基于ADVISOR的热电回收并联混合电动汽车性能研究

　　摘要：提出了热电回收的并联混合电动汽车控制策略，然后利用这些控制策略在某款汽油乘用车的基础上分别建立了混合电动汽车与热电回收的并联混合电动汽车ADVISOR仿真模型。仿真结果显示在城市路况下热电并联混合电动汽车具有较大的汽车制动能回收潜力，而在高速公路路况下热电并联混合电动汽车具有较大的热电废热回收潜力。此外，并联混合电动汽车比原汽油乘用车具备更高的动力性和经济性，而加装热电回收系统后的热电并联混合电动汽车的动力性和经济性能进一步提高。

　　关键词：废热回收；并联混合电动汽车；仿真

　　中图分类号：U463.23文献标志码：A文章编号：1005-2550（2013）03-0009-05

　　传统燃油汽车中用于驱动的能量只占到发动机燃烧化学能的30%左右，另外随废气直接释放到环境中的能量占到40%左右，由冷却水带出机体并释放到环境中的能量占到剩余的40%左右[1]。为了应对日益紧迫的能源危机，国内外专家做过大量的工作通过各种途径来提高车辆的节能潜力。从完善内燃机的燃烧过程来提高车辆的能量利用效率目前已经逐步达到极限。目前电动汽车受到各工业发达国家的普遍重视来应对能源危机[2]。电动汽车的储能元件利用了从热电厂大规模高效率燃烧化石燃料所发的电能或通过其它新能源途径获取的电能，因此电动汽车的发展前景被世界各国普遍看好。纯电动汽车面临储能元件的能量密度限制而影响汽车的续驶里程，目前其市场竞争力还不如传统燃油汽车。而混合电动汽车集成了燃油汽车和纯电动汽车的优势，是世界各大汽车公司角逐的主要新能源汽车产品。

　　汽车热电回收是利用热电材料的塞贝克效应，将汽车燃油释放化学能中约70%的低品位废热直接转化为可利用电能，从而提高车辆的燃油经济性。由于油电式混合电动汽车具备可共享的功率变换单元和大容量储电元件等电力电子平台，拟研究热电回收对并联混合电动汽车整车动力性及经济性的影响。

　　1热电回收的并联混合电动汽车控制策略

　　研究的热电回收并联混合电动汽车结构如图1所示。这种混合电动汽车采用“发动机及热电模块电机总成”和“动力电机”两路动力并联，经过转矩耦合器叠加后传入变速器中，再经过变速系统和主减速器进行转矩和转速变换，这样动力就传递到驱动轮上。在燃油发动机冷却水箱、机体、机油油底壳、变速器油底壳及排气管等热源的外壁布置热电模块系统，热电模块回收的电能给热电模块电机供电，这样回收的汽车废热能量就可以实时地汇入传动系统中，从而提高汽车的动力性和经济性。

　　1.1.1蓄电池的电量充足（即SOC>cs_lo_soc）

　　车速低于起动转速或者传动系统需求转矩小于发动机关闭转矩的情况下关闭发动机而由“动力电机”来提供全部转矩。而车速高于起动转速，且传动系统需求转矩在发动机关闭转矩和最大转矩之间时由“发动机及热电模块电机总成”提供转矩。当传动系统需求转矩大于“发动机及热电模块电机总成”最大输出转矩的情况下“发动机及热电模块电机总成”和“动力电机”共同提供系统需求转矩。

　　1.1.2蓄电池的电量不足（即SOC<cs_lo_soc）

　　当传动系统需求转矩低于“发动机及热电模块电机总成”最小转矩曲线时，“发动机及热电模块电机总成”按照最小转矩曲线提供转矩，剩余的转矩用于给蓄电池充电。当传动系统需求转矩高于“发动机及热电模块电机总成”最小转矩曲线时，“发动机及热电模块电机总成”按照最佳工作点运行，剩余的转矩也用于给蓄电池充电。以上两种情况中，只要发动机处于运行状态下，热电模块会一直发电并供应给热电模块电机。

　　1.2废热热电回收的控制策略

　　2热电回收的并联混合电动汽车整车仿真

　　原汽油乘用车改装时拟采用并联轻度混合电动结构，因此采用某小型永磁同步直流电机，电机的额定功率为25kW，最高转速为6000r/min，质量45kg，电机具备电动助力和制动发电的功能。蓄电池采用某型6AH的锂离子动力电池，75节电池单元的串联输出额定电压为267V，质量28kg。

　　应用ADVISOR2002模型可以模拟混合电动汽车以及热电回收的混合电动汽车的动力性与经济性。热电回收的混合电动汽车与混合电动汽车相比是在汽车的热源部位安装了热电模块，热电模块所发的电能供应给热电模块电机，这样回收的汽车废热能量就可以实时地汇入传动系统中。由于热电模块电机的功率随发动机工况变化，经过计算后修改发动机M文件中高速高负荷工况的油耗和外特性转矩曲线就可以建立“发动机及热电模块电机总成”的ADVISOR模型。原汽油乘用车的性能参数可以从制造厂商获得，混合电动汽车以及热电回收混合电动汽车的性能参数是以汽油乘用车的结构为基础，采用ADVISOR2002模拟计算得到的。计算汽车循环工况油耗时选用CYC_UDDS近似代表城市路况，而选用CYC_WVUINTER近似代表高速公路路况。

　　3结论

　　（1）提出了热电并联混合电动汽车的动力系统控制策略和废热热电回收控制策略，用于建立ADVISOR汽车分析模型。

　　（2）模型仿真结果显示在城市路况下热电并联混合电动汽车具有较大的汽车制动能回收潜力，而在城市路况下热电并联混合电动汽车具有较大的热电废热回收潜力，因此热电并联混合电动汽车在不同的路况下都可以发挥节能优势。

　　（3）并联混合电动汽车比原汽油乘用车具备更高的动力性和经济性，而加装热电回收系统后的热电并联混合电动汽车的动力性和经济性能进一步提高。

　　参考文献：

　　[1]JihuiYang，Francisr.Stabler.AutomotiveApplicationsofThermoelectricMaterials[J].JournalofElectronicMaterials，2009（38）：1245～1251.

　　[2]BarackObama.TheStateOftheUnion2011--WinningtheFuture[OL].http：//www.whitehouse.gov/state-of-the-union-2011.

　　[3]蔡锐彬，陈子健，等.车用汽油机排气温度特性的研究[J].华南理工大学学报（自然科学版），1999（7）：77-80.

　　[4]赵付舟，王俊席，等.轻型柴油汽车中适合热电回收的主要热源特征研究[J].内燃机工程，2013（1）：40-45.

　　[5]曾小华.基于ADVISOR软件的双轴驱动混合动力汽车性能仿真模块开发[J].汽车工程，2003（5）：424-427.