鄭　悅 　謝長(zhǎng)君　黃　亮 　全書(shū)海 　譚保華

1.武漢理工大學(xué)， 武漢，430070

2.太陽(yáng)能高效利用湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心， 武漢，430068

3.湖北工業(yè)大學(xué)， 武漢，430068

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鋰電池與超級(jí)電容混合電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)在環(huán)綜合測(cè)試

鄭悅1謝長(zhǎng)君1黃亮1全書(shū)海1譚保華2,3

1.武漢理工大學(xué)， 武漢，430070

2.太陽(yáng)能高效利用湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心， 武漢，430068

3.湖北工業(yè)大學(xué)， 武漢，430068

摘要：利用超級(jí)電容的功率密度高及可大電流充放電等特點(diǎn)，提出并設(shè)計(jì)了鋰電池與超級(jí)電容雙能源電電混合動(dòng)力系統(tǒng)，建立了基于交流電力測(cè)功機(jī)的混合動(dòng)力系統(tǒng)在環(huán)綜合測(cè)試臺(tái)架。采用70.4 V/40 A·h的磷酸鐵鋰電池組與48.6 V/165 F超級(jí)電容模組進(jìn)行混合，并設(shè)計(jì)了基于綜合測(cè)試臺(tái)架的后向工況測(cè)試流程。最后采用UDDS動(dòng)態(tài)工況，完成對(duì)基于模糊PID控制的雙能源能量管理策略系統(tǒng)的在環(huán)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，通過(guò)混合結(jié)構(gòu)及能量管理策略，鋰電池組的充放電電流均限制在1 C范圍內(nèi)，超級(jí)電容承擔(dān)大部分電流波動(dòng)，保護(hù)了鋰電池組。

關(guān)鍵詞：鋰電池；超級(jí)電容；UDDS工況；系統(tǒng)在環(huán)測(cè)試；混合系統(tǒng)能量管理

0引言

隨著能源與環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)峻，使用清潔能源的電動(dòng)汽車(chē)具有廣闊的發(fā)展前景。由于鋰電池具有能量密度高、輸出電壓穩(wěn)定等特性，目前純電動(dòng)汽車(chē)一般采用鋰電池作為唯一驅(qū)動(dòng)電源，而提高鋰電池車(chē)載動(dòng)態(tài)工況下的使用壽命是目前亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題[1-2]。針對(duì)此問(wèn)題，利用超級(jí)電容功率密度高、可大電流充放電等特點(diǎn)[3-4]，本文提出并設(shè)計(jì)了一種鋰電池與超級(jí)電容雙能源電電混合動(dòng)力系統(tǒng)。

雙能源動(dòng)力系統(tǒng)的關(guān)鍵在于如何分配兩種能源的功率輸出，即能量管理策略。目前混合動(dòng)力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)常見(jiàn)的能量管理策略分為三類(lèi)：基于簡(jiǎn)化模型或邏輯規(guī)則的策略[5]，基于模糊控制及預(yù)測(cè)控制等智能控制方法的策略[6]，基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃與極小值原理等動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法的策略[7]。其中，基于模糊邏輯控制器的控制方法在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛，如吳劍等[6]將模糊能量管理策略應(yīng)用在并聯(lián)式油電混合動(dòng)力汽車(chē)上，采用粒子群優(yōu)化方法來(lái)確定隸屬度函數(shù)。經(jīng)過(guò)分析，本文基于模糊控制PID算法設(shè)計(jì)了雙能源能量管理策略，以實(shí)現(xiàn)合理分配兩種能源輸出功率的目的。

能量管理策略的驗(yàn)證評(píng)估一般采取軟件仿真測(cè)試和硬件在環(huán)測(cè)試兩種方法。軟件仿真測(cè)試依賴(lài)于準(zhǔn)確的模型和軟件工具，如MATLAB/Simulink、ADVISOR、PSAT等軟件[8]。硬件在環(huán)測(cè)試則結(jié)合了仿真模型和物理硬件，如MD Petersheim通過(guò)物理硬件和虛擬仿真之間的實(shí)時(shí)互動(dòng)建立了一種半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[9]。不同于傳統(tǒng)軟件仿真和硬件在環(huán)測(cè)試方法，本文建立了一個(gè)基于交流電力測(cè)功機(jī)的混合動(dòng)力系統(tǒng)在環(huán)綜合測(cè)試臺(tái)架，臺(tái)架將能量管理策略嵌入到整車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行在環(huán)測(cè)試，最大程度地逼近實(shí)際車(chē)輛，對(duì)本文提出的鋰電池與超級(jí)電容混合動(dòng)力系統(tǒng)及能量管理策略進(jìn)行在環(huán)測(cè)試。

