電動汽車能量管理策略研究

孫玉洲 倪紹勇 賈安祥 張超英 沈志順

奇瑞新能源汽車技術有限公司 安徽省蕪湖市 241000

1 引言

近些年，我國的汽車使用量迅速增加，并且呈現(xiàn)出高速增長的趨勢。機動車的使用對環(huán)境產(chǎn)生了惡劣的影響，這種影響不僅僅是空氣污染，還包括噪音污染等。在2016年一整年，我國汽車的產(chǎn)量達到了2800萬輛，同比增長了14%，這一增速遠高于2015年的5%。汽車的產(chǎn)量隨時間一直在增加，因此，我國汽車的保有量也在不斷的增加，截止到2016年年底，我國汽車的保有量已經(jīng)達到了將近2億輛，根據(jù)我國國家信息中心發(fā)布的預計，到2020年，我國的汽車保有量將達到2.5億輛。雖然我過去這都有人在不斷增加，但是其中新能源汽車的銷售量也在不斷增加，因此可以發(fā)現(xiàn)政府以及個人環(huán)境保護意識是在不斷增加的。雖然汽車的產(chǎn)量在不斷增加，汽車的保有量也在不斷增加，但是，與此同時，人們對環(huán)境的保護意識也在增加，政府以及科研人員對電動汽車的關注度日益提升。因此，在各個方向對電動汽車相關技術進行深入研究，便顯得很有意義

2 能量管理系統(tǒng)方案

對于電動汽車來說，制約其發(fā)展的主要因素是電池，因此如何使得電動汽車的續(xù)航能力更強，也是當前研究的重點。當前對電池能量儲存量的研究停滯不前，因此電動汽車的能量管理控制便顯得尤其重要，它也是電動汽車有傳統(tǒng)的機動汽車相比最重要的一項技術。這是因為，對于新能源汽車來說，所有的零部件都高度的電氣化，因此，整個汽車需要一個能量管理控制器，完成對所有零部件的用電情況進行監(jiān)控和管理。對于電動汽車來說，它的動力系統(tǒng)是一個復雜的非線性系統(tǒng)，當駕駛員對電動汽車進行操作時，會下達相應的指令，這些指令會通過能量管理控制器傳達給各個零部件。與此同時，能量管理系統(tǒng)也會對各個零部件的狀態(tài)進行實時的監(jiān)控，并且，在一定范圍內合理的對零部件的狀態(tài)進行調整，從而使得整個汽車保持最佳的性能。能量管理系統(tǒng)主要包括硬件系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)以及軟件系統(tǒng)。

3 動力系統(tǒng)

動力系統(tǒng)是電動汽車使用過程中不可缺少的一部分，在機械結構部分，發(fā)動機與電機相連接，電機通過減速器直接驅動車輪。在電氣結構部分，電池通過提供電能從而驅動電機正常工作。當車輛由于一些原因進行制動時，制動過程中所產(chǎn)生的能量可以通過發(fā)電機，反饋到電池中，從而減少了因制動而產(chǎn)生的能量耗損。動力系統(tǒng)的相關參數(shù)主要是根據(jù)車輛在設計時的設計目標來決定的，這些參數(shù)主要包括：電動機的轉矩和功率、電機特性、電池容量以及減速器的減速比等。動力系統(tǒng)中，這些參數(shù)是否選擇合理將直接影響到電動汽車的總體性能。因此，動力系統(tǒng)的相關參數(shù)，應該進行合理的設計，電動機動力系統(tǒng)參數(shù)設計方法如圖1所示。

4 電動汽車能量管理控制原理

能量管理控制器主要通過電動汽車處于加速狀態(tài)還是減速狀態(tài)，來判斷此時的電池應該是充電還是放電。能量管理控制器主要是通過對電動汽車的一些關鍵零部件所傳遞的信息，來去欸的那個對驅動電機的控制策略。這些零部件主要有加速踏板、制動踏板、擋位等。能量管理控制單元可以將信號發(fā)給電機控制器，使其按照合適的方式進行運動，與此同時，電機控制器也會將信息反饋給能量控制器，從而實現(xiàn)信號的交互。

因此，能量管理策略主要考慮的問題是：如何對能量的需求進行識別、如何對制動能量進行回收、如何對發(fā)電機進行合理的控制。在能量管理策略中，需要對整車系統(tǒng)的能量進行全盤的考慮，這事不僅需要考慮電動汽車在運行過程中所需的能耗，還需要考慮電池的狀態(tài)以及一些其他電氣設備的能量需求問題。因此，在電動汽車，能量管理控制策略上，應該滿足以下三點：第一，控制系統(tǒng)可以根據(jù)駕駛員的操作，并對此操作進行識別，使得車輛在正常運行過程中，可以滿足駕駛員的操作意圖。第二，制動時的能量應該得到合理的利用，如果能提高能量的利用率。第三，使電動機的電機特性可以滿足實際需要。

圖1 電動機動力系統(tǒng)參數(shù)設計方法

5 能量回收

對于電動汽車來說，制動能量回收是電動汽車能量回收的主要方式，這也是提高電動汽車能量使用效率的主要因素之一。在制動過程中，主要考慮的因素有以下幾點：電池的特性、儲存能量的利用率以及制動能量回收與制動效果的關系。對于儲能電池來說，電動汽車在不同的情況下制動情況也不一樣，有時可能只是緩慢的制度，但是有時會有緊急制動情況。不同的情況對儲能電池來說有著不同的要求，儲能電池的特性要滿足這種需要，能夠在高倍率的情況下進行充放電。傳統(tǒng)的鋰離子電池，在進行充放電的過程中利用的是化學反應，這種電池不能有效的因為這種情況。因此，需要超級電容作為制動能量回收的儲存部件。當利用超級電容作為能量回收的儲存部件時，如何將儲存的電能及時的釋放，也是需要關注的問題。在制動過程結束以后，超級電容應該比電池擁有更高的優(yōu)先級來進行能量提供。制動的效果電源能量的回收有極大的關系，到電動汽車剎車緩慢時，這是完全可以利用電子剎車，使得剎車中汽車減少的動能，幾乎完全的轉化成超級電容中的電能。但是當緊急剎車時，完全利用電子剎車，會增加制動距離，對電動汽車的安全性有著一定的影響。此時，需要將機械自動核定的剎車進行相結合，不僅可以回收能量，也可以保證電動汽車的安全性。

6 結論與展望

電動汽車的發(fā)展將會極大的減少機動車對環(huán)境的污染，電動汽車也將會是未來人們出行的首選交通工具。對于電動汽車來說能量管理系統(tǒng)極其重要，因為當前電動汽車與傳統(tǒng)的機動車相比，最大的劣勢應是續(xù)航能力。所以，電動汽車能量管理策略將影響著電動汽車的發(fā)展，對其的研究也將更加有意義。本文對電動汽車能量管理策略進行了一定程度的研究，為電動汽車的發(fā)展提供了一定的理論基礎。本人將在以后的工作中，進行更加深入的研究。