基于邏輯門限的混合動力客車復合電源分析（續2）*

錢超 馮國勝 張小榮

（石家莊鐵道大學）

3.4 復合電源模型

根據選取的DC-DC模塊、超級電容串聯與蓄電池并聯的復合電源結構類型，將控制策略、DC-DC模塊、蓄電池模型及超級電容模型進行封裝，搭建復合電源模型，如圖9所示。

圖9 混合動力客車復合電源仿真模型圖

4 ADVISOR二次開發

4.1 建立頂層模型

復合電源系統的并聯式混合動力汽車模型就是將建立好的復合電源模型嵌入到其頂層模塊中，即用復合電源系統模型替換原有的蓄電池模塊，并將新模型保存為BD_PAR_FHDYSYS。圖10示出復合電源系統的并聯式混合動力汽車頂層模型。虛線框中即為嵌入的復合電源系統模型。

圖10 復合電源系統的并聯式混合動力汽車頂層模型圖

4.2 m文件和mdl文件修改及調用

ADVISOR中默認第一電源未激活狀態，第二電源需要通過修改和定義底層m文件來進行激活并調用相應的超級電容模塊[9]，需要對以下5個步驟進行設置。

4.2.1 修改整車定義m文件

復合電源系統的并聯式混合動力汽車與傳統單一電源混合動力汽車相比，多了超級電容，所以必須在整車m文件中添加超級電容說明語句，這樣才能使超級電容模塊被識別并調用[10]。在ADVISOR2002saved_vehicles中找到PARALLEL_FHDYSYS_defaults_in中修改整車說明語句：

添加第二電源說明語句：

最后將修改后的文件另存為PARALLEL_FHDYSYS_defaults_in。

4.2.2 點亮第二電源選項

ADVISOR中的第二電源選項為灰色，處于未激活狀態，所以要先激活第二電源選項。第二電源的配置文件默認其版本為“saber”、類型為“pd”，由于建立的模型版本為“rc”、類型為“cap”，所以需要配置文件進行修改，進而避免第二電源默認“saber”檢測。首先加載all_menus.mat文件，然后在matlab命令窗口輸入以下命令并執行：

執行命令以后，可以看到在all_menus.mat配置文件中已經添加了第二電源的配置，并保存all_menus.mat文件。

4.2.3 修改超級電容模型變量名稱

由于默認的超級電容模型和蓄電池模型的變量名稱是一樣的，所以需要將超級電容的定義m文件以及Simulink模型的變量名稱進行修改。即將超級電容的定義m文件以及Simulink模型的變量名稱中除了ess_mod_int_tmp變量外的ess改為ess2，并將其m文件保存為“ess2_UC2_Maxwell.m”。將bus_voltage變量改為 bus_voltage2，SOC 變 量 改 為 ess2_SOC，mc_voltage_limited變量改為mc_voltage2_limited。

4.2.4 修改gui相關m文件

為了將圖形交互界面導入所建立的模型和圖像，將在ADVISOR2002/gui中的block_diagram_name.m文件中添加一下命令：

并在ADVISOR2002/gui中gui_image.m文件中添加圖形命令，將本次車型圖片添加到仿真界面：

4.2.5 加載整車模型和驅動鏈

為了使整車模型和驅動鏈能夠加載到ADVISOR仿真界面中，需要將MATLAB的workspace清空，打開all_menus.mat，在MATLAB命令窗口輸入并執行下一命令：

之后保存all_menus.mat文件。

5 仿真結果分析

通過ADVISOR二次開發后，將仿真混合動力客車參數定義到相關m文件中，之后就能得到仿真結果。混合動力客車參數，如表3所示。

表3 混合動力客車仿真參數

CHINAURBAN工況下，復合電源系統中蓄電池電流和單一電源中的蓄電池電流的對比，如圖11所示。由圖11可以看出，邏輯門限控制策略下，復合電源系統中的蓄電池電流較單一電源的蓄電池電流峰值都明顯減小，電流峰值由250 A降到了150 A。放電電流明顯減小，充電電流不僅減小明顯，而且變化十分平穩。說明超級電容提供瞬時大電流和制動能量回收效果明顯，起到了明顯的“削峰”效果，有效地避免了大電流對蓄電池的傷害，同時起到了“填谷”的作用，避免了頻繁充電對蓄電池的傷害，提高了蓄電池的壽命。

圖11 CHINAURBAN工況復合電源系統中蓄電池電流對比圖

CHINAURBAN工況下，復合電源系統中蓄電池功率和單一電源中的蓄電池功率的對比，如圖12所示。從圖12可以看出，功率變化規律與電流變化一致，即：超級電容對瞬時大功率以及制動回收能量功率進行了有效的回收。

圖12 CHINAURBAN工況復合電源系統中蓄電池功率對比圖

CHINAURBAN工況下，復合電源系統中蓄電池溫度和單一電源中的蓄電池溫度的對比，如圖13所示。由于溫度是評價蓄電池性能的一個重要指標，在蓄電池頻繁充放電過程中，溫度不斷的提高，不僅對蓄電池壽命有影響，而且對混合動力汽車系統性能以及安全性都會有影響，因此降低蓄電池溫度是很有必要的。由圖13可以看出，引入超級電容之后，蓄電池的最高溫度由接近25℃降低到了不到22℃，溫度降低后，充放電效率得到提高，同時避免了高溫帶來的危險。

圖13 CHINAURBAN工況復合電源系統中蓄電池溫度對比圖

6 結論

利用MATLAB/Simulink建立了蓄電池-超級電容復合電源模型，并對ADVISOR進行二次開發，將模型嵌入到ADVISOR中，對混合動力客車進行整車仿真，得到以下結論：

1）文章對ADVISOR的二次開發是有效可行的，理論上該方法可以應用在各種混合動力汽車和純電動汽車的仿真中；

2）通過對蓄電池電流、功率及溫度的比較，證明文章設計的邏輯門限控制策略是較為合理的；

3）復合電源中的超級電容提供瞬時大電流且制動能量回收效果明顯，起到了明顯的“削峰”效果，有效地避免了大電流對蓄電池的傷害，也起到了“填谷”的作用，避免了頻繁充電對蓄電池的傷害，提高了蓄電池的壽命，也使蓄電池工作溫度得到有效的降低，使其充放電效率和安全性提高。

（續完）