1電電混合電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)在環(huán)測(cè)試臺(tái)架

1.1鋰電池與超級(jí)電容電電混合動(dòng)力系統(tǒng)

鑒于超級(jí)電容具有極高的功率密度、極強(qiáng)的瞬時(shí)充放電能力[4]等特點(diǎn)，本研究提出一種鋰電池與超級(jí)電容電電混合動(dòng)力系統(tǒng)，并基于已建立的電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)在環(huán)測(cè)試臺(tái)架進(jìn)行在線測(cè)試。測(cè)試臺(tái)架基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用交流電力測(cè)功機(jī)模擬整車(chē)動(dòng)態(tài)路況負(fù)載，永磁同步電機(jī)作為整車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)能源來(lái)自于鋰電池組與超級(jí)電容構(gòu)成的混合動(dòng)力系統(tǒng)，其中鋰電池組直接與電機(jī)控制器相連，構(gòu)成直流母線Ubus，超級(jí)電容則通過(guò)雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器與母線相連。整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)采用實(shí)車(chē)應(yīng)用的CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，主控制臺(tái)IPC嵌入動(dòng)力控制與能量管理單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)整車(chē)動(dòng)態(tài)路況的模擬和雙能源的能量在線管理。

圖1　電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)在環(huán)測(cè)試臺(tái)架結(jié)構(gòu)圖

具體來(lái)說(shuō)，本文以輕型電動(dòng)汽車(chē)為模擬對(duì)象，建立的整車(chē)模型參數(shù)與動(dòng)力系統(tǒng)配置如表1所示，其中鋰電池組由22節(jié)40 A·h磷酸鐵鋰電池串聯(lián)構(gòu)成，故直流母線額定電壓設(shè)計(jì)為70.4 V，超級(jí)電容模組由兩組48.6 V/165 F商用Maxwell超級(jí)電容模塊并聯(lián)構(gòu)成。

表1　整車(chē)參數(shù)與動(dòng)力系統(tǒng)配置

1.2動(dòng)力系統(tǒng)后向工況測(cè)試流程

如圖1所示，測(cè)試臺(tái)架采用后向測(cè)試模式，即根據(jù)表1所示整車(chē)參數(shù)、通過(guò)ADVISOR仿真軟件離線導(dǎo)出了整車(chē)動(dòng)態(tài)工況數(shù)據(jù)庫(kù)，包括電機(jī)扭矩及轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)庫(kù)?？刂婆_(tái)測(cè)試軟件首先調(diào)用離線動(dòng)態(tài)工況數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過(guò)CAN總線實(shí)時(shí)發(fā)送扭矩TM及轉(zhuǎn)速nM(已知控制變量)到電機(jī)，從而控制永磁同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)的實(shí)時(shí)扭矩，以及控制測(cè)功機(jī)交流電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速；測(cè)試軟件調(diào)用能量管理EMS模塊，獲得雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出電流IDC(目標(biāo)控制變量)，并通過(guò)CAN總線實(shí)時(shí)控制DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出。

測(cè)試系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的扭矩、負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)速是計(jì)算電機(jī)需求功率的兩個(gè)重要參數(shù)。采用高精度HBMT40扭力環(huán)作為測(cè)試臺(tái)架的電機(jī)扭矩及轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)裝置，它連接在牽引電動(dòng)機(jī)與連接軸之間，扭矩額定量程為500 N·m到3000 N·m，以±10 V模擬電壓量輸出。采用法國(guó)C.A單相電能質(zhì)量分析儀CA8230對(duì)鋰電池組的逆變交流電進(jìn)行質(zhì)量分析，質(zhì)量分析結(jié)果及數(shù)據(jù)上傳到工控機(jī)保存。HBTT40扭力環(huán)與CA8230電能質(zhì)量分析儀詳細(xì)記錄扭矩、轉(zhuǎn)速、鋰電池組電流、電壓等數(shù)據(jù)，對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行更精確的數(shù)據(jù)管理。

