新能源電動汽車電源能量控制策略

張智明　戴俊陽

摘 要：純電動汽車作為世界上發展前景更符合時代需求的車型之一，已經引起了世界汽車工業的關注。其中雙電源的純電動車具有重要的發展價值，本文通過研究并進行仿真，SIMULINK仿真結果表明，該模糊控制器能很好地分配能量，滿足實際車輛運行的功率需求，減少大電流對電池的影響，提高電池的循環利用率，有利于車輛長期穩定運行。

關鍵詞：新能源；雙源純電動；電源能源；控制策略

隨著能源短缺危機和環境污染嚴重問題，迫切要求政府探索新的能源和燃料，提高能源效率，促進汽車領域能夠科學、健康、持續發展。在這種背景下，新能源汽車中純電動汽車的能源和環保優勢已成為研究的重點。純電動汽車用電池作為電動汽車的能量來源，目前已經開發了零排放、零污染。然而，由于電池和能源管理技術的發展，單獨的動力電池。還有存在的瞬態特性的問題，造成主要功率的源頭——電池充電時間長，短暫的生命，和較低的能量密度成為發展的阻礙功率，雖然能源技術深化研究，人們也意識到一個能量來源不再能滿足電動汽車在不同的工作條件的電力需求。因此，雙能源電動汽車結合了高特定能源電池和特定功率和超級電容器作為輔助電源和電動汽車的動力電池提供能量。

目前，研究雙能源主要是燃料電池汽車和混合動力電動汽車，而很少有研究純電動汽車的能源管理和分配超級電容器和電池雙能源。MatthewZolot等人提出了一種雙能量源參數匹配和系統控制策略；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；劉志強武漢科技大學研究了再生制動的控制過程的雙能量源系統策略。

鑒于雙源純電動汽車的特點，制定適用于雙能純電動車和發展一個合理、有效的能源管理控制策略的優點充分發揮每個組件的能量來源。純電動汽車電池的電流波動綜合電力系統更加穩定和緩沖更長。

1 雙源純電動汽車的系統特性

雙源純電動汽車是一種基于電力能源結構電池和超級電容器。動力電池和超級電容器連接在平行結構的純電動汽車，一起來完成提供車輛駕駛所需要的能量，并回收車輛制動能量反饋。同時，因為電池電壓相對穩定和容易，超級電容器串聯連接直流/直流轉換器，因此超級電容器可以很容易地遵循電池電壓變化，并充分利用超級電容器的特點和大電流放電。

總結分析能量控制策略，其主要的作用點是對電動車的電池以及超級電容器之間的能量進行有效的控制協調，通過對總線的功率進行有效地分配，完成他們之間進行的充放電合理配合，滿足純電動車駕駛運行的能量需求，并能保障電力系統在運行中能長久安全地運轉。總線之間的關系能力和電池和超級電容器功率如下：

可以看出，當汽車需求功率是已知的，只要有Kbat比例的電池，和各自的動力電池和超級電容器的值，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大的特定能量使其儲存能量制動反饋。超級電容的工作特點是更大的功率系數可以提供較大的瞬時功率以滿足當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間，也不能存儲更多的能量。雙源純電動汽車應該結合的特點，電池的高能量密度和高功率，大電流和快速響應的超級電容器。基于這一原則，雙源控制系統的工作模式如下：

（1）當汽車加速或爬上斜坡，很大的功率需求。因為超級電容器具有更高的特定的功率，它可以在短時間內大電流放電。

（2）汽車勻速巡航時，電力的需求穩定，電池可以提供持續穩定的功率。在這個時候，應該使用電池作為主要電源，當它是不夠的，超級電容器是補充。

（3）車輛在走下坡或制動時，汽車在減速制動能量反饋的狀態。在這個時候，根據電池和超級電容器的電荷狀態，充電的電池應該放在首位，和汽車應該盡可能保持穩定了很長一段時間。

2 基于模糊控制的雙源純電動汽車能量管理策略

通過分析雙源純電動車的系統結構特征，可以了解到在總線電源已經清楚的情況下，控制能源管理策略只需要對功率對電池或超級電容器進行有效地分配，模糊控制器的作用是對其能量進行合理分配控制，進而在純電動車運行周期中加強延時，確保長期穩定運行。模糊控制器是一種智能控制方法，整個控制器包括5個部分：定義變量、模糊化、知識庫、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SOCbat和超級電容器的電荷SOCsc狀態和電池的輸出功率分布系數，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]。考慮到電動機的制動反饋功率遠小于所需的最大功率，域調整[-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很低，所以域調整[01，09]。的輸出功率分配系數是[0，1]。根據雙重來源車輛工作模式下，選擇隸屬函數三角函數，輸入和輸出的模糊子集是設置如下：

Preq：{N，S，L}，{負，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}。

設置輸入和輸出的域后，模糊子集的隸屬函數，根據雙源純電動汽車的工作模式，輸入和輸出的模糊規則制定。

3 應用實例與分析

雙能純電動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則的制定整車的需求功率分配。整個車的電力需求是根據某公交車的實際功耗競選200s。如圖2所示，充電電池的SOC和超級電容器都是根據每小時執行集成方法。計算是由忽略每個部分和線損的效率。

當電池和超級電容器的初始SOC值是50%，圖1顯示了仿真結果200s的電池供電系統的分布系數，圖2顯示了SOC變化的電池和超級電容器。根據電力需求的車輛，可以看出，電力需求很大在50-60和120- 133s，所以功率分布系數很小，超級電容器提供瞬時大電流滿足加速度的需求。此外，在20s，43s，80s和110s，當需求功率小于零，也就是說，制動能量反饋，因為電池和超級電容器SOC含量相似，平均SOC值增加。在仿真結束時，電池的SOC和超級電容器分別為466%和46%，分別，這并沒有太大的區別。其中，電池SOC的原因是略高是保持盡可能長時間運行的汽車，滿足汽車的電力需求。

4 結語

雙源復合型純電動車在能量的控制上技術要求較為復雜，本文在研究上通過基于模糊控制原理進行該純電動車的能量控制策略的分析，通過對功率需求的界定判斷，合理運用控制方法，完成能量的控制管理，通過對應的模擬分析可以看出，可以在對電池的能量運用上產生有效的控制，并通過控制加強電池壽命的延長。所以電池SOC差距和超級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，滿足實際車輛運行需求，具有一定的實用價值。

參考文獻：

[1]楊晨，易盛暢，王津.etal電動汽車用復合電源能量管理控制策略的思考[J]中國戰略新興產業，2017（44）.

[2]李景基于電池組溫度狀態的純電動汽車能量管理策略研究[D]重慶大學，2014.

[3]胡瑾瑜，宋珂，章桐.基于神經網絡的增程式電動汽車能量管理策略研究[J]佳木斯大學學報（自然科學版），2011，29（6）：829-832.

[4]陳尚敏.含光伏電源的電動汽車換電站運行與控制研究[D]湖南大學，2013.