基于PHEV復(fù)合電源控制策略研究

程瑤

摘 要：本文主要以插電式混合動(dòng)力車為例，對(duì)其復(fù)合電源控制策略進(jìn)行了分析和研究，結(jié)合傳統(tǒng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)要求完成對(duì)功率控制、電源參數(shù)匹配等的改進(jìn)工作，并提出一種全新的儲(chǔ)能思路，相比于傳統(tǒng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，新系統(tǒng)的充放電效率更高，且可靠性更強(qiáng)，與此同時(shí)，還能避免強(qiáng)大電流的形成，延長(zhǎng)電池應(yīng)用壽命，從目前現(xiàn)狀來(lái)看，該系統(tǒng)應(yīng)用前景無(wú)限。

關(guān)鍵詞：PHEV；復(fù)合電源；控制策略

插電混合動(dòng)力汽車簡(jiǎn)稱“PHEV”，接入家用電源、專用電源為動(dòng)力電池充電，結(jié)合純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和混合動(dòng)力，可在燃油經(jīng)濟(jì)性、污染物排放方面發(fā)揮出關(guān)鍵性的作用。近年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提升，很多不可再生性資源逐漸呈現(xiàn)出枯竭的狀態(tài)，大氣污染程度日漸加深，新能源汽車已逐漸成為汽車行業(yè)未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

一、插電式混合動(dòng)力車以及傳統(tǒng)復(fù)合電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述

（一）插電式混合動(dòng)力車概述

插電式混合動(dòng)力汽車，簡(jiǎn)稱“PHEV”，屬于一種新型的現(xiàn)代化混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。它與傳統(tǒng)的電驅(qū)動(dòng)和汽油動(dòng)力相結(jié)合的混合動(dòng)力存在較大差別，電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)單元和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)原理與插電式混合動(dòng)力較為相似，車輛上的一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)是兩者最突出的差別。

相比于插電式混合動(dòng)力汽車，普通混合動(dòng)力汽車的電池容量相對(duì)較小，一般只在加減速、啟停等階段回收或者是提供能量，無(wú)法進(jìn)行外部充電，同時(shí)也不能純電模式下行駛較長(zhǎng)時(shí)間。相比之下，插電式混合動(dòng)力汽車的電池容量較大，可實(shí)現(xiàn)外部充電，并可在純電模式下長(zhǎng)時(shí)間行駛，在耗盡可電池中的電量之后，還可繼續(xù)通過(guò)混合動(dòng)力的方式進(jìn)行行駛，該情況下的車輛運(yùn)行基本以內(nèi)燃機(jī)為主，可適時(shí)的完成電池充電。

（二）傳統(tǒng)復(fù)合電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述

復(fù)合電源系統(tǒng)的種類多種多樣，在功率轉(zhuǎn)換器加入之后，通?？杀环譃橹鲃?dòng)式復(fù)合電源和被動(dòng)式復(fù)合電源兩種，下圖為復(fù)合式電源的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

上圖為蓄電池組并聯(lián)和超級(jí)電容組串聯(lián)變換器，通過(guò)該方式，可實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容功率的優(yōu)化控制，實(shí)踐中不會(huì)對(duì)復(fù)合電源整體功率產(chǎn)生影響。DC/DC超級(jí)電容串聯(lián)結(jié)構(gòu)的實(shí)踐應(yīng)用，可充分滿足插電式動(dòng)力汽車的設(shè)計(jì)要求。

傳統(tǒng)的復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用雙向DC/DC，其最突出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于，電壓可以實(shí)現(xiàn)解耦，且電池直連。但在對(duì)超級(jí)電容進(jìn)行充電或者是放電的過(guò)程中，DC/DC卻逐漸呈現(xiàn)出響應(yīng)慢、功率大以及效率低等缺陷，急需進(jìn)行改進(jìn)和進(jìn)一步研究。

二、新型復(fù)合電源參數(shù)匹配對(duì)策

（一）電源參數(shù)匹配

在對(duì)車輛的能量和功率進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，為確保復(fù)合電源的功率容量和能量能夠滿足實(shí)際的設(shè)計(jì)需求，工作人員一般要結(jié)合車輛實(shí)際的動(dòng)力性能需求對(duì)參數(shù)進(jìn)行合理匹配，同時(shí)還要確保電池電容選擇的合理性，對(duì)于插電式混合動(dòng)力車而言，可最大限度的提升車輛的工作效率和適應(yīng)性。超級(jí)電容器屬于一種現(xiàn)代化先進(jìn)的儲(chǔ)能裝置，具有壽命長(zhǎng)、功率密度高等優(yōu)勢(shì)特征。

本文主要以我國(guó)目前的公交工況為例，由此也可對(duì)整車功率進(jìn)行獲?。?/p>

在上述公式中，“ ”代表傳動(dòng)功率，

“ ”表示的是阻力系數(shù)，“A”代表迎風(fēng)面積，“CD”表示空氣的阻力系數(shù)。

在復(fù)合電源中，所選擇的超級(jí)電容的實(shí)際容量為145F，單節(jié)的額定電壓約為48V。結(jié)合實(shí)際要求，在對(duì)超級(jí)電容器組進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需保證峰值功率在10秒，與此同時(shí)，還要能夠和電機(jī)的額定電壓相互對(duì)應(yīng)。

