整车控制策略解析篇——插电式混合动力汽车的CD和CS阶段

本文结合插电式混合动力车和纯混合动力车的特点，分析CD和CS的划分依据和判别方法，并基于中国汽研所开展的新能源汽车测试评价工作，针对雅阁PHEV，对其CD和CS阶段的模式划分与功率分配进行介绍。

1 典型混合动力汽车

混合动力汽车由内燃机与动力电池两部分动力源提供能量，发电机负责机械能转换电能，同时，内燃机和电动机均包含执行驱动力的情况。依据是否可以外接充电，混合动力汽车主要包括两种：一种是电量维持型混合动力汽车，另一种是插电式混合动力汽车。电量维持型混合动力汽车（Charge-Sustaining HEV, CS HEV）指一种不可连接到外部电网充电的混合动力汽车。插电式混合动力汽车（Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV）指在电量维持型混合动力汽车的基础上，增加了可外接充电设备的混合动力汽车。

图1 Prius PHEV                                                                                           图2 Prius Hybrid

2 CD/CS阶段的划分

目前，针对CD/CS阶段划分及控制策略的研究开发，通常是从FCT测试过程入手。电量消耗循环（Charge-Depleting Cycle）指车载储能系统荷电状态逐渐消耗的循环，即CD阶段的循环。车载储能系统荷电状态被维持在一定的公差带范围内的循环，循环做多个工况试验，该循环为Charge-Sustaining（CS）阶段的循环。CD阶段的初始状态是插电式混合动力汽车的电池初始满SOC，之后车辆电池能量消耗，当小于一定SOC时进入CS阶段。

根据SAE J1711规定，CS阶段的定义为下式：

图3 FCT测试过程中CD/CS阶段典型过渡历程

3 雅阁PHEV的CD/CS阶段特征

雅阁PHEV的构型如图4所示，综上所述，针对其驱动控制，首先是基于电池SOC状态分为电量消耗（Charge Depleting简称CD）与电量保持（Charge Sustainning简称CS）两个运行阶段。而对于每个运行阶段，又都包含了EV Drive、Hybrid Drive和Engine Drive三种工作模式，分别如图5、图6所示。

注释：

1、EV Drive：纯电动驱动

2、Hybrid Drive：混合驱动（发动机串联工作）

3、Engine Drive：发动机驱动（发动机并联工作）

图4 雅阁构型图

无论是在CD运行阶段还是CS运行阶段，车辆的起步均为纯电驱动。当车辆处于中、高速行驶，或较大负荷需求时（如急加速），即进入Hybrid Drive模式或Engine Drive模式。

CD阶段时，电池的电量充足，EV Drive的运行区域很大。只有当功率需求较大时，才由EV Drive切换Hybrid Drive。当处于中、高速低负荷区间时，也存在EV Drive与Engine Charge的切换，此时对应的发动机工作区为效率较高的转速区间。

图5 CD阶段中的各运行模式

图6 CS阶段中的各运行模式

CS运行阶段电池中的电能并非从电网直接获取，而是从发动机输出的机械能经驱动电机发电转化而来，因此在此阶段电能的使用上要综合考虑耗油和耗电两个过程的效率问题。为达到动力系统的燃油经济性最优的，存在Engine Drive和Hybrid Drive两种模式之间的取舍问题。而根据电量情况，两种模式皆存在Charge和Assist的模式区分。以Hybrid Drive为例：

当SOC＞SOChigh时，电池释放电能以保证SOC一直在SOChigh与SOClow之间的范围内波动。整车控制器可能会选择Hybrid Drive中Hybrid Assist和Hybrid Engine Alone两种工作状态的中的一种。

当SOC＜SOClow时，电池不能释放电能。这时整车控制器可能会选择Hybrid Drive中Hybrid Charge和Hybrid Engine Alone两种工作状态的中的一种。

当SOChigh＞SOC＞SOClow时，电池进入放电和充电的循环，整车控制器可能进入Hybrid Drive中Hybrid Assist和Hybrid Charge两种工作状态循环。

注释：

1、Hybrid Charge：混合驱动过程中电池处于充电状态

2、Hybrid Engine Alone：混合驱动过程中电池处于不充不放状态

3、Hybrid Assist：混合驱动过程中电池处于放电状态

4 小结和展望

插电式混合动力汽车的驱动模式分析与CD/CS阶段划分是控制策略开发过程的关键，后续将分享更多新能源汽车控制策略解析评价，敬请关注！

5 参考文献

[1] Hirohito IDE, Yoshihiro SUNAGA, Naritomo HIGUCHI: Development of SPORT HYBRID i-MMD Control System for 2014 Model Year Accord, Honda R&D Technical Review Oct 2013

[2] Hihuvhi N., Sunaga Y., Tanaka M., Shimada H.: Development of a New Two-Motor Plug-In Hybrid System, SAE2013-01-1476(2013)