太陽能混合動力汽車的供能管理與控制

太陽能混合動力汽車的供能管理與控制

混合動力系統(tǒng)是指包含多種不同性質(zhì)能量來源的動力系統(tǒng)，如太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、燃料電池、存儲電池和超級電容等，其中太陽能光伏發(fā)電因其具有清潔、高效和可靠性高等特征而使其成為最具潛力的能量來源。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在汽車穩(wěn)態(tài)條件下能保證汽車的功率需求，但在起動、加速等瞬態(tài)條件下卻經(jīng)常不能滿足功率需求且響應(yīng)速度較慢，因此多將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)與電池、超級電容等能量存儲系統(tǒng)聯(lián)合使用。對此，本文給出一種包含太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和能量存儲系統(tǒng)的動力系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)的能量管理和控制進(jìn)行了分析。

出于對節(jié)能環(huán)保的考慮，該動力系統(tǒng)以太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)作為主要能源，能量存儲系統(tǒng)作為輔助能源。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)包含8塊發(fā)電功率為150W的太陽能光伏發(fā)電板，并通過兩個直流-直流轉(zhuǎn)換器與動力系統(tǒng)的直流電路總線相連。能量存儲系統(tǒng)則選擇額定電壓為72V、額定容量為12.5Ah的鉛酸電池，其通過一個直流-直流降壓-升壓轉(zhuǎn)換器與直流電路總線相連。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)利用最大功率跟蹤算法實(shí)現(xiàn)控制，以保證獲取的太陽能最大。鉛酸電池除存儲來自電網(wǎng)和太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能外，還可對制動能量進(jìn)行回收。對整個動力系統(tǒng)的控制重點(diǎn)在于對直流電路總線電壓的控制，包括光伏發(fā)電系統(tǒng)的外部電壓回路和鉛酸電池的內(nèi)部電流回路。當(dāng)汽車功率需求增加或太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電功率下降時(shí)，鉛酸電池提供的電流將增加，以保證電路總線中電流穩(wěn)定并滿足汽車功率需求。當(dāng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電功率高于汽車功率需求時(shí)，采用外部電壓回路為鉛酸電池充電，保證電路總線電壓穩(wěn)定。基于Matlab/Simulink對整個動力系統(tǒng)和控制策略進(jìn)行仿真，采用了新歐洲標(biāo)準(zhǔn)駕駛循環(huán)（NEDC）工況。仿真結(jié)果顯示，該動力系統(tǒng)和控制策略能夠滿足汽車行駛時(shí)的功率需求，且能保證汽車在起動和加速時(shí)較快的動態(tài)響應(yīng)。

B.Bendjediaetal.2015 4thInternationalConference on Electrical Engineering，Boumerdes Dec.13-15，2015.

編譯：李臣