Please wait a minute...
浙江大学学报(工学版)
浙江大学学报(工学版)  2019, Vol. 53 Issue (4): 645-653    DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2019.04.005
机械与能源工程     
混合动力系统节油影响因素
曾小华(),董兵兵,李广含,宋大凤*()
吉林大学 汽车仿真与控制国家重点实验室，吉林 长春 130025
Fuel-saving factors for hybrid electric system
Xiao-hua ZENG(),Bing-bing DONG,Guang-han LI,Da-feng SONG*()
State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control, Jilin University, Changchun 130025, China
 全文: PDF(1020 KB)   HTML
摘要：

针对混合动力系统，在分析系统内部能量流的基础上，提出平均综合能量传递效率定义和系统的理论油耗计算模型. 结合混合动力系统的基本节油途径和计算模型，确定影响系统节油的因素并推导出各因素变化后的节油量与节油率计算模型. 为了验证提出的计算模型的正确性与实用性，以某CVT并联混合动力系统为研究对象，采用基于动态规划方法的全局优化算法，分析混合动力系统的节油潜力，对前述的各节油因素进行理论分析和定量研究，明确各因素对系统节油率的贡献度；在节油影响因素细节分析论证的基础上，考虑CVT并联混合动力系统各部件未来可实现的效率最大化，计算该系统的极限油耗.
关键词： 混合动力系统;  动态规划;  理论油耗模型;  节油分析    
Abstract:

The definition of average integrated energy transfer efficiency and the theoretical calculation model of fuel consumption were proposed by analyzing the hybrid system internal energy flow aiming at hybrid electric system. Some fuel-saving factors were determined combined with the basic fuel-saving ways of hybrid electric system and calculation model, and the calculation model of fuel-saving was deduced. A parallel hybrid electric system based on CVT was taken as the research object in order to verify the correctness and practicability of the proposed calculation model. A global optimization algorithm based on dynamic programming method was proposed to analyze the fuel-saving potential. Each fuel-saving factor mentioned above was analyzed through quantitative study to explicit the contribution to the system fuel-saving rate. The limit fuel consumption was calculated considering the maximum efficiency of each component of the hybrid system based on the detailed analysis and demonstration of fuel-saving factors.
Key words: hybrid electric system    dynamic programming    theoretical fuel consumption model    fuel-saving analysis
收稿日期: 2018-03-21 出版日期: 2019-03-28
CLC:  U 469  
通讯作者: 宋大凤     E-mail: zeng.xiaohua@126.com;songdf@126.com
作者简介: 曾小华（1977—），男，教授，博士，从事混合动力系统研究. orcid.org/0000-0002-5124-7498. E-mail： zeng.xiaohua@126.com
服务　　
把本文推荐给朋友
加入引用管理器
E-mail Alert
作者相关文章　　
曾小华
董兵兵
李广含
宋大凤

引用本文:

曾小华,董兵兵,李广含,宋大凤. 混合动力系统节油影响因素[J]. 浙江大学学报(工学版), 2019, 53(4): 645-653.

Xiao-hua ZENG,Bing-bing DONG,Guang-han LI,Da-feng SONG. Fuel-saving factors for hybrid electric system. Journal of ZheJiang University (Engineering Science), 2019, 53(4): 645-653.

链接本文:

http://www.zjujournals.com/eng/CN/10.3785/j.issn.1008-973X.2019.04.005    或    http://www.zjujournals.com/eng/CN/Y2019/V53/I4/645

