电动轿车邱健蓄电池Trojan电瓶复合电源操控研讨

电动轿车复合电源操控研讨

摘要:

针对蓄电池独自作为轿车电源不能满足纯电动轿车短时刻功率的需求问题，可选用超级电容与双向DC/DC串联再与蓄电池并联的复合电源来满足轿车功率的需求。运用含糊操控工具箱规划关于复合电源功率分配的含糊操控器，树立整车复合电源操控战略模块，应用Cruise软件快速完结整车模型的树立，将操控战略添加到整车模型中。仿真成果表明，纯电动轿车复合电源操控战略能够有效地分配蓄电池和超级电容的功率，然后使超级电容充分发挥“削峰填谷”的作用。

要害词:

纯电动轿车;复合电源;含糊操控;联合仿真

0导言

动力轿车要求其车载电源具有充放电功率大、充放电功率高、运用寿命长、容量衰减小等特点［1－2］。而蓄电池独自作为轿车的电源时存在充电时刻长、比功率太低，不能满足轿车短时刻功率需求问题，严重影响轿车的加快、爬坡、制动性能及能量回收功率，不能完全满足轿车对车载电源的要求［3－5］。超级电容充放电迅速，可瞬间大电流充放电，充放电能力比蓄电池要高100多倍，动态特性很好，循环寿命在10万次左右［6－7］。一种新的轿车电源是将超级电容与蓄电池结合起来运用，由蓄电池供给整车运转期间电机需求的均匀电功率，而超级电容则供给电机需求的峰值功率，这样能够充分发挥蓄电池比能量大和超级电容比功率高的长处［8］。针对超级电容和蓄电池构成的复合电源体系，完结能量的合理分配是要害。含糊操控运用人的经验、常识和推理技术及操控体系供给的状况条件信息，不依赖物理进程的准确数学模型，具有较好的鲁棒性，操控性能高，简化了杂乱的操控问题［9－12］。Cruise是研讨轿车动力性、燃油经济性、排放性及制动性能的高档模仿剖析软件，灵敏的模块化理念使得Cruise可对恣意结构办法的轿车传动体系进行建模和仿真［13］。本文选用Cruise/Simulink联合仿真的办法，在基于传统电动车模型的基础上，添加超级电容模型和双向DC/DC模型，运用Cruise树立整车模型，在Matlab/Simulink中规划了针对复合电源的含糊操控战略，将操控参数进行含糊化处理，并经过MatlabDLL办法进行联合仿真，完结复合电源功率的合理分配，并对含糊操控战略和整车性能进行研讨剖析。

1复合电源的结构

复合电源主要由蓄电池、超级电容和双向DC/DC组成。复合电源的拓扑结构有很多，例如:蓄电池和超级电容直接并联，蓄电池与双向DC/DC串联，再与超级电容并联［14－15］。本文挑选的是超级电容与双向DC/DC串联，再与蓄电池并联一起向负载电机供给电能的办法。复合电源的作业形式为:当轿车正常行进，需求功率低时，由蓄电池独自向电机供电;当轿车需求功率较高时，蓄电池和超级电容一起给电机供电，而且由蓄电池供给均匀功率，超级电容供给峰值功率。当轿车制动时，超级电容优先回收制动能量，在超级电容不能再回收时由蓄电池回收能量。操控战略经过操控双向DC/DC的升降压来操控超级电容的充放电。复合电源组成结构如图1所示。功率总线的功率信息，蓄电池和超级电容SOC(Stateofcharge)等状况信息为含糊操控器操控的输入，经过操控器对功率进行分配。由于轿车在整个运转进程中会经历多种工况，而且交通状况杂乱，轿车状况切换频频，且各种工况下的电机功率、蓄电池、超级电容的状况都各不相同，需求拟定合理的功率分配操控战略，使得在保证整车动力性的前提下，运用超级电容高比功率，能够瞬时大电流充放电的特性，为蓄电池“削峰填谷”，减小大电流对蓄电池的冲击，延长蓄电池的运用寿命，进步充放电功率，而且最大极限地回收制动能量，进步整车的功率和经济性［16－18］。

