Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｍｅ，ｍｍ＇ｅｄ
ｄ—ｖｉ哩ｍｏｏｒ
Ｐ一７．１２６×１０—４×尸２—３．９２９
１．８４２
ｘ１０＋１×Ｐ一 ｘ１０一’×
ｓｔｒａｔｅｇｙ ａｔ ｄｙｎａｍｉｃ
ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ
ｏｐｅｒａｔｉｏｎ
ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅｓ；ｏｐｔｉｍａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ；ｄｙｎａｍｉｃ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ；ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｐｏｗｅｒｔｒａｉｎ ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ ｍｏｄｅｌ 收稿日期：２０１ｌ—０９一ＩＯ
第１６卷第３期 ２０１２年３月
电
机
与
控
制
学
报
ＣＯＮＴＲＯＬ
ＶｏＬ １６
Ｎｏ．３
ＥＬＥＣＴＲＩＣ
ＭＡＣＨＩＮＥＳ
ＡＮＤ
Ｍａｒ．２０１２
变工况下电动汽车驱动系统效率优化控制
黄万友１， 程勇１， 纪少波１， 李闯２，
张笑文２，
张海波３
（１．山东大学能源与动力工程学院，山东济南２５００６１；２．济南市电动汽车运营有限公司，山东济南２５００１４； ３．山东宝雅新能源汽车有限公司，山东济南２５１０１０）
关键词：纯电动汽车；优化控制；工况变换；效率模型；动力总成仿真模型
中图分类号：Ｕ４６９．７２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００７—４４９Ｘ（２０１２）０３—００５３—０７
Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＥＶ ｐｏｗｅｒｔｒａｉｎ’Ｓ
ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
ｃｏｎｔｒｏｌ
ｓｔｒａｔｅｇｙ ｕｎｄｅｒ ｄｙｎａｍｉｃ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ
摘要：为有效降低驱动电机能量消耗，延长电动汽车续驶里程，对车辆工况变换时的驱动系统控制 方法进行探讨。利用交流异步电机系统及磷酸铁锂电池组实测数据，采用最小二乘法构建动力总成 系统效率模型，并给出基于效率模型进行优化控制、提高电力驱动系统运行效率的控制策略；搭建纯
电动汽车动力总成系统仿真模型，并通过试验台实测数据验证模型的有效性；利用建立的仿真模型对 纯电动汽车的起步加速过程进行优化，并利用试验台进行了测试，结果表明，对动力总成系统进行效 率优化控制后，其效率在车辆起步加速过程中较原车平均提高了３．３％。基于所建立的动力总成系统 效率模型，可在车辆工况变换过程中，通过优化控制策略，有效提高动力驱动系统效率。
纯电动车辆运行时动力电池温度曲线如图５所示， 图６显示了电池组温度控制在３４±３℃时电池组的 放电效率。
Ｆｉｇ．３嘣ｅｎｃｙ
图３被蔫电机效辜曲线
ｇｕｒｖｅ
４３０８３
…实车电池组当前最高温度
ｏｆ ｄｒｉｖｉｎｇ ｍｏｔｏｒ
３４ｊ广１广广—＿丑Ｊ广］一
基于最小二乘法，采用五次多项式对图３所示 驱动电机系统效率进行了曲面拟合。构建了描述驱 动电机系统效率随电机转速及输出功率变化的表达
５０ 时间以
闰１实耐纯电动轿车动力总成工作参数
Ｆｉｇ．１ Ｒｅａｌ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｐｏｗｅｒ－ｔｒａｉｎｌ
ｗｏｒｋｉｎｇ肼ＩⅢｋＢ
由图可见，在电动汽车行驶过程中，电机工作 转速、工作负荷及电池组电流变化剧烈。电动汽 车动力总成系统效率受到电池组电压、放电电流、 ＳＯＣ、电机转速、转矩及温度等因素的影响”』，因 此，在工况变换过程中需要确定效率最优的控制 万方数据
１动力总成系统运行状态分析
网１为实测得到的某纯电动轿车运行过程中动
力总成系统的工作参数，该车配备１９２ 酸铁锂电池，２０ ｋＷ永磁同步电机。
Ｖ／１００
ｎｇ．２
Ｓｄ”ｍｌｉｅ ｏｆ蜮ｂｅａｃｈ
进行驱动电机系统效率测试时，由工控机发送 控制报文到ＣＡＮ总线，进而控制驱动电机工作在恒 转速模式，而测功机工作在恒转矩模式，在驱动电机 不同的转速下调节测功机转矩输出，完成驱动电机 设定工况点的效率测试。电池组效率测试时。通过 ＣＡＮ总线设定充电机充电电流及最高允许充电电 压等参数，对电池组进行充电；放电时通过智能型放 电仪对电池组在不同ＳＯＣ下，设定一系列放电电流 值，进行恒流放电，试验过程中数据采集单元采集动 力电池端电压、电流及温度等信息。 ２．２电机系统效率模型
０ ５０ ｌＧＯ ３００ ３５０ ４００４５０ ５００ ５５０
１５０２００ ２５０
铁锂动力电池组放电效率进行曲面拟合的结果为
叼ｂ＝一８．９８８×１０一。×（Ｐｓｏｃ）。＋２．０３１×１０一’×
（Ｐｓｏｃ）２—９．２２６×１０—２ Ｘｐｓｏｃ一３．９１３×１０—３×
工况点数Ｊｌ，个 围４ ｜毡．４
电机系统效率实测结果与模拟结果对比
ｉｍｐｍｖｅ ＥＶ ｐｏｗｅｒｔｒａｉｎ备ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ
ｄｅｄｕｃｅｄ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ．Ｔｏ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｉｔｓ ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ Ｗａｓ ｃｏｎｆｏｒｍｅｄ ｉｎ ｃｏｎｔｒａｓｔ
ｔｏ
ｍｅｔｈｏｄ，ａ ｐｏｗｅｒｔｒａｉｎ
ｔｏ
ａ
ｍｏｄｅｌ Ｗａｓ
ｏｆ
ｃｈａｒｇｅ，ＳＯＣ）、电机工作转速、工 作负荷、道路状况和驾驶模式多变”。１，在满足驾驶