图 1  混合动力系统能量流动
图 2  动力系统构型方案
参数 参数值 参数 参数值
m/kg 1 629 Wmm/（r·min?1） 6 000
r/m 0.341 Pmm/kW 21
A/m2 2.543 Tmm/（N·m） 133
Cd 0.384 i0 6.08
Wem/（r·min?1） 6 000 ig 0.4~2.32
Pem/kW 80 BatE/（kW·h） 1.728
Tem/（N·m） 142 Cbat/（A·h） 6
表 1  整车及部件的基本参数
图 3  发动机万有特性曲线
图 4  电机效率曲线
图 5  电池内阻模型
图 6  NEDC工况下的SOC变化
图 7  NEDC工况下的动力源转矩变化
参数 参数值 参数 参数值
SOCMini/SOCend 0.75/0.738 4 ${b_{{\rm{e, avg}}}}$/（g·kW?1·h?1） 274.756
${E_{\rm{w}}}$/kJ 6 560.127 ${f_{\rm{s}}}$/（L·（100 km）?1） 6.407 9
${E_{{\rm{reg}}}}$/kJ 1 077.138 ${f_{\rm{e}}}$/（L·（100 km）?1） 6.407 4
${\eta _{{\rm{tr}}}}$ 80.84% $\sigma $/% 0.007 6
表 2  动态规划算法仿真油耗与理论计算油耗
项目 ${E_{{\rm{reg}}}}$/kJ $\Delta{f_{\rm{s}}}$/（L·(100 km)?1） $\gamma $/% ${\delta _{{\rm{fs}}}}$/% ${\delta _{{\rm{fe}}}}$/% $\sigma $/%
项目1 0 ? 0 ? ? ?
项目2 1 077.14 0.972 1 16.4 13.1 13.4 2.2
项目3 1 153.83 1.015 6 17.6 13.8 14.2 2.8
项目4 1 223.83 1.049 1 18.6 14.6 15.0 2.7
表 3  再生制动回收能量的节油影响情况
项目 ${b_{{\rm{e, avg}}}}$/（g·kW?1·h?1） ${f_{\rm{s}}}$/（L·（100 km）?1） $\Delta {f_{\rm{s}}}$/（L·（100 km）?1） ${\delta _{{\rm{fs}}}}$/% ${\delta _{{\rm{fe}}}}$/% $\sigma $/%
项目1 275 6.407 9 ? ? ? ?
项目2 270 6.297 0 0.110 9 1.49 1.50 1.03
项目3 265 6.180 3 0.116 7 1.59 1.61 0.94
项目4 260 6.063 7 0.116 6 1.62 1.64 1.03
表 4  发动机平均燃油消耗率的节油影响情况
项目 $\eta $/% $\Delta {f_{\rm{s}}}$/（L·（100 km）?1） $\Delta {\eta _{{\rm{tr}}}}$/% ${\delta _{{\rm{fs}}}}$/% ${\delta _{{\rm{fe}}}}$/% $\sigma $/%
项目1 84.3 ? ? ? ? ?
项目2 85.3 0.077 5 1.11 1.08 1.10 1.82
项目3 86.3 0.086 1 1.14 1.16 1.14 1.72
项目4 87.3 0.084 6 1.13 1.15 1.12 3.06
表 5  机械传动效率的节油影响情况
项目 $\eta {}_{\rm{m}}$/% $\Delta {f_{\rm{s}}}$/（L·（100 km）?1） $\Delta {\eta _{{\rm{tr}}}}$/% ${\delta _{{\rm{fs}}}}$/% ${\delta _{{\rm{fe}}}}$/% $\sigma $/%
项目1 90 ? ? ? ? ?
项目2 91 0.019 8 0.26 0.26 0.27 3.70
项目3 92 0.021 3 0.27 0.28 0.27 4.10
项目4 93 0.022 5 0.27 0.28 0.27 3.06
表 6  电机效率的节油影响情况
$\eta {}_{\rm{m}}$% ${\eta _{{\rm{tr}}}}$/% ${\delta _{{\rm{fe\_\eta }}}}$/%
无RGB 有RGB 无RGB 有RGB 再生制动贡献值
90 80.17 80.94 ? ? ?
91 80.38 81.02 0.26 0.30 0.04
92 80.60 81.11 0.27 0.31 0.04
93 80.82 81.20 0.27 0.32 0.05
表 7  有无再生制动节油率差异情况
影响因素 因变量变化 $\Delta {\eta _{{\rm{tr}}}}$/
% 		${\delta _{{\rm{fe}}}}$ $\Delta {f_{\rm{e}}}$/
（L·（100 km）?1）
发动机平均
燃油消耗率 		每降低
5 g/kW·h 		? 提升1.50% 0.11
再生制动
回收能量 		能量回收率
每增加1% 		? 提升0.80% 0.06
机械传动效率 每增加1% 1.13 提升1.12% 0.08
电机平均效率 每增加1% 0.27 提升0.27% 0.02
表 8  各因素的节油影响情况
