新能源電動(dòng)汽車(chē)電源能量控制策略

張智明　戴俊陽(yáng)

摘 要：純電動(dòng)汽車(chē)作為世界上發(fā)展前景更符合時(shí)代需求的車(chē)型之一，已經(jīng)引起了世界汽車(chē)工業(yè)的關(guān)注。其中雙電源的純電動(dòng)車(chē)具有重要的發(fā)展價(jià)值，本文通過(guò)研究并進(jìn)行仿真，SIMULINK仿真結(jié)果表明，該模糊控制器能很好地分配能量，滿足實(shí)際車(chē)輛運(yùn)行的功率需求，減少大電流對(duì)電池的影響，提高電池的循環(huán)利用率，有利于車(chē)輛長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：新能源；雙源純電動(dòng)；電源能源；控制策略

隨著能源短缺危機(jī)和環(huán)境污染嚴(yán)重問(wèn)題，迫切要求政府探索新的能源和燃料，提高能源效率，促進(jìn)汽車(chē)領(lǐng)域能夠科學(xué)、健康、持續(xù)發(fā)展。在這種背景下，新能源汽車(chē)中純電動(dòng)汽車(chē)的能源和環(huán)保優(yōu)勢(shì)已成為研究的重點(diǎn)。純電動(dòng)汽車(chē)用電池作為電動(dòng)汽車(chē)的能量來(lái)源，目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)了零排放、零污染。然而，由于電池和能源管理技術(shù)的發(fā)展，單獨(dú)的動(dòng)力電池。還有存在的瞬態(tài)特性的問(wèn)題，造成主要功率的源頭——電池充電時(shí)間長(zhǎng)，短暫的生命，和較低的能量密度成為發(fā)展的阻礙功率，雖然能源技術(shù)深化研究，人們也意識(shí)到一個(gè)能量來(lái)源不再能滿足電動(dòng)汽車(chē)在不同的工作條件的電力需求。因此，雙能源電動(dòng)汽車(chē)結(jié)合了高特定能源電池和特定功率和超級(jí)電容器作為輔助電源和電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池提供能量。

目前，研究雙能源主要是燃料電池汽車(chē)和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)，而很少有研究純電動(dòng)汽車(chē)的能源管理和分配超級(jí)電容器和電池雙能源。MatthewZolot等人提出了一種雙能量源參數(shù)匹配和系統(tǒng)控制策略；WangK等人使用的方法控制充電和放電電流來(lái)控制雙能量源的每一部分的功率；劉志強(qiáng)武漢科技大學(xué)研究了再生制動(dòng)的控制過(guò)程的雙能量源系統(tǒng)策略。

鑒于雙源純電動(dòng)汽車(chē)的特點(diǎn)，制定適用于雙能純電動(dòng)車(chē)和發(fā)展一個(gè)合理、有效的能源管理控制策略的優(yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮每個(gè)組件的能量來(lái)源。純電動(dòng)汽車(chē)電池的電流波動(dòng)綜合電力系統(tǒng)更加穩(wěn)定和緩沖更長(zhǎng)。

1 雙源純電動(dòng)汽車(chē)的系統(tǒng)特性

雙源純電動(dòng)汽車(chē)是一種基于電力能源結(jié)構(gòu)電池和超級(jí)電容器。動(dòng)力電池和超級(jí)電容器連接在平行結(jié)構(gòu)的純電動(dòng)汽車(chē)，一起來(lái)完成提供車(chē)輛駕駛所需要的能量，并回收車(chē)輛制動(dòng)能量反饋。同時(shí)，因?yàn)殡姵仉妷合鄬?duì)穩(wěn)定和容易，超級(jí)電容器串聯(lián)連接直流/直流轉(zhuǎn)換器，因此超級(jí)電容器可以很容易地遵循電池電壓變化，并充分利用超級(jí)電容器的特點(diǎn)和大電流放電。

總結(jié)分析能量控制策略，其主要的作用點(diǎn)是對(duì)電動(dòng)車(chē)的電池以及超級(jí)電容器之間的能量進(jìn)行有效的控制協(xié)調(diào)，通過(guò)對(duì)總線的功率進(jìn)行有效地分配，完成他們之間進(jìn)行的充放電合理配合，滿足純電動(dòng)車(chē)駕駛運(yùn)行的能量需求，并能保障電力系統(tǒng)在運(yùn)行中能長(zhǎng)久安全地運(yùn)轉(zhuǎn)?？偩€之間的關(guān)系能力和電池和超級(jí)電容器功率如下：

可以看出，當(dāng)汽車(chē)需求功率是已知的，只要有Kbat比例的電池，和各自的動(dòng)力電池和超級(jí)電容器的值，從而完成了能量分布。電池的性能在大電流操作效率低，小電流效率高，所以它適用于平滑的功率輸出和一個(gè)大的特定能量使其儲(chǔ)存能量制動(dòng)反饋。超級(jí)電容的工作特點(diǎn)是更大的功率系數(shù)可以提供較大的瞬時(shí)功率以滿足當(dāng)車(chē)輛加速或爬更大的電力需求，但它不能充電和放電很長(zhǎng)一段時(shí)間，也不能存儲(chǔ)更多的能量。雙源純電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)該結(jié)合的特點(diǎn)，電池的高能量密度和高功率，大電流和快速響應(yīng)的超級(jí)電容器?；谶@一原則，雙源控制系統(tǒng)的工作模式如下：

