基于PHEV復(fù)合電源控制策略研究

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1、基于PHEV復(fù)合電源控制策略研究【關(guān)鍵詞】插電式混合動(dòng)力車參數(shù)匹配功率控制策略復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)插電式混合動(dòng)力汽車(Plug-inHybridElectricVehicle,PHEV)接入專用電源、家用電源為動(dòng)力電池充電，而動(dòng)力電池中儲(chǔ)存的能量可以對(duì)純電動(dòng)車?yán)m(xù)駛里程，結(jié)合混合動(dòng)力與純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可以在污染物排放、燃油經(jīng)濟(jì)性上可以得到很大程度上的改善。隨著不可再生能源枯竭，大氣污染日益嚴(yán)重，在汽車行業(yè)中，新能源汽車已成為必然發(fā)展趨勢(shì)，受到國內(nèi)外廣泛的關(guān)注。本文研究的重點(diǎn)是將插電式混合動(dòng)力汽車(Plug-inHybridEle

2、ctricVehicle,PHEV)的復(fù)合電源控制進(jìn)行了改進(jìn)，在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上,去掉雙向的DC/DC,直接將超級(jí)電容連接至動(dòng)力單元與電機(jī)控制器，使得新型復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上變得簡單，控制效果好，提高了整車的性能，在實(shí)踐中搭建插電式混合動(dòng)力汽車傳統(tǒng)的與新型復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)及整車模型，實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)比表明：本文提出的新型復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)有效性與可行性，在工程實(shí)踐中具有一定實(shí)用價(jià)值。1傳統(tǒng)復(fù)合電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)合電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較多，加入功率變換器后，可分為被動(dòng)式復(fù)合電源及主動(dòng)式復(fù)合電源兩種。圖1中超級(jí)電容組串聯(lián)DC/DC變換器與蓄電池組并聯(lián)

3、，采用這種結(jié)構(gòu)可以有效控制超級(jí)電容輸入輸出功率，復(fù)合電源總體能量轉(zhuǎn)換率也不會(huì)受到太人影響。超級(jí)電容與DC/DC串聯(lián)結(jié)構(gòu)更加符合插電式混合動(dòng)力汽車的設(shè)計(jì)要求。車輛動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)，即傳統(tǒng)復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)如圖2所示。對(duì)于圖2所示的傳統(tǒng)復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)用雙向DC/DC,優(yōu)點(diǎn)在于它是電池直連、電壓可以解耦;但其在DC/DC控制超級(jí)電容充放電流過程屮,DC/DC的功率大，響應(yīng)慢，效率低。2新型復(fù)合電源參數(shù)匹配及策略2.1新型復(fù)合電源參數(shù)匹配為了使得復(fù)合電源整體的能量和功率容量滿足設(shè)計(jì)車輛的功率以及能量需求，需耍根據(jù)幣車參數(shù)和動(dòng)力性能需求進(jìn)

4、行參數(shù)匹配，選擇合適的電池電容，提高插電式混合動(dòng)力車電源效率及工況的適應(yīng)性。而超級(jí)電容器作為一種新型儲(chǔ)能裝置，具有功率密度高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。以屮國城市公交工況為例，由式（1）可以得到整車的功率。在（1）式中，qr為傳動(dòng)效率，f為阻力系數(shù)，A為迎風(fēng)的面積，CD為空氣阻力系數(shù)，通過式（1）計(jì)算可得P_AVE為20kW,P_PEAK為90kWo在復(fù)合電源中，選擇超級(jí)電容的容量為145F,選擇單節(jié)的額定電壓為48V,則有超級(jí)電容的節(jié)數(shù)n二380/48二8。根據(jù)要求，設(shè)計(jì)超級(jí)電容器組需要能夠提供10秒峰值功率，并且與電機(jī)額定電壓

5、相當(dāng)。其中是總的能量，是峰值的能量，是超級(jí)電容的容量，為超級(jí)超級(jí)額定電壓；為最小值電壓，額定電壓的一半，C為串聯(lián)后的電容，U為端電壓，k為超級(jí)電容的安全數(shù)據(jù)，本文中取k二1.2,由式（4）計(jì)算可知，當(dāng)"8時(shí)，滿足設(shè)計(jì)的條件。由式（5）計(jì)算可得電容的存儲(chǔ)電量是1336320W,超級(jí)電容的總質(zhì)量16okg,則輸出功率Ps_acp需為338Kw,與峰值功率P_PEAK相比，滿足設(shè)計(jì)的要求。蓄電池組需要滿足電機(jī)平均功率需求，且充放電電流不超過安全范圍。如表1所示。3新型復(fù)合電源功率分配策略在保證車輛正常行駛以及不影響駕駛體驗(yàn)的

6、前提下，改造后的復(fù)合電源應(yīng)盡可能實(shí)現(xiàn)由蓄電池組平穩(wěn)輸出，超級(jí)電容調(diào)節(jié)功率需求的控制效果。系統(tǒng)根據(jù)電機(jī)功率需求，電池荷電狀態(tài)，超級(jí)電容荷電狀態(tài)，離合器狀態(tài)確定超級(jí)電容和電池的功率分配因數(shù)。車輛行駛過程中，電機(jī)分為驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)兩種工作模式，據(jù)此控制策略通過需求功率的輸入P_REQ、SOC_BAT（動(dòng)力電池荷電狀態(tài)）、SOCJJC（超級(jí)電容荷電狀態(tài)）等變量進(jìn)行計(jì)算。復(fù)合電源功率分配如式（6）所示：（6）其中，PJ3AT為動(dòng)力電池分配功率、P_REQ是整車的需求功率、P_UC為超級(jí)電容分配功率。圖3為新型復(fù)合電源具體的控制方式，

7、在工況制動(dòng)減速的下，P_REQ小于零，在工況非制動(dòng)減速的下，P_REQ大于等于零，若PREQ大于等于零，就有離合器1斷開，S0C_BAT>0.4,電機(jī)需求功率P_REQ小于平均需求功率P_AVE,即P_REQ

8、。4新型儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如上圖4新型儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)比較，將雙向的DC/DC直接被導(dǎo)線取代，超級(jí)電容直接并聯(lián)，充放電效率高，系統(tǒng)簡單可靠，解決了傳統(tǒng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)響應(yīng)慢，效率低等缺陷。表2為傳統(tǒng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)與新型儲(chǔ)能系統(tǒng)在成本、壽命、效率、能量密度、功率密度、可靠性、復(fù)雜程度、總分方面在表2里面做了對(duì)比，從表2里面可以看出