電動汽車能量管理策略研究

孫玉洲 倪紹勇 賈安祥 張超英 沈志順

奇瑞新能源汽車技術(shù)有限公司 安徽省蕪湖市 241000

1 引言

近些年，我國的汽車使用量迅速增加，并且呈現(xiàn)出高速增長的趨勢。機(jī)動車的使用對環(huán)境產(chǎn)生了惡劣的影響，這種影響不僅僅是空氣污染，還包括噪音污染等。在2016年一整年，我國汽車的產(chǎn)量達(dá)到了2800萬輛，同比增長了14%，這一增速遠(yuǎn)高于2015年的5%。汽車的產(chǎn)量隨時間一直在增加，因此，我國汽車的保有量也在不斷的增加，截止到2016年年底，我國汽車的保有量已經(jīng)達(dá)到了將近2億輛，根據(jù)我國國家信息中心發(fā)布的預(yù)計，到2020年，我國的汽車保有量將達(dá)到2.5億輛。雖然我過去這都有人在不斷增加，但是其中新能源汽車的銷售量也在不斷增加，因此可以發(fā)現(xiàn)政府以及個人環(huán)境保護(hù)意識是在不斷增加的。雖然汽車的產(chǎn)量在不斷增加，汽車的保有量也在不斷增加，但是，與此同時，人們對環(huán)境的保護(hù)意識也在增加，政府以及科研人員對電動汽車的關(guān)注度日益提升。因此，在各個方向?qū)﹄妱悠囅嚓P(guān)技術(shù)進(jìn)行深入研究，便顯得很有意義

2 能量管理系統(tǒng)方案

對于電動汽車來說，制約其發(fā)展的主要因素是電池，因此如何使得電動汽車的續(xù)航能力更強(qiáng)，也是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。當(dāng)前對電池能量儲存量的研究停滯不前，因此電動汽車的能量管理控制便顯得尤其重要，它也是電動汽車有傳統(tǒng)的機(jī)動汽車相比最重要的一項(xiàng)技術(shù)。這是因?yàn)椋瑢τ谛履茉雌噥碚f，所有的零部件都高度的電氣化，因此，整個汽車需要一個能量管理控制器，完成對所有零部件的用電情況進(jìn)行監(jiān)控和管理。對于電動汽車來說，它的動力系統(tǒng)是一個復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，當(dāng)駕駛員對電動汽車進(jìn)行操作時，會下達(dá)相應(yīng)的指令，這些指令會通過能量管理控制器傳達(dá)給各個零部件。與此同時，能量管理系統(tǒng)也會對各個零部件的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控，并且，在一定范圍內(nèi)合理的對零部件的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，從而使得整個汽車保持最佳的性能。能量管理系統(tǒng)主要包括硬件系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)以及軟件系統(tǒng)。

3 動力系統(tǒng)

動力系統(tǒng)是電動汽車使用過程中不可缺少的一部分，在機(jī)械結(jié)構(gòu)部分，發(fā)動機(jī)與電機(jī)相連接，電機(jī)通過減速器直接驅(qū)動車輪。在電氣結(jié)構(gòu)部分，電池通過提供電能從而驅(qū)動電機(jī)正常工作。當(dāng)車輛由于一些原因進(jìn)行制動時，制動過程中所產(chǎn)生的能量可以通過發(fā)電機(jī)，反饋到電池中，從而減少了因制動而產(chǎn)生的能量耗損。動力系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)主要是根據(jù)車輛在設(shè)計時的設(shè)計目標(biāo)來決定的，這些參數(shù)主要包括：電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和功率、電機(jī)特性、電池容量以及減速器的減速比等。動力系統(tǒng)中，這些參數(shù)是否選擇合理將直接影響到電動汽車的總體性能。因此，動力系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，應(yīng)該進(jìn)行合理的設(shè)計，電動機(jī)動力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計方法如圖1所示。