平顺性的前提下，对车辆工况变换时动力总成系统
优化控制进行研究，对提高能源利用率具有重要的
理论意义和实用价值。
２基于动力总成系统效率的优化控制
２．１电机系统及电池组效率测试试验台 纯电动汽车动力总成关键部件测试试验台主要 包括电源系统、驱动电机系统、数据采集控制系统及 测功机系统４部分。试验台结构示意如图２所示。
了电机系统效率模型、电池组效率模型及动力总
成系统效率模型，基于动力总成系统效率模型进
行车辆变工况下轨迹最优的转矩控制。利用Ｍａｔ－
ｌａｂ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ建立了动力总成系统仿真模型，结 合实车测试数据，通过对纯电动汽车起步加速过 程的仿真和试验台测试，对本文提出的效率优化
控制进行了验证。
圈２试验台结构示意圈
ｍｏｄｅｌ；
基金项目：国家高技术研究发展计划（８６３计划）项目（２００９ＡＡｌｌＡｌｌ８）；山东省科技发展计划项目（２０１１ＧＧＸｌ０５０６）；山东大学研究生自主创 新基金（ｙｚｅｌＯｌ２３） 作者简介：黄万友（１９８３一），男，博士研究生．研究方向为内燃机电控及电动汽车技术； 程勇（１９６３一），男，教授，博士生导师，研究方向为内燃机测控及电动汽车技术： 纪少渡（１９７９一），男，博士，讲师．研究方向为汽车电子控制； 李 阄（１９６７一），男，硕士，高级工程师。研究方向为电动汽车设计及示范推广： 张笑文（１９６８一）．男．项士．高级工程师，研究方向为电动汽车设计及示范推广：
ｏｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｄａｔａ ｆｒｏｍ
ａｎ ｔｏ
Ｖｅｈｉｃｌｅ（ＥＶ）ｐｏｗｅｒｔｒａｉｎ
ａ
ｗａｓ
ｌｏｗｅｒ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｌｏｎｇ ＥＶｇ ｅｎｄｕｒａｎｃｅ ｍｉｌｅａｇｅ．Ｂａｓｅｄ
Ｘ
图５实测电池组温度
Ｆｉｇ．５
Ｒｅａｌ ｂａｔｔｅｒｙ ｐａｃｋ’ｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ＶＳ
ｔｉｍｅ
１０—５×ｎＰ２—９．０７４×１０—３×ｎＰ一８．４５９
１０—９×ｎ２＿Ｐ２—４．７５９×１０一×ｎ２Ｐ＋
ｘ
７．４５６×１０“×／，１３Ｐ＋５５．１２６。
Ｐ为电机输出功率，ｋＷ。
（１）
式中：可。为电机系统效率，％；ｎ为电机转速，ｒ／ｍｉｎ； 将实测转速及转矩代人式（１），得到电机系统 效率计算值。图４对比了不同试验工况点下驱动电 机系统效率的计算值与实测值。 由图４可见，构建的电机系统效率模型能较真
２．Ｊｉｎａｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｃｏ．。Ｌｔｄ。Ｊｉｎａｎ ２５００１４，Ｃｈｉｎａ；
３．Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｂａｏｙａ Ｎｅｗ Ｅｎｅｒｇｙ Ｖｅｈｉｃｌｅ
Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｊｉｎａｎ ２５１０１０，Ｃｈｉｎａ）
ｕｎｄｅｒ ｄｙｎａｍｉｃ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
ＨＵＡＮＧ Ｗａｎ．ｙｏｕｌ，ＣＨＥＮＧ Ｙｏｎｇ‘，ＪＩ Ｓｈａｏ．ｂ０１，ＬＩ Ｃｈｕａｎ９２， ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｏ．ｗｅｎ２，ＺＨＡＮＧ Ｈａｉ．ｂ０３ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ
ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ＆Ｐｏｗｅｒ Ｅｎ百ｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ ２５００６１，Ｃｈｉｎａ；
近年来．一些学者围绕混合动力汽车稳态过 程中多能源能量管理及优化控制进行了相关研 究”。１。张毅、卓斌等人对纯电动汽车动力总成 控制系统进行了研究，采用经济运行模式与动力 运行模式相结合的控制策略，提高了驱动系统工 作效率”ｏ。本文分析了纯电动汽车动力总成系统 运行状态，并基于实测的电池组及电机参数，构建
ｍｅａｓｕｒｅｄ
ＡＣ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ
ａｎｄ
ＬｉＦｅＰ０４／Ｃ Ｌｉ—ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ ｐａｃｋ，ａ ｐｏｗｅｒｔｒａｉｎ＇ｓ ｗｏｒｋｉｎｇ ｅｆｆｉ－
ｔｏ
ｃｉｅｎｃｙ ｄｅｓｃｒｉｂｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ
ｗａｓ
ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ａｎ ｏｐｔｉｍａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ
ｓｔａｒｔ
ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ， ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ
ａｎｄ
ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ． ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ
Ａｎ ＥＶ’ｓ
ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｗａｓ，ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ
ａｃｃｏｒｄｉｎｇ
ｒｅｓｕｌｔｓ，ａｎｄ
ｃａｌｌ
ｔｈｅ ｓｔｒａｔｅｇｙ Ｗａｓ ｉｍｐｌｅｍｅｎ・
ｎｅｗ