（1）當(dāng)汽車(chē)加速或爬上斜坡，很大的功率需求。因?yàn)槌?jí)電容器具有更高的特定的功率，它可以在短時(shí)間內(nèi)大電流放電。

（2）汽車(chē)勻速巡航時(shí)，電力的需求穩(wěn)定，電池可以提供持續(xù)穩(wěn)定的功率。在這個(gè)時(shí)候，應(yīng)該使用電池作為主要電源，當(dāng)它是不夠的，超級(jí)電容器是補(bǔ)充。

（3）車(chē)輛在走下坡或制動(dòng)時(shí)，汽車(chē)在減速制動(dòng)能量反饋的狀態(tài)。在這個(gè)時(shí)候，根據(jù)電池和超級(jí)電容器的電荷狀態(tài)，充電的電池應(yīng)該放在首位，和汽車(chē)應(yīng)該盡可能保持穩(wěn)定了很長(zhǎng)一段時(shí)間。

2 基于模糊控制的雙源純電動(dòng)汽車(chē)能量管理策略

通過(guò)分析雙源純電動(dòng)車(chē)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征，可以了解到在總線電源已經(jīng)清楚的情況下，控制能源管理策略只需要對(duì)功率對(duì)電池或超級(jí)電容器進(jìn)行有效地分配，模糊控制器的作用是對(duì)其能量進(jìn)行合理分配控制，進(jìn)而在純電動(dòng)車(chē)運(yùn)行周期中加強(qiáng)延時(shí)，確保長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。模糊控制器是一種智能控制方法，整個(gè)控制器包括5個(gè)部分：定義變量、模糊化、知識(shí)庫(kù)、邏輯判斷和去模糊化。模糊控制器的輸入量是汽車(chē)需求電力Preq電池電荷狀態(tài)SOCbat和超級(jí)電容器的電荷SOCsc狀態(tài)和電池的輸出功率分布系數(shù)，也就是說(shuō)，所需能源的電池占Kbat所需的全部功率。Preq的范圍是[-3 3]?？紤]到電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)反饋功率遠(yuǎn)小于所需的最大功率，域調(diào)整[-15，3]。

SOCbat的范圍和SOCsc [0， 1]。在非常小的電力和滿充電和放電效率的兩個(gè)很低，所以域調(diào)整[01，09]。的輸出功率分配系數(shù)是[0，1]。根據(jù)雙重來(lái)源車(chē)輛工作模式下，選擇隸屬函數(shù)三角函數(shù)，輸入和輸出的模糊子集是設(shè)置如下：

Preq：{N，S，L}，{負(fù)，小，大}；

SOCbat：{S，MS，ME，ML，L}，{小，較小，中，較大，大}；

SOCsc：{S，MS，ME，ML，L}，{小，較小，中，較大，大}；

Kbat：{S，MS，ME，ML，L}，小，較小，中，較大，大}。

設(shè)置輸入和輸出的域后，模糊子集的隸屬函數(shù)，根據(jù)雙源純電動(dòng)汽車(chē)的工作模式，輸入和輸出的模糊規(guī)則制定。

3 應(yīng)用實(shí)例與分析

雙能純電動(dòng)汽車(chē)能源管理策略仿真是基于輸入模糊控制器和模糊控制規(guī)則的制定整車(chē)的需求功率分配。整個(gè)車(chē)的電力需求是根據(jù)某公交車(chē)的實(shí)際功耗競(jìng)選200s。如圖2所示，充電電池的SOC和超級(jí)電容器都是根據(jù)每小時(shí)執(zhí)行集成方法。計(jì)算是由忽略每個(gè)部分和線損的效率。

當(dāng)電池和超級(jí)電容器的初始SOC值是50%，圖1顯示了仿真結(jié)果200s的電池供電系統(tǒng)的分布系數(shù)，圖2顯示了SOC變化的電池和超級(jí)電容器。根據(jù)電力需求的車(chē)輛，可以看出，電力需求很大在50-60和120- 133s，所以功率分布系數(shù)很小，超級(jí)電容器提供瞬時(shí)大電流滿足加速度的需求。此外，在20s，43s，80s和110s，當(dāng)需求功率小于零，也就是說(shuō)，制動(dòng)能量反饋，因?yàn)殡姵睾统?jí)電容器SOC含量相似，平均SOC值增加。在仿真結(jié)束時(shí)，電池的SOC和超級(jí)電容器分別為466%和46%，分別，這并沒(méi)有太大的區(qū)別。其中，電池SOC的原因是略高是保持盡可能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的汽車(chē)，滿足汽車(chē)的電力需求。

4 結(jié)語(yǔ)

雙源復(fù)合型純電動(dòng)車(chē)在能量的控制上技術(shù)要求較為復(fù)雜，本文在研究上通過(guò)基于模糊控制原理進(jìn)行該純電動(dòng)車(chē)的能量控制策略的分析，通過(guò)對(duì)功率需求的界定判斷，合理運(yùn)用控制方法，完成能量的控制管理，通過(guò)對(duì)應(yīng)的模擬分析可以看出，可以在對(duì)電池的能量運(yùn)用上產(chǎn)生有效的控制，并通過(guò)控制加強(qiáng)電池壽命的延長(zhǎng)。所以電池SOC差距和超級(jí)電容器是可滿足汽車(chē)的高需求。高電流的需求可以使汽車(chē)行駛盡可能多的距離，滿足實(shí)際車(chē)輛運(yùn)行需求，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

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