项目 $\eta {}_{\rm{e}}$/% $\eta {}_{\rm{m}}$/% $\eta $/% ${E_{{\rm{reg}}}}$/ kJ ${\eta _{{\rm{tr}}}}$/% ${f_{{\rm{e\_com}}}}$/（L·(100 km）?1)
当前值 28 90 83.3 1 077.138 80.8 6.473 8
极限值 35 92 88.2 1 119.301 87.0 4.971 8
表 9  系统极限油耗
项目 ${\delta _{{\rm{fe}}}}$/% $\Delta {f_{\rm{e}}}$/（L·(100 km）?1) $\Delta {f_{\rm{e}}}'$/（L·(100 km）?1) $\sigma $/%
发动机效率 13.93 1.042 0.980 5.95
再生制动
回收能量 		0.52 0.039 0.038 0.56
综合能量
传递效率 		7.24 0.540 0.552 2.17
耦合项 ?1.59 ?0.119 ? ?
总和 20.13 1.502 1.570 4.33
表 10  各因素节油率贡献度
1 胡均平, 冯东昱, 李科军 混合动力汽车动力系统优化建模仿真研究[J]. 计算机仿真, 2017, 34 (1): 143- 147
HU Jun-ping, FENG Dong-yu, LI Ke-jun Modeling and simulation of hybrid electric vehicle power system optimization[J]. Computer Simulation, 2017, 34 (1): 143- 147
2 彭志远, 秦大同, 段志辉, 等 新型混合动力汽车工作模式分析与参数匹配设计[J]. 中国机械工程, 2012, 23 (9): 1122- 1128
PENG Zhi-yuan, QIN Da-tong, DUAN Zhi-hui, et al Operation mode analysis and parameter matching design of a novel hybrid electric vehicle[J]. China Mechanical Engineering, 2012, 23 (9): 1122- 1128
3 郑永霞, 赵峰, 罗禹贡, 等 装备CVT的中度混合动力轿车驱动工况下的能量优化策略[J]. 汽车工程, 2014, 36 (1): 2- 6
ZHENG Yong-xia, ZHAO Feng, LUO Yu-gong, et al Energy optimization strategy for the mild hybrid electric vehicle with CVT under drive conditions[J]. Automotive Engineering, 2014, 36 (1): 2- 6
4 杨官龙, 秦大同, 刘永刚, 等 CVT插电式混合动力汽车全局优化控制策略[J]. 中南大学学报: 自然科学版, 2014, (12): 4194- 4200
YANG Guan-long, QIN Da-tong, LIU Yong-gang, et al Global optimization control strategy of CVT plug-in hybrid electric vehicle[J]. Journal of Central South University : Science and Technology, 2014, (12): 4194- 4200
5 WANG W, SONG R, GUO M, et al Analysis on compound-split configuration of power-split hybrid electric vehicle[J]. Mechanism and Machine Theory, 2014, 78 (8): 272- 288
6 江冬冬, 李道飞, 俞小莉 双轴驱动混合动力车辆能量管理策略[J]. 浙江大学学报: 工学版, 2016, 50 (12): 2245- 2253
JIANG Dong-dong, LI Dao-fei, YU Xiao-li Energy management strategy of dual drive hybrid electric vehicle[J]. Journal of Zhejiang University: Engineering Science, 2016, 50 (12): 2245- 2253
7 KATRA?NIK T Analytical method to evaluate fuel consumption of hybrid electric vehicles at balanced energy content of the electric storage devices[J]. Applied Energy, 2010, 87 (11): 3330- 3339
8 YU K, YANG H, TAN X, et al Model predictive control for hybrid electric vehicle platooning using slope information[J]. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 2016, 17 (7): 1894- 1909
