双能量源纯电动汽车能量管理系统建模研究

邢峰双能量源纯电动汽车能量管理系统建模研究汽车正常行驶时，蓄电池及超级电容输出电能，经DCDC变换器和逆变器输入电机，电机将电能转化为动能经变速器驱动车轮和汽车行驶。汽车减速或下坡行驶时，电动机将动能转化为电能，进行再生制动工作，向蓄电池和超级电容充电，储存能量。2工作模式分析蓄电池一超级电容双能量源纯电动汽车工作时，能量管理系统根据运行模式分配蓄电池和超级电容之间的功率。蓄电池储存较多的能量，适于稳定输出的工作状态；超级电流储存能量较少，可以实现大电流、大功率输出，适于汽车需要大功率输出的瞬时状态。汽车匀速、稳定行驶时，需要稳定的一般电流运行，一般只需蓄电池单独提供能量；汽车起步或短时加速时，需要高功率、大电流运行，主要由超级电容提供能量，大电流放电启动汽车；汽车急加速行驶时，电机需要高功率输出，蓄电池和超级电容同时输出电能满足电机工作需要；汽车制动减速或下坡行驶时，电机产生再生电流，经DCDC功率变换器给超级电容和蓄电池充电，回收储存能量。能量管理系统根据超级电容和蓄电池的SOC状态来分配充电能量，优先向超级电容充电，多余部分能量给蓄电池充电。能量控制策略应能够准确调节蓄电池和超级电容输出、输入电流的比例，限制电流峰值，延长使用寿命。根据以上分析，蓄电池一超级电容双能量源纯电动汽车驱动系统主要有以下四种工作模式”。21蓄电池单独驱动模式车辆匀速、稳定行驶或缓慢加速过程中，所需驱动功率较小，只需蓄电池单独提供驱动能量。此时，超级电容不工作，为蓄电池单独提供能量的驱动模式，如图L所示。图1蓄电池单独驱动模式22超级电容单独驱动模式车辆起步或短时加速过程中，瞬时功率需求很大，需要瞬时大电流输出。超级电容能够很好满足这一要求，车辆驱动所需能量主要由超级电容提供，蓄电池不工作，驱动模式如图2所示。图2超级电容单独驱动模式23电池一超级电容共同驱动模式车辆加速行驶或爬坡过程中，往往需要长时间大功率输出。若由超级电容单独驱动，储存的能量不能满足需求；若由蓄电池单独驱动，又难以满足大功率输出要求，汽车会出现动力性不足。此时，蓄电池和超级电容配合工作来共同驱动车辆，工作模式如图3所示。图3蓄电池一超级电容共同驱动模式24再生制动模式车辆减速或下坡行驶时，电动机处于再生制动工作状态，产生再生电流，经DCDC功率变换器给超级电容和蓄电池充电。此时，能量管理系统根据超级电容和蓄电池的SOC状态来分配充电能量，工作模式如图4所示。图4再生制动模式3能量管理系统建模蓄电池一超级电容双能量源管理系统可以有效解决车辆行驶过程中，各种运行工况的能量需求，是纯电动汽车能量系统的重要发展方向。实现能量管理优化控制，需要建立蓄电池一超级电容能量管理系统数学模型，正确分析车辆行驶中的阻力功率、能量存储系统的功率及运行约束条件。研究与开发31功率分析车辆行驶中需克服的阻力功率主要有滚动阻力消耗的功率、空气阻力消耗的功率、加速阻力消耗的功率和坡度阻力消耗的功率衅1。滚动阻力消耗的功率为PRFCOSOLV13600式1中，为滚动阻力消耗的功率；G为车辆总重量；F为滚动阻力系数；仅为道路坡度角；V为车速。空气阻力消耗的功率为P2WCOAV376140、一式2中，为空气阻力消耗的功率；C。为空气阻力系数；A为迎风面积。加速阻力消耗的功率为P盟36003GDT式3中，为加速阻力消耗的功率；6为质量换算系数。坡度阻力消耗的功率为PJ43600J一叶，式4中，P为坡度阻力消耗的功率。设能量存储系统输出功率至驱动轮的传输效率为叩，则汽车运行需求的系统输出功率为P吉P1，GFOSAVCDA6GVDVGSINAV、竹3600。761403600DT。36O05双能量源系统输出的功率包括蓄电池功率和超级电容功率，这两部分功率的分配由能量管理系统根据蓄电池和超级电容自身的容量特性及功率需求来确定和调整。PPFPSC，TEO，6式6中，PDT为双能量源系统输出的功率；PBT为蓄电池输出的功率；PS为超级电容输出的功率；T为车辆行驶时间。32约束条件321电源SOC约束为了延长电源使用寿命，蓄电池和超级电容SOC在使用过程中应工作在一定的允许范围内。