?；旌蟿?dòng)力行駛時(shí)，采用競賽汽車測試循環(huán)工況ARTEMIS。結(jié)果顯示：①純電動(dòng)行駛條件下，電池荷電狀態(tài)（SOC）達(dá)到10%時(shí)，汽車行駛41km，平均功率8.6kW，電池組溫度不超過1℃，每公里消耗電能0.126kWh；②混合動(dòng)力行駛條件下，汽車行駛14km（典型比賽約10km），最高車速達(dá)到250km/h，平均功率60kW，電池組溫度增加11℃，每公里消耗電能0.32kWh；③兩種行駛條件下，電池組的最高溫度均低于極限溫度50℃，開發(fā)的電池組模型可作為電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段的有效工具。

Fernando Ortenzi et al.SAE

2015-24-2544.

編譯：李臣