9 陈雪平, 张海亮, 钟再敏, 等 插电式混合动力汽车能耗及其影响因素分析[J]. 同济大学学报: 自然科学版, 2016, 44 (11): 1749- 1754
CHEN Xue-ping, ZHANG Hai-liang, ZHONG Zai-min, et al Simulation and user factors analysis of energy consumption of plug-in hybrid electric vehicles[J]. Journal of Tongji University: Natural Science, 2016, 44 (11): 1749- 1754
10 彭文明, 杨慧萍, 李孟良, 等 插电式混合动力电动汽车能耗研究[J]. 武汉理工大学学报, 2013, 35 (9): 144- 148
PENG Wen-ming, YANG Hui-ping, LI Meng-liang, et al Investigation on the energy consumption of PHEV[J]. Journal of Wuhan University of Technology, 2013, 35 (9): 144- 148
11 CARLSON R, SHIRK M G, GELLER B M. Factors affecting the fuel consumption of plug-in hybrid electric vehicles [C] // The 25th World Battery, Hybrid and Fuel Cell Electric Vehicle and Symposium Exhibition (EVS 25). Shenzhen: [s.n.], 2010: 1–9.
12 KHAYYER P, WOLLAEGER J, ONORI S, et al. Analysis of impact factors for plug-in hybrid electric vehicles energy management [C] // International IEEE Conference on Intelligent Transportation Systems. Anchorage: IEEE, 2012: 1061–1066.
13 曾小华, 王庆年, 李骏, 等 混合动力汽车多途径节能定量研究[J]. 汽车工程, 2007, 29 (9): 739- 744
ZENG Xiao-hua, WANG Qing-nian, LI Jun, et al A quantitative on multi-approach energy saving of HEV[J]. Automotive Engineering, 2007, 29 (9): 739- 744
14 KIM N, CHA S, PENG H Optimal control of hybrid electric vehicles based on Pontryagin's minimum principle[J]. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2011, 19 (5): 1279- 1287
15 巴特, 高印寒, 王庆年, 等 基于动态规划算法的并联混合动力客车控制策略优化[J]. 汽车工程, 2015, 37 (12): 1359- 1365
BA Te, GAO Yin-han, WANG Qing-nian, et al Control strategy optimation for a parallel hybrid electric bus based on dynamic programming algorithm[J]. Automotive Engineering, 2015, 37 (12): 1359- 1365
[1] 施德华,蔡英凤,汪少华,陈龙,朱镇,高立新. 系统效率最优的功率分流式混合动力汽车非线性预测控制[J]. 浙江大学学报(工学版), 2019, 53(12): 2271-2279.
[2] 曾小华,王星琦,宋大凤,杨南南,王振伟. 考虑电池寿命的插电式混合动力汽车能量管理优化[J]. 浙江大学学报(工学版), 2019, 53(11): 2206-2214.
[3] 王媛媛, 郭延恩, 施国全, 韦俊霞, 夏顺仁. 基于声图像的海底地形边界提取算法[J]. 浙江大学学报(工学版), 2015, 49(2): 376-383.
[4] 沈承, 俞亭超, 张土乔. 城市供水系统突发性污染监测[J]. J4, 2010, 44(8): 1604-1607.
[5] 茅僰 应祖光 朱位秋. 不确定结构非线性随机最优控制的鲁棒性[J]. J4, 2008, 42(7): 1101-1105.
[6] 任坤 严晓浪 秦兴 孙玲玲. 一个新型ASIP编译器的设计和实现[J]. J4, 2008, 42(4): 553-557.
[7] 于海滨 付伟 刘济林. 视觉客流检测中的动态轮廓匹配方法[J]. J4, 2008, 42(3): 412-417.
[8] 孙康 潘雪增 陆魁军 楼学庆 平玲娣. 一种面向部分可重构结构的配置空间搜索方法[J]. J4, 2008, 42(12): 2062-2067.
[9] 丁弋川 刘利刚. 多边形顶点匹配优化算法[J]. J4, 2007, 41(9): 1532-1536.