4 電動汽車能量管理控制原理

能量管理控制器主要通過電動汽車處于加速狀態(tài)還是減速狀態(tài)，來判斷此時的電池應(yīng)該是充電還是放電。能量管理控制器主要是通過對電動汽車的一些關(guān)鍵零部件所傳遞的信息，來去欸的那個對驅(qū)動電機(jī)的控制策略。這些零部件主要有加速踏板、制動踏板、擋位等。能量管理控制單元可以將信號發(fā)給電機(jī)控制器，使其按照合適的方式進(jìn)行運(yùn)動，與此同時，電機(jī)控制器也會將信息反饋給能量控制器，從而實(shí)現(xiàn)信號的交互。

因此，能量管理策略主要考慮的問題是：如何對能量的需求進(jìn)行識別、如何對制動能量進(jìn)行回收、如何對發(fā)電機(jī)進(jìn)行合理的控制。在能量管理策略中，需要對整車系統(tǒng)的能量進(jìn)行全盤的考慮，這事不僅需要考慮電動汽車在運(yùn)行過程中所需的能耗，還需要考慮電池的狀態(tài)以及一些其他電氣設(shè)備的能量需求問題。因此，在電動汽車，能量管理控制策略上，應(yīng)該滿足以下三點(diǎn)：第一，控制系統(tǒng)可以根據(jù)駕駛員的操作，并對此操作進(jìn)行識別，使得車輛在正常運(yùn)行過程中，可以滿足駕駛員的操作意圖。第二，制動時的能量應(yīng)該得到合理的利用，如果能提高能量的利用率。第三，使電動機(jī)的電機(jī)特性可以滿足實(shí)際需要。

圖1 電動機(jī)動力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計方法

5 能量回收

對于電動汽車來說，制動能量回收是電動汽車能量回收的主要方式，這也是提高電動汽車能量使用效率的主要因素之一。在制動過程中，主要考慮的因素有以下幾點(diǎn)：電池的特性、儲存能量的利用率以及制動能量回收與制動效果的關(guān)系。對于儲能電池來說，電動汽車在不同的情況下制動情況也不一樣，有時可能只是緩慢的制度，但是有時會有緊急制動情況。不同的情況對儲能電池來說有著不同的要求，儲能電池的特性要滿足這種需要，能夠在高倍率的情況下進(jìn)行充放電。傳統(tǒng)的鋰離子電池，在進(jìn)行充放電的過程中利用的是化學(xué)反應(yīng)，這種電池不能有效的因?yàn)檫@種情況。因此，需要超級電容作為制動能量回收的儲存部件。當(dāng)利用超級電容作為能量回收的儲存部件時，如何將儲存的電能及時的釋放，也是需要關(guān)注的問題。在制動過程結(jié)束以后，超級電容應(yīng)該比電池?fù)碛懈叩膬?yōu)先級來進(jìn)行能量提供。制動的效果電源能量的回收有極大的關(guān)系，到電動汽車剎車緩慢時，這是完全可以利用電子剎車，使得剎車中汽車減少的動能，幾乎完全的轉(zhuǎn)化成超級電容中的電能。但是當(dāng)緊急剎車時，完全利用電子剎車，會增加制動距離，對電動汽車的安全性有著一定的影響。此時，需要將機(jī)械自動核定的剎車進(jìn)行相結(jié)合，不僅可以回收能量，也可以保證電動汽車的安全性。

6 結(jié)論與展望

電動汽車的發(fā)展將會極大的減少機(jī)動車對環(huán)境的污染，電動汽車也將會是未來人們出行的首選交通工具。對于電動汽車來說能量管理系統(tǒng)極其重要，因?yàn)楫?dāng)前電動汽車與傳統(tǒng)的機(jī)動車相比，最大的劣勢應(yīng)是續(xù)航能力。所以，電動汽車能量管理策略將影響著電動汽車的發(fā)展，對其的研究也將更加有意義。本文對電動汽車能量管理策略進(jìn)行了一定程度的研究，為電動汽車的發(fā)展提供了一定的理論基礎(chǔ)。本人將在以后的工作中，進(jìn)行更加深入的研究。