圖2　后向工況測(cè)試流程圖

后向工況測(cè)試流程如圖2所示，在它的一個(gè)循環(huán)中選擇后向運(yùn)行測(cè)試，測(cè)試軟件調(diào)用動(dòng)態(tài)工況數(shù)據(jù)庫(kù)的電機(jī)扭矩、轉(zhuǎn)速兩個(gè)變量。測(cè)試軟件對(duì)當(dāng)前電機(jī)狀態(tài)、鋰電池SOC狀態(tài)(由CAN總線實(shí)時(shí)采集)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)電機(jī)扭矩為負(fù)值且SOC值大于充電上限80%時(shí)，將扭矩置0；反之，若電機(jī)扭矩非負(fù)且鋰電池組的SOC值安全，則將扭矩發(fā)送給永磁同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)，測(cè)功機(jī)交流電機(jī)也獲得轉(zhuǎn)速(電機(jī)設(shè)定為轉(zhuǎn)矩控制模式，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和交流電力測(cè)功機(jī)同軸運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于轉(zhuǎn)矩控制模式，則測(cè)功機(jī)處于轉(zhuǎn)速控制模式)。將轉(zhuǎn)矩值和轉(zhuǎn)速值代入電機(jī)功率計(jì)算公式PM=TMnM/9550中，得到電機(jī)需求功率PM，工控上位機(jī)根據(jù)需求功率PM、鋰電池組SOC值確定DC/DC控制器的輸出電流IDC，此即能量管理策略的應(yīng)用；最后，在完成數(shù)據(jù)采集后，單次采樣周期的控制回路結(jié)束。所有變量的測(cè)量值和輸出控制變量通過(guò)CAN總線傳送，在動(dòng)態(tài)工況整車(chē)后向循環(huán)測(cè)試的每個(gè)采樣周期中將產(chǎn)生三個(gè)控制變量，即扭矩TM，轉(zhuǎn)速nM和DC/DC控制器輸出電流IDC。其中，扭矩TM、轉(zhuǎn)速nM是已知的控制變量，因此，后向測(cè)試最重要的目標(biāo)就是從EMS獲取IDC模塊。

2雙能源能量在線管理策略

在整車(chē)運(yùn)行的不同時(shí)間階段，電動(dòng)汽車(chē)對(duì)應(yīng)著不同的需求功率。雙能源的工作模式是鋰電池組承擔(dān)基本驅(qū)動(dòng)或制動(dòng)吸收功率需求，超過(guò)基本功率部分由超級(jí)電容承擔(dān)。控制臺(tái)內(nèi)嵌能量管理模塊EMS，具體實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容與鋰電池組雙能源能量在線管理，其控制對(duì)象為DC/DC的輸出電流IDC。

當(dāng)整車(chē)處于起步階段或者整車(chē)處于勻速狀態(tài)，電機(jī)需求功率較低，鋰電池組單獨(dú)驅(qū)動(dòng)電機(jī)并給超級(jí)電容組充電，動(dòng)力輸出如下：

(1)

其中，下標(biāo)LI表示鋰電池組，下標(biāo)CAP表示超級(jí)電容；ηLI_CAP或ηCAP_LI為DC/DC雙向能量調(diào)節(jié)器功率轉(zhuǎn)換率。

整車(chē)加速爬坡時(shí)，電機(jī)需求功率高，超級(jí)電容和鋰電池組共同驅(qū)動(dòng)電機(jī)，超級(jí)電容的高功率密度保證超級(jí)電容能加速放電，瞬間釋放極高的能量，保證鋰電池相對(duì)平穩(wěn)地放電，雙能源供能表達(dá)式如下：

(2)

當(dāng)整車(chē)制動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)向直流母線回饋制動(dòng)能量，鋰電池組回收電機(jī)平均制動(dòng)功率，超級(jí)電容回收峰值制動(dòng)功率，超級(jí)電容的高功率密度保證超級(jí)電容減速充電，瞬間吸收極高的能量，從而保護(hù)鋰電池，雙能源回收制動(dòng)能量表達(dá)式如下：

