張智明　戴俊陽

摘 要：純電動(dòng)汽車作為世界上發(fā)展前景更符合時(shí)代需求的車型之一，已經(jīng)引起了世界汽車工業(yè)的關(guān)注。其中雙電源的純電動(dòng)車具有重要的發(fā)展價(jià)值，本文通過研究并進(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，有利于車輛長期穩(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，新能源汽車中純電動(dòng)汽車的能源和環(huán)保優(yōu)勢(shì)已成為研究的重點(diǎn)。純電動(dòng)汽車用電池作為電動(dòng)汽車的能量來源，目前已經(jīng)開發(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)特性的問題，造成主要功率的源頭——電池充電時(shí)間長，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)能量來源不再能滿足電動(dòng)汽車在不同的工作條件的電力需求。因此，雙能源電動(dòng)汽車結(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和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，而很少有研究純電動(dòng)汽車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)的控制過程的雙能量源系統(tǒng)策略。

鑒于雙源純電動(dòng)汽車的特點(diǎn)，制定適用于雙能純電動(dòng)車和發(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)組件的能量來源。純電動(dòng)汽車電池的電流波動(dòng)綜合電力系統(tǒng)更加穩(wěn)定和緩沖更長。

1 雙源純電動(dòng)汽車的系統(tǒng)特性

雙源純電動(dòng)汽車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，一起來完成提供車輛駕駛所需要的能量，并回收車輛制動(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)行中能長久安全地運(yùn)轉(zhuǎn)。總線之間的關(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)車輛加速或爬更大的電力需求，但它不能充電和放電很長一段時(shí)間，也不能存儲(chǔ)更多的能量。雙源純電動(dòng)汽車應(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）車輛在走下坡或制動(dòng)時(shí)，汽車在減速制動(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，和汽車應(yīng)該盡可能保持穩(wěn)定了很長一段時(shí)間。

2 基于模糊控制的雙源純電動(dòng)汽車能量管理策略

通過分析雙源純電動(dòng)車的系統(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)車運(yùn)行周期中加強(qiáng)延時(shí)，確保長期穩(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、邏輯判斷和去模糊化。模糊控制器的輸入量是汽車需求電力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，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)雙重來源車輛工作模式下，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)則的制定整車的需求功率分配。整個(gè)車的電力需求是根據(jù)某公交車的實(shí)際功耗競選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，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時(shí)間運(yùn)行的汽車，滿足汽車的電力需求。

4 結(jié)語

雙源復(fù)合型純電動(dòng)車在能量的控制上技術(shù)要求較為復(fù)雜，本文在研究上通過基于模糊控制原理進(jìn)行該純電動(dòng)車的能量控制策略的分析，通過對(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，并通過控制加強(qiáng)電池壽命的延長。所以電池SOC差距和超級(jí)電容器是可滿足汽車的高需求。高電流的需求可以使汽車行駛盡可能多的距離，滿足實(shí)際車輛運(yùn)行需求，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

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