如果SOC太高，就不容易尽可能多的回收再生能量，造成这部分能量的白白浪费；另一方面如果SOC持续长时间太低，会大大降低电池的使用寿命，并可能影响车辆的加速性能。即SOCBMIN0G日DCBMAXSOCSC。SOCSCF_SOCC实际运行中，蓄电池和超级电容的SOC安全范围一般设置为0309。322功率约束为保证车辆的有效运行，能量存储系统提供的功率应等于行驶时车辆的需求功率PEP，T0，8设T时刻蓄电池、超级电容的功率分配因数分别为KST和则两者之间的关系为KBKSCF19T时刻，蓄电池和超级电容分配的功率分别为PCCKP。P。323能量消耗率要求能量管理要求在满足存储系统正常工作和车辆功率需求条件下，车辆的能量消耗最小，加速时间最短。能量消耗率可按下式计算1I肌JL，L式11中X为汽车能量消耗率；EJ为汽车行驶消耗的能量；L为汽车行驶距离。能量消耗率最小条件可以通过合理分配蓄电池和超级电容的功率，调节两者的功率分配因数得到。33数学模型描述根据前述分析，建立蓄电池一超级电容双能量源纯电动汽车能量管理系统数学模型如下MF0INT，圳，KSCCJSOCBMINTSDCB5DCBMXTSOCSCIFSOCSC0SOCSCPE尸PPCKBKSCF14结语1213141516蓄电池一超级电容双能量源纯电动汽车能量管理系统属于典型带约束的非线性系统。进行系统二邛峰双能量源纯电动汽车能量管理系统建模研究窒_与开优化以得到车辆的能量最小消耗和最短加速时间时，不能单独使用简单线性控制器完成。实现能量管理控制的策略，可以针对汽车的不同工作模式，采用经验查表法进行控制。采用模糊控制、神经网络控制等智能控制系统，或将智能控制系统与传统控制系统相结合，有利于取得较好控制效果。参考文献1国家电动汽车试验示范区管理中心浅谈电动汽车中的电池能量管理系统G2005年中国电动汽车会议论文集。1691732刘子轩当前新能源汽车发展状况和发展方向J轻型汽车技术，2010448523吴志新我国节能与新能源汽车发展趋势及政策支持R天津中国汽车技术研究中心，201014JBARRADEP，BUFFERASUPERCAPACITORSASENERGYBUFFERSASOLUTIONFORELEVATORSANDFORELECTRICBUSESSUPPLYGPROCEEDINGSOFTHE1EEEPOWERCONVERSIONCONFERENCE，OSAKA，2002116011655张剑波，卢兰光，李哲车用动力电池系统的关键技术与学科前沿J汽车安全与节能学报，20122871046JPBARRADE，ABUFFERSUPERCAPAEITORSASENERGYBUFFERSASOLUTIONFORELEVATORSANDFORELECTRICBUSESSUPPLYLGPROCEEDINGSOFTHEIEEEONPOWERCONVERSIONCONFERENCE，0SAKA，2002116011657王立国纯电动客车动力总成控制策略研究D长春吉林大学，20098ANDREWBC，EMADIAADVISORBASEDMODELOFABATTERYANDANULTRACAPACITORENERGYSOURCEFORHYBRIDELEETRICVEHICLESJIEEETRANSACTIONSONVEHICULARTECHNOLOGY，2004，53119920519JOHNMMILLER，RICHARDSMITHULTRACAPACITORASSISTEDELECTRICDRIVESFORTRANSPORTATIONGJIEEEINTERNATIONALELECTRICMACHINESANDDRIVESCONFERENCE，200322670676110JSCHUPBACHRM，BALDAJC，ZOLOTM，ETA1DESIGNMETHODOLOGYOFACOMBINEDBATTERYULTRACAPACITORENERGYSTORAGEUNITFORVEHICLEPOWERMAN