(3)

由圖1測(cè)試臺(tái)架的基本結(jié)構(gòu)可知，超級(jí)電容通過(guò)雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器與母線相連，從而轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定可靠的直流電源；鋰電池組、DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出相并聯(lián)，它們的輸出電壓都等于直流母線電壓Ubus。由IDC、Ubus和PM可以推算出超級(jí)電容、鋰電池組的功率，即得到雙能源之間的功率關(guān)系，其推算公式如下：

(4)

PDC=PCAPηDC=UbusIDC

(5)

式中，PDC為DC/DC變換器的輸出功率；PLI為鋰電池組的輸出功率；PM為電機(jī)功率；PCAP為超級(jí)電容的輸出功率；ηDC為DC/DC變換器的功率轉(zhuǎn)換率；ηM為電機(jī)功率轉(zhuǎn)換率。

EMS根據(jù)動(dòng)態(tài)路況負(fù)載和雙能源實(shí)時(shí)狀態(tài)，通過(guò)控制IDC來(lái)調(diào)節(jié)期望的直流母線電壓Ubus。當(dāng)直流母線電壓正偏離目標(biāo)值時(shí)，IDC將負(fù)調(diào)節(jié)(IDC<0，超級(jí)電容充電)，這表明超級(jí)電容將吸收通過(guò)DC/DC變換器的直流母線的能量；當(dāng)直流母線電壓負(fù)偏離目標(biāo)值，IDC將正調(diào)節(jié)(IDC>0，超級(jí)電容放電)，這表明超級(jí)電容將通過(guò)DC/DC變換器釋放能量給直流母線。IDC的絕對(duì)值隨著偏離度的增大而增大。

為確定DC/DC控制器的輸出電流IDC，本研究在系統(tǒng)中建立了模糊PID控制器。具體來(lái)說(shuō)，首先模糊控制有兩個(gè)輸入量，其一為實(shí)際直流母線電壓Ubus與期望直流母線電壓Up之偏差E=ΔU=Ubus-Up，其二為電壓偏差的變化率EC=dΔU/dt；輸出量是DC/DC變換器的輸出電流IDC。在模糊控制算法中，基于簡(jiǎn)單解析式的模糊推理規(guī)則將E、EC和N的域設(shè)置為相同的，即E=EC=N={-m，…，-1，0，1，…，m}，m為域邊界?？刂谱兞縉可以由下式推導(dǎo)：

(6)

式中，N為模糊域設(shè)值，N∈(0,1)；α為誤差值E的加權(quán)系數(shù)。

在具有較大誤差的控制處理的初始階段，其主要目的是要消除誤差，因此誤差值E的加權(quán)系數(shù)α應(yīng)該更大。當(dāng)控制過(guò)程趨于穩(wěn)定階段,誤差較小時(shí)，主要目的是減小超調(diào)，則需要偏差變化率EC的加權(quán)系數(shù)(1-α)更大。因此，誤差E>m/2時(shí)，令α=0.35；誤差E

在此基礎(chǔ)上結(jié)合PID控制算法，利用模糊控制器來(lái)給PID控制器在線自整定PID參數(shù)IDC，即以DC/DC輸出電壓(數(shù)值上等于Ubus)為目標(biāo)輸出值，以DC/DC輸出電流IDC為輸入控制量，采用PID算法推出DC/DC輸出電流值IDC。這樣，構(gòu)成的模糊自整定參數(shù)PID控制器，能更加適應(yīng)非線性且時(shí)變的雙能源系統(tǒng)，通過(guò)確定與調(diào)節(jié)N的值后，即可實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容與鋰電池組雙能源能量的在線管理。

3基于UDDS工況的系統(tǒng)后向在環(huán)綜合測(cè)試與分析

3.1UDDS工況

為模擬并測(cè)試混合動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，本文結(jié)合驅(qū)動(dòng)電機(jī)的參數(shù)、超級(jí)電容的功率特性等因素，選擇動(dòng)態(tài)波動(dòng)較大的UDDS工況模擬整車(chē)負(fù)載。UDDS工況為美國(guó)環(huán)境保護(hù)署EPA制定的城市道路循環(huán)工況。UDDS工況如圖3所示。