2含糊操控战略模型

运用Matlab中供给的含糊操控工具箱规划了关于复合电源功率分配的三输入、单输出的含糊操控器，输入为轿车的需求功率Preq，蓄电池荷电状况BSOC，超级电容荷电状况SSOC。输出为蓄电池功率分配因子(Kcap)。轿车的驱动电机有电动和发电两种作业形式，在这两种作业形式下体系需求功率巨细和动摇规模有较大差别，操控的侧重点也不同［19］。因此，在正常行进与制动两种作业形式下应别离拟定复合电源操控战略，即需求两个含糊操控器，它们的含糊操控规则不同，可是两个含糊操控器都是三输入单输出且输入变量和输出变量相同。因此，在Preq＞0和Preq＜0时各规划一个操控器，别离为含糊操控器A和含糊操控器B。当Preq＞0时，设输入量Preq的论域为［04］，含糊集为{S、MS、M、MB、B}，别离表明{小、较小、中、较大、大}。动力电池BSOC的论域为［0．20．9］，含糊集{S、M、B}，别离表明{小、中、大}，超级电容SSOC的论域为［0．11］，含糊集{S、M、B}，别离表明{小、中、大}。输出量为动力电池功率分配因子Kcap，其论域为［01］，含糊集{S、MS、M、MB、B}，别离表明{小、较小、中、较大、大}。各输入成果如图2所示。当Preq＜0时，设输入量Preq的论域为［－10］，含糊集为{B、M、S}，别离表明{大、中、小}。蓄电池和超级电容的SOC论域、含糊集、从属度函数和Preq＞0时是一样的。输出量为蓄电池功率分配因子Kcap，其论域为［01］，含糊集{S、M、B}，别离表明{小、中、大}，输入输出量的从属函数如图3所示。依据前面规划的含糊操控器，在Matlab/Simulink环境下树立复合电源含糊操控战略模型如图4所示，含糊操控器依据输入变量的改变调理输出比例因子Kcap，然后得出蓄电池所分配的功率，由于轿车的需求功率由蓄电池和超级电容一起供给，所以轿车需求功率减去蓄电池所分配功率得到超级电容分配功率。

3整车模型的树立

将建好的操控战略添加到Cruise中主要有MatlabDLL和MatlabAPI两种办法。联合仿真的成果都能够直接从Cruise获得。可是用MatlabDLL办法仿真的时刻比选用MatlabAPI办法短很多。因此，本论文中选用的是MatlabDLL办法。在操控战略模型建好之后，需求进行模型编译，编译完结后生成controler．dll文件，在Cruise模型中放入MatlabDLL接口模块，进行接口模块的参数设置，完结以上设置后，在Cruisedatabus中完结相应的数据通信，即可完结Cruise与MatlabDLL办法联合仿真［19－20］。在进行信号通信时实际上是一个数据交换进程，Cruise经过数据接口将动力蓄电池和超级电容SOC值、电机转速、负载信号、超级电容电压值等信息传递给Simulink中的含糊操控战略模型，之后Simulink模型将超级电容电流、转换开关信号反馈给Cruise模块中的电气终端、电机及驾驶员，以树立Cruise和Simulink之间的数据通信。AVLCruise软件中含有简捷通用的模型部件、易懂的管理体系、能够与Matlab、C、Fortran接口完结杂乱操控算法的规划和离线仿真，也可与DSPACE等硬件接口，展开实时仿真，实在模仿车辆传动体系，完结对杂乱动力传动体系的仿真剖析，整车仿真模型如图5所示。在进行整车建模时，从模块库中直接拖拽部件模块来树立整车模型。修改部件属性来快速完结整车模型的参数设定并进行部件间的机械连接、电气联接和信号联接。

4仿真成果与剖析

选用我国城市道路工况作为本文的循环工况。我国城市道路工况是我国轿车技术研讨中心依据我国各大城市的行进特征研讨出的愈加合适我国的城市工况。我国城市道路工况如图6所示，工况总运转时刻是1304s。工况中最大速度达60km•h－1，其中怠速时刻占工况总时刻的28．8%，除去怠速部分之后均匀车速则为22．6km•h－1。从图6可直观的看到我国交通体系中存在车辆怠速时刻长、整体的均车速低、车辆的速度改变频频等特点。图7是在我国典型城市道路工况下车辆行进的当前车速度与期望速度改变曲线。从图中能够看出两条曲线根本保持一致，速度没有呈现大的动摇，这说明车辆的跟随性和平顺性都比较好。图8是在我国典型城市道路工况下，蓄电池和超级电容所需供给的功率曲线图。从图中能够看出在车辆运转进程中由超级电容和蓄电池一起供电，电池供给的功率比较平稳，在6kW左右。在制动时由超级电容吸收峰值功率，最大峰值功率到达10kW。超级电容充分发挥“削峰填谷”的作用，然后验证拟定的含糊操控战略的有效性。

5定论

在纯电动轿车的基础上，借助Cruise软件树立了带有复合电源模块的整车模型。详细介绍了经过联合仿真的办法将Simulink里树立的战略模块加入到整车模型中的步骤。其他用户能够依据类似办法开发自定义战略和车型。提出超级电容与双向DC/DC并联再与电池串联的复合电源结构。用含糊操控工具箱规划关于复合电源功率分配的含糊操控器，树立整车复合电源操控战略模块，使得超级电容充分发挥了供给瞬时功率的作用，避免了蓄电池过充和过放，进步了复合电源体系的循环运用寿命。此规划方案和仿真成果关于纯电动轿车复合电源体系的研讨具有必定的参考价值。