混合动力系统架构-下｜盖世大学堂混动系统系列知识讲解

一、混动系统模式切换原则与SOC控制概述

混合动力系统主要包含REEV、HEV(混合动力汽车)、PHEV(插电式混合动力汽车)等类型，其模式切换依据热效率、SOC(荷电状态)、SOP(标准操作程序)、温度以及挡位等条件进行。例如，在车速方面，纯电模式一般运行于30 - 40km/h；串联模式在40 - 60km/h；并联模式为60 - 90km/h；直驱模式处于90 - 120km/h 。不同模式下，SOC的控制策略对混动系统的性能有着关键影响。

二、混动系统的运行模式及SOC控制策略

纯电运行模式

纯电运行模式下，发动机停止工作，车辆动力完全由电池包提供。近年来，随着电混技术的发展，这种模式受到更多关注。与纯电车相比，混动系统虽电池和发动机尺寸更大，但功能更为丰富。

功率平衡发电模式

当电池电量较高时，发动机以较小功率发电，维持电池电量在一定范围，确保系统稳定运行。

功率补偿发电模式

在电池电量较低的情况下，发动机提高发电功率，以补充电量。此时发动机转速会相应提高，但为控制NVH性能及保证功率稳定输出，其转速通常不会超过3000转。

强制充电模式

当电池电量极低，如车辆长时间未运行或在露营等用电量大的场景下，发动机提供全部发电功率，快速提升电池电量。此模式下，为保证发动机能够正常启动，需设定合理的SOC最低阈值。在实际应用中，还需考虑电池电量显示误差以及环境温度等因素对电池性能的影响。

三、SOC控制核心要点

功率跟随策略下的发电优化

在功率跟随策略中，整车需求功率直接决定发动机运行功率。然而，频繁变化的油门会使发动机工况剧烈波动，导致油耗增加和排放变差，如在WLTC测试循环中，扭矩急剧变化就会出现此类问题。为解决这一问题，可采用延迟响应策略，即发电功率响应需求功率时设置可标定的延迟时间。当短时间内需求功率突变后又恢复原始值时，发电功率可忽略此次变化，维持在稳定发电功率点，从而优化发电过程，提升系统性能。

定点发电策略下的NVH优化

为兼顾NVH性能与电池电量，定点发电策略开发了基于车速的功率限制功能以及基于SOC的功率限制系数修正。根据车速限制发电功率，车速越低，功率越低，这有助于降低整车噪声水平。通过大量测试得出不同车速段对应的功率值以及SOC修正系数等经验值，以优化定点发电策略，提升车辆整体性能。

能量回馈时的发电功率优化

当电池的SOC和温度确定时，电池的最大允许充电功率固定。在能量回馈过程中，增程器发电功率与回馈功率之和不能超过该最大值，否则会引发电池故障。当增程器发电时有大能量回馈，需降低增程器发电功率；回馈结束后，再恢复发电功率。为保证能量回馈过程的稳定性以及NVH性能，当回馈功率大于设定值时，发电功率为电池允许充电功率与回馈功率之差，同时确保发动机转速和扭矩的稳定。

四、发动机最佳效率工作点特性

发动机在混动系统中存在最佳效率工作区域。其工作点更为集中，启动后能迅速进入工作状态。在设计和运行时，需考虑直驱工况下的发电机功率值，同时发动机最高工作转速一般低于3000rpm，以控制噪声和保证系统稳定性。不同混动模式以及不同坡度阻力下，发动机的工作特性有所差异。目前，乘用车发动机热效率较高，部分可达41%左右，最高官方公开值为46.1%，但成本较高。主流1.5T涡轮增压发动机在动力性上优于1.5L自吸发动机，电机、MCU(电机控制单元)等部件也有较高的效率表现，整体系统能达到双95(电机效率、MCU效率及传动系统效率折合后综合指标)的行业规范。

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