圖3　UDDS工況

根據(jù)圖3可以得到UDDS工況的具體參數(shù)：一次循環(huán)時(shí)間為1367 s，行駛路程為11.99 km，最高車(chē)速為91.25 km/h，平均車(chē)速為31.51 km/h，最大加速度為1.48 m/s2，最大減速度為-1.48 m/s2，空載時(shí)間259 s，停車(chē)次數(shù)為17。

3.2面向系統(tǒng)能量管理的后向在環(huán)測(cè)試與分析

調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)嵌控制策略進(jìn)行工況仿真測(cè)試，驅(qū)動(dòng)電機(jī)、測(cè)功機(jī)在UDDS工況下運(yùn)行,循環(huán)執(zhí)行多次后取其中一次所得數(shù)據(jù)繪制成曲線，其中永磁同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)反饋的實(shí)時(shí)扭矩與時(shí)間的關(guān)系如圖4所示，三相異步交流電力測(cè)功機(jī)反饋的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速與時(shí)間的關(guān)系如圖5所示。與UDDS標(biāo)準(zhǔn)工況的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速-時(shí)間曲線對(duì)比，電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速較好地跟隨了設(shè)定的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速值，整車(chē)較好地實(shí)現(xiàn)了后向仿真運(yùn)行,電機(jī)的驅(qū)動(dòng)性能良好。

圖4　工況模擬下的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線

圖5　工況模擬下的測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)速曲線

鋰電池組在UDDS工況下的輸出電流及SOC值變化曲線如圖6、圖7所示。由圖6可知，鋰電池組電流ILI最大值不超過(guò)35 A，鋰電池組的放電電流的保持在較低水平(額定容量?jī)?nèi))；整個(gè)工況時(shí)間中，電流ILI存在負(fù)值，說(shuō)明在動(dòng)態(tài)運(yùn)行的過(guò)程中鋰電池組被充電。總之，鋰電池組的輸出、輸入電流處于一個(gè)安全范圍內(nèi)，充放電電流均限制在1C。由圖7可知，鋰電池組SOC初始值為67.2%，在一個(gè)UDDS工況循環(huán)后被下拉了8.8%，終值為58.4%，即在工況運(yùn)行下鋰電池組電荷是被消耗的。鋰電池組由獨(dú)立電池管理系統(tǒng)BMS進(jìn)行管理。

圖6　鋰電池組電流變化曲線

圖7　鋰電池組SOC值變化曲線

超級(jí)電容組在UDDS工況下的輸出電流、輸出電壓變化曲線如圖8、圖9所示。由圖8可知，超級(jí)電容的最大放電電流約為300 A，最大充電電流約為350 A。由圖9可知，超級(jí)電容的初始電壓值為46.8 V，終值為45.2 V(接近初始值)，最小電壓為25 V；圖9中上方的曲線表示整個(gè)運(yùn)行中的鋰電池組與驅(qū)動(dòng)電機(jī)并聯(lián)下的直流母線電壓Ubus，它一直保持在比較平穩(wěn)的水平(69.5 V~72.4 V)，在期望直流母線電壓Up=70 V上下浮動(dòng)。

圖8　超級(jí)電容組輸出電流變化曲線

圖9　超級(jí)電容和直流母線輸出電壓變化曲線

本平臺(tái)通過(guò)能量管理控制策略對(duì)DC/DC的給定電流IDC值進(jìn)行了預(yù)測(cè),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容和鋰電池組輸出功率的最佳配置。電機(jī)需求功率、超級(jí)電容輸出功率、鋰電池組輸出功率如圖10、圖11所示，它們?nèi)叩墓β使┬梵w現(xiàn)出不同工作模式下動(dòng)力系統(tǒng)的功率守恒關(guān)系。首先，鋰電池組由于其自身的電壓-電流特性而具有較大的功率波動(dòng)。其次，鋰電池組放電、充電功率都較小，相應(yīng)地，超級(jí)電容的最大放電功率約8 kW，最大充電功率約9 kW，其功率變化曲線和電機(jī)需求功率變化趨勢(shì)是一致的。

