增程式电动车动力电池组预热控制策略研究

汽车的出现改变了人类的生活同时带来了能源短缺与环境污染等问题,新能源汽车成为汽车行业的发展方向。现阶段,由于动力电池组成本高、比能量密度低等问题限制了纯电动汽车发展,增程式电动车成为现阶段新能源汽车发展的重要方向。但是增程式电动车依然存在动力电池组低温环境工作性能较差缺点,严重影响其纯电动续驶里程并间接增加车辆成本。为了解决上述问题,本文结合课题组增程式电动车动力结构特点,设计了一种电池组预热系统,制定了考虑电池组低温预热的整车控制策略,实现低温环境行车过程中电池组预热的目标。主要研究内容如下:(1)动力电池低温热特性研究。研究所使用的锂离子动力电池的基本结构、特点及工作原理,并对锂离子电池工作过程中生热及传热特性进行分析,确定锂电池主要生热来源及内部传热方式。通过实验方法研究了锂离子电池内阻、容量及开路电压在不同温度下对应关系,进一步确定了电池组关键参数的计算模型。(2)增程式电动车建模与仿真分析。分析课题组增程式电动车的动力结构,依据参数匹配结果基于AMESim软件建立整车动力系统模型;确定项目车型工作模式及控制系统结构,基于恒温器控制方式制定该车CD(电量消耗)+CS(电量维持)控制策略,并根据行驶工况确定CS阶段发动机工作点;对比不同环境温度车辆在纯电动行驶阶段电池组温度、能量利用效率及整个工况车辆总能耗量,得出环境温度越低,动力电池组内阻消耗能量越多,车辆纯电动续驶里程变短同时总能耗量增加,因此需要对电池组进行预热。(3)电池组预热系统设计建模及控制策略制定。首先依据项目车型动力系统结构设计利用发动机冷却系统余热的动力电池组预热系统;其次在AMESim软件中对动力电池组低温预热系统进行建模并整合到增程式电动车动力系统模型中;最后在原车CD+CS控制策略基础上针对低温环境条件,制定了考虑电池组低温预热的整车控制策略,增加了预热增程CS模式。(4)利用搭建的有电池组预热系统整车模型及制定电池组低温预热控制策略仿真验证了车辆低温预热控制策略的可行性,对比了电池组是否预热对循环工况下车辆总能耗量的影响,特别是在-20℃的环境温度下,电池组预热条件下车辆在整个工况下的能量消耗能减少20%。进一步在考虑电池组低温充电限制条件对制动策略改进,并优化了电池组低温预热控制策略,验证策略可行性同时对比了不同策略对整车能耗的影响,采用该策略能降低低温环境下循环工况下整车的能量消耗量。