轻度混合动力汽车动力电池匹配研究

【摘要】： 汽车工业的发展推动了全球交通、经济等许多方面的巨大进步，但汽车数量的大量增加也加剧了能源危机和大气环境污染。电动汽车由于具有明显的节能和环保优势而成为各国汽车工业研究开发的热点，在当前技术条件下最有发展优势的当属混合动力汽车(HEV)。欧美和日本等发达国家已有不少混合动力车型推向市场，我国在这方面的研究也取得了一定的成果。 动力电池作为混合动力汽车(HEV)的重要元件，动力电池的匹配对整车动力性和经济性都有较大影响。动力电池的容量、比功率等参数选择越大，汽车储能能力就越强，纯电动行驶里程越大。但是参数选择越大，势必使得电池质量增大，而又影响了整车性能且大大增加了成本，因此动力电池匹配优化研究很有必要。 当前已有的HEV动力电池有多种类型，不同电池之间参数的变化范围很大。现在混合动力汽车设计中，动力电池匹配主要依靠已知的电机额定参数或是通过全局优化的数学方法计算以及专门的电动汽车软件仿真得到。这三种途径：一是只能大体估算；二是计算过于复杂；三是仿真的有效性依赖于数据的准确性和模型的可靠性，因此上述方法都不太实用。 本文在对动力电池化学原理和工作特性深入学习，对整车控制策略、道路循环工况、传动系参数和换档策略、动力系统配置和元件特性、动力元件的效率以及动力电池价格成本等动力电池匹配影响因素进行分析的基础上，提出了基于实际道路行驶工况的轻度混合动力汽车(MHV)动力电池匹配计算方法；以某型轿车改装ISG轻度混合动力汽车(发动机仍采用原车发动机，只加装ISG混合动力系统)为例，采用电力辅助型控制策略，选取ECE+EUDC工况和中国典型城市公交工况来模拟未来我国轻度混合动力汽车(MHV)的主要运行道路特征进行动力电池匹配参数计算，综合目前主要HEV动力电池性能指标及价格成本等因素匹配具体动力电池型号。 本文最后对混合动力汽车常用分析软件ADVISOR的原理和应用方法进行了介绍，在软件内置本田Insight轿车参数的基础上，修改M文件进行二次开发。对改装混合动力样车的燃油经济性和排放指标进行仿真分析并与匹配不同电容量动力电池时的仿真输出进行对比。结果显示改装样车的整车燃油经济性改善更为明显，废气排放指标也相对更低，表明样车动力电池匹配合理，匹配方法可行。 【关键词】：轻度混合动力汽车 行驶工况 动力电池匹配 ISG电机 ADVISOR
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 引言9-12
• 1.2 混合动力汽车概述12-17
• 1.2.1 混合动力汽车的定义及分类12-13
• 1.2.2 串联式混合动力汽车(SHEV)13-14
• 1.2.3 并联式混合动力汽车(PHEV)14-16
• 1.2.4 混联式混合动力汽车(PSHEV)16-17
• 1.3 制约混合动力汽车发展的关键技术17-18
• 1.3.1 电源技术17
• 1.3.2 电力驱动系统17-18
• 1.3.3 能量管理系统18
• 1.3.4 系统优化18
• 1.3.5 车身技术18
• 1.4 ISG型轻度混合动力汽车(MHV)的结构形式及特点18-19
• 1.5 HEV动力电池匹配研究现状与发展趋势19-20
• 1.6 课题研究的意义及主要内容20-21
• 1.6.1 课题研究的意义20
• 1.6.2 主要内容20-21
• 2 动力电池研究21-31
• 2.1 动力电池的主要评价指标及混合动力汽车对动力电池的要求21-22
• 2.1.1 评价HEV动力电池的主要指标21-22
• 2.1.2 混合动力汽车对动力电池的要求22
• 2.2 动力电池的现状22-23
• 2.3 目前常用的HEV动力电池的性能23-26
• 2.4 镍氢电池的电化学原理及特性26-28
• 2.5 锂离子电池的电化学原理及特性28-29
• 2.6 HEV动力电池的主要生产企业和市场销售情况29-31
• 2.6.1 镍氢电池29-30
• 2.6.2 锂离子电池30-31
• 3 动力电池匹配的影响因素分析31-44
• 3.1 整车控制策略32-33
• 3.1.1 轻度混合动力汽车常用控制策略介绍32
• 3.1.2 电力辅助控制策略的特点和具体实现32-33
• 3.1.3 控制策略对动力电池匹配的影响33
• 3.2 行驶工况33-37
• 3.2.1 主要行驶工况介绍34-35
• 3.2.2 国内发展现状35-36
• 3.2.3 行驶工况对动力电池匹配的影响36-37
• 3.3 传动系参数和换档策略37-39
• 3.3.1 传动系参数的选择对动力电池匹配的影响37-39
• 3.3.2 换挡策略对动力电池匹配的影响39
• 3.4 动力系统配置及ISG电机的选取39-42
• 3.4.1 动力系统配置对动力电池匹配的影响39-41
• 3.4.2 ISG电机的选取对动力电池匹配的影响41-42
• 3.5 动力元件的效率对动力电池匹配的影响42-43
• 3.6 动力电池的价格成本对动力电池匹配的影响43-44
• 4 轻度混合动力汽车动力电池匹配方法研究44-52
• 4.1 基础理论及基本公式44-46
• 4.2 MHV动力电池匹配优劣的评价指标46-47
• 4.3 基于实际行驶工况的动力电池参数计算方法47-52
• 4.3.1 基于实际行驶工况的动力电池参数计算方法的提出47-48
• 4.3.2 基于实际行驶工况的动力电池参数计算方法的计算步骤48-52
• 4.4 综合考虑电池性能指标、价格成本等因素的动力电池匹配52
• 5 改装HEV样车动力电池匹配实例计算52-69
• 5.1 改装样车整车参数52-53
• 5.2 输入行驶工况的选择53-54
• 5.3 动力元件的选取54-57
• 5.3.1 样车原配备的某型发动机特性分析54
• 5.3.2 ISG电机的选取及特性分析54-57
• 5.4 整车控制策略的制定57-60
• 5.4.1 最佳燃油控制策略的选择57-59
• 5.4.2 最佳燃油控制策略下的运行工况分析59-60
• 5.5 最佳换挡时机的确定60-61
• 5.6 动力电池参数计算61-69
• 5.6.1 特定行驶工况下路面行驶需求功率计算61-64
• 5.6.2 特定行驶工况下动力系统总功率计算64
• 5.6.3 动力电池组充、放电功率计算64-66
• 5.6.4 动力电池组的能量变化计算66-68
• 5.6.5 动力电池参数计算68-69
• 5.7 改装MHV样车动力电池选型匹配69
• 6 软件仿真验算69-80
• 6.1 电动汽车仿真软件ADVISOR2002介绍69-70
• 6.2 ADVISOR的系统结构与工作原理70-71
• 6.3 ADVISOR的混合仿真方法71-73
• 6.3.1 后向仿真方法71-72
• 6.3.2 前向仿真方法72-73
• 6.4 ADVISOR的仿真过程73-74
• 6.5 基于ECE+EUDC行驶工况的仿真验算74-80
• 6.5.1 仿真的参数输入和设置74
• 6.5.2 仿真结果输出74-80
• 结论与展望80-81
• 参考文献81-83
• 附录A Matlab计算程序83-90
• 附录B 定义ADVISOR的输入脚本90-93
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况93-94
• 致谢94-95

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