圖10　電機(jī)需求功率與超級(jí)電容輸出功率

圖11　鋰電池組輸出功率

由此可以得出結(jié)論：混合動(dòng)力系統(tǒng)可以充分利用雙能量源的特性。在整個(gè)UDDS工況循環(huán)運(yùn)行下，雙能源(鋰電池組和超級(jí)電容)為快速適應(yīng)動(dòng)態(tài)負(fù)載的要求而不斷調(diào)整其輸出功率，鋰電池組能量密度高但功率密度低，而超級(jí)電容具有有限的存儲(chǔ)容量但可以在加速階段提供瞬態(tài)大功率。因此，雙能源的配置合理，這種配置方式充分利用了超級(jí)電容的高功率密度的特性，降低了鋰離子電池的循環(huán)使用次數(shù)且可避免大電流對(duì)鋰離子電池的損害，從而提高了鋰電池組的使用壽命。

4結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)以鋰電池組與超級(jí)電容并聯(lián)的雙能源混合動(dòng)力系統(tǒng)，并采用交流電力測(cè)功機(jī)模擬動(dòng)態(tài)路況負(fù)載、永磁同步電機(jī)為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，建立了混合動(dòng)力系統(tǒng)的在環(huán)綜合測(cè)試臺(tái)架。基于該混合動(dòng)力系統(tǒng)，研究了基于模糊PID控制算法的雙能源能量管理策略。在UDDS工況下對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行了后向在環(huán)綜合測(cè)試與分析，仿真結(jié)果表明超級(jí)電容能滿(mǎn)足瞬時(shí)動(dòng)態(tài)負(fù)載的要求，鋰電池組與超級(jí)電容給動(dòng)力系統(tǒng)提供了穩(wěn)定的直流母線電壓、電流和輸出功率，即能量管理系統(tǒng)對(duì)雙能源的輸出功率進(jìn)行了合理的配置，且超級(jí)電容承擔(dān)了大部分電流波動(dòng)，限制了鋰電池組的充放電電流。下一步將繼續(xù)深化研究鋰電池與超級(jí)電容的能量管理策略，并完善提高綜合測(cè)試臺(tái)架的控制和檢測(cè)精度。

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(編輯王旻玥)

Powertrain in Loop Test System of Hybrid Electric Vehicles Combined Lithium Battery and Super Capacitor

Zheng Yue1Xie Changjun1Huang Liang1Quan Shuhai1Tan Baohua2,3

1.Wuhan University of Technology, Wuhan， 430070 2.Hubei Collaborative Innovation Center for High-efficiency Utilization of Solar Energy，Hubei University of Technology， Wuhan，430068 3.Hubei University of Technology, Wuhan, 430068

Abstract：A hybrid power system combined lithium battery and super capacitor was proposed and designed by using super capacitor’s advantages, such as high power density and better charge and discharge properties. A powertrain in a loop test bench was established based on the AC electrical dynamometer. Secondly, the test station powered by a 70.4V/40A·h lithium battery pack and two 48.6V/165F super capacitor bank was designed and constructed on the basis of stand-alone module. The backward test method was designed for the powertrain test bench. Finally, a fuzzy-PID controller was devised for the energy management of hybrid powertrain and an UDDS driving cycle was carried out. The test results show that the charge and discharge currents of lithium battery pack are restricted below 1C, and the most current fluctuation is undertook by super capacitor bank, which can protect the lithium battery pack.

Key words：lithium battery; super capacitor; UDDS driving cycle; powertrain in loop test; energy management of hybrid powertrain

作者簡(jiǎn)介：鄭悅， 女，1991年生。武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院碩士研究生。主要研究方向?yàn)槠?chē)測(cè)試平臺(tái)。謝長(zhǎng)君(通信作者)，男，1980年生。武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院教授。黃亮，男，1979年生。武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院副教授。全書(shū)海，男，1955年生。武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院教授、博士研究生導(dǎo)師。譚保華，男，1978年生。太陽(yáng)能高效利用湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心工程師，湖北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院副教授。

中圖分類(lèi)號(hào)：U469.72

DOI：10.3969/j.issn.1004-132X.2016.06.021

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)資助項(xiàng)目(2013CB632505)；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51477125, 61374050)；湖北省科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2014BEC074)

收稿日期：2015-05-18