在上述公式中，“ ”代表總能量，而“ ”表示的是峰值的實(shí)際能量?！?”超級(jí)電容的實(shí)際容量，“ ”代表的是超級(jí)額定電壓，“ ”表示的最小值電壓，是額定電壓的1/2，“C”表示完成串聯(lián)之后的電容，“k”表示超級(jí)電容的安全數(shù)據(jù)，在上述的公式中，“k”的值取為1.2，由公式“ ”可知，若設(shè)定“n”的數(shù)值為8，則基本可滿足實(shí)際的設(shè)計(jì)條件。通過(guò)公式“ ”，可將電容實(shí)際的

存儲(chǔ)計(jì)算出來(lái)，為1356246W，總的超級(jí)電容的質(zhì)量約為16okg，此時(shí)的輸出功率為338Kw，相比于峰值功率，可基本滿足設(shè)計(jì)的實(shí)際需求。蓄電池組要能夠符合電機(jī)平均功率的實(shí)際需求，且在放電和充電的過(guò)程中，電流均要在安全范圍之內(nèi)[4]。

三、新型復(fù)合電源功率分配對(duì)策

在確保車輛能夠正常行駛，且不會(huì)對(duì)駕駛體驗(yàn)產(chǎn)生影響的情況下，復(fù)合電源在經(jīng)過(guò)升級(jí)和改造之后，要保證其能夠由蓄電池組平穩(wěn)的輸出。結(jié)合電機(jī)功率的實(shí)際需求、超級(jí)電容的荷電情況、電池的荷點(diǎn)情況以及離合器設(shè)備的狀態(tài)等，可對(duì)電池和超級(jí)電容的功率分配因數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)確定。在車輛正常行駛的狀態(tài)下，電機(jī)一般可被分為制動(dòng)和驅(qū)動(dòng)兩種模式。根據(jù)上述的控制對(duì)策，通過(guò)動(dòng)力電池荷點(diǎn)情況、需求功率以及超級(jí)電容荷點(diǎn)狀況等，可計(jì)算出基本的變量。復(fù)合電源的功率分配可用如下公式進(jìn)行表示：

在上述公式中，“ ”表示的是超級(jí)電容的分配功率，“ ”代表車輛行駛的需求功率。實(shí)踐過(guò)程中，在制動(dòng)減速的工況之下，車輛行駛的需求功率在“0”以下，而在非制動(dòng)減速的工況之下，車輛行駛的需求功率在“0”以上，或等于“0”，此時(shí)的動(dòng)力電池荷電狀態(tài)在0.4以上，電機(jī)的需求功率也在平均需求功率之下，反之，則電池的分配功率等于“0”，如果超級(jí)電容的核電狀態(tài)在0.6以上，分配功率等于0，車輛的需求功率等同于電池的分配功率。

四、新型儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

相比于傳統(tǒng)類型的儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，新型儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)直接的使用導(dǎo)線來(lái)代替雙向DC、DC，并直接的并聯(lián)超級(jí)電容，如此可大幅度提升充電和放電效率，提升了系統(tǒng)的簡(jiǎn)單性和可靠性，同時(shí)也從根本上緩解了儲(chǔ)能系統(tǒng)工作效率低和系統(tǒng)響應(yīng)慢的問(wèn)題。傳統(tǒng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)和新型儲(chǔ)能系統(tǒng)，在應(yīng)用壽命、成本、總分、復(fù)雜程度、可靠性等方面均存在較大差別，其中，新型儲(chǔ)能系統(tǒng)在可靠性、應(yīng)用效率、應(yīng)用壽命等方面均具有顯著優(yōu)勢(shì)，故可將其作為插電式混合動(dòng)力車輛的最佳選擇。

但新型儲(chǔ)能系統(tǒng)在實(shí)踐應(yīng)用的過(guò)程中，卻往往會(huì)在能量密度上存在劣勢(shì)，其他方面的性能都要優(yōu)于傳統(tǒng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，因此，在具體選擇時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)對(duì)該問(wèn)題予以重視，并進(jìn)行慎重選擇。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，傳統(tǒng)的復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)在實(shí)踐應(yīng)用的過(guò)程中，雖然具有電壓解耦和電池直連等優(yōu)勢(shì)特征，但在對(duì)超級(jí)電容充放電過(guò)程進(jìn)行控制時(shí)，卻存在DC/DC效率低、響應(yīng)慢、功率大等缺陷。鑒于上述情況，本文提出一種新型儲(chǔ)能系統(tǒng)，它可有效緩解上述問(wèn)題，大幅度提升了電池的應(yīng)用壽命，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)電池容量和匹配電容的全面優(yōu)化，為制動(dòng)能量回饋效率的穩(wěn)定提升奠定了良好基礎(chǔ)，故在當(dāng)前的城市公交領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛，其未來(lái)發(fā)展前景無(wú)限。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊官龍. 基于駕駛意圖與工況識(shí)別的插電式混合動(dòng)力汽車能量管理策略研究[D]. 重慶大學(xué)， 2014.

[2]高建平， 趙金寶， 葛堅(jiān)，等. 插電式混合動(dòng)力汽車車載復(fù)合電源功率分配策略研究[J]. 圖學(xué)學(xué)報(bào)， 2015， 36（4）：603-608.