增程式電動客車能量管理策略仿真研究

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1、增程式電動客車能量管理策略仿真研究摘要：針對增程式電動客車節(jié)油問題，設(shè)計并對比了三相不可控橋式整流和整流后直流升壓兩種發(fā)動機-發(fā)電機組(APU)結(jié)構(gòu)，提出了電池組恒荷電狀態(tài)(stageofcharge,S0C)模糊控制、發(fā)動機目標(biāo)轉(zhuǎn)速分級控制的能量管理測試，在Matlab/Simulink環(huán)境中搭建了兩種結(jié)構(gòu)下的?程式動力系統(tǒng)仿真模型，并結(jié)合城市公交工況進(jìn)行能量管理策略仿真分析。仿真結(jié)果表明，發(fā)動機-發(fā)電機組采用整流后直流升壓結(jié)構(gòu)和所提出的能量管理策略，能使發(fā)動機節(jié)油率提高8%,驗證了結(jié)構(gòu)方案的合理性和能量管理策略的有效性。關(guān)鍵詞：能量管理；發(fā)動機-發(fā)電機組；模糊控制；DC-

2、DC變換器屮圖分類號：U469.72文獻(xiàn)標(biāo)文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文獻(xiàn)標(biāo)D0I：10.3969/j.issn.2095-1469.2013.06.08增程式電動車以動力電池組為主動力源，發(fā)動機為輔助動力，可工作在純電動模式和混合動力模式［1］。選擇合理的發(fā)動機-發(fā)動機組的結(jié)構(gòu)，可以節(jié)省燃油消耗。本文設(shè)計了三相不可控橋式整流和整流后直流升壓兩種發(fā)動機-發(fā)電機組結(jié)構(gòu)，采用理論模型和試驗數(shù)據(jù)相結(jié)合的建模方法，在系統(tǒng)仿真軟件Matlab/Simulink環(huán)境中分別建立了兩種結(jié)構(gòu)下的?程式電動校車的動力系統(tǒng)仿真模型。通過仿真對兩種發(fā)動機-發(fā)電機組結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比，得出燃油消耗較低的發(fā)動機-發(fā)電機組結(jié)

3、構(gòu)。1動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及仿真模型木文研究的增程式電動車是一種串聯(lián)式混合動力車輛，其動力驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中虛線框內(nèi)為發(fā)動機-發(fā)電機組。本文設(shè)計了兩種結(jié)構(gòu)：一種是由高速柴油機、永磁同步發(fā)電機和三相不可控整流橋組成[2]；另一種是在前者的基礎(chǔ)上增加了DC-DC變換器（Boost電路）。動力電池組采用猛酸鋰電池，驅(qū)動電機釆用永磁同步電機，變速器為兩擋行星齒輪變速器。在Matlab/Simulink環(huán)境中建立兩種發(fā)動機結(jié)構(gòu)下的？程式動力系統(tǒng)仿真模型，如圖2、圖3所示。整車參數(shù)見表1。2發(fā)動機-發(fā)電機組控制策略兩種發(fā)動機-發(fā)電機組結(jié)構(gòu)下的增程式電動車都采用電池組恒S0C模糊控制策略

4、。增程式電動車以純電動行駛為主，主要動力來自動力電池組,需要滿足一定純電動續(xù)駛里程要求，使電池組S0C在較低水平時APU系統(tǒng)才投入工作。APU系統(tǒng)控制的目標(biāo)是在動力電池組S0C恒定在一個合理范圍前提下，降低發(fā)動機的燃油消耗率。木文選擇將電池組SOC維持在0.3附近。2.1模糊控制器結(jié)構(gòu)木文采用模糊控制器（圖4）對電池組S0C進(jìn)行限定，輸入變量為S0C和S0C的增量ASOC,輸出為電池組電流期望系數(shù)COEFo因為SOC在某種程度上也間接反映了直流母線電壓值，而SOC的變化率表征了流過電池電流趨勢，所以根據(jù)SOC和SOC變化率，通過模糊控制，確定APU系統(tǒng)期望電流，控制電池組SO

5、C維持在一個合理范圍內(nèi)。被控對象是發(fā)動機-發(fā)電機組，負(fù)載IL作為擾動量引入。首先根據(jù)模糊控制器輸出的電池組期望電流得出發(fā)電機期望電流Tgexp（式1）,再根據(jù)直流母線電壓得到發(fā)動機-發(fā)電機組期望功率Pgexp（式2）,最后通過電池組初始SOC和發(fā)動機期望功率Pgexp確定目標(biāo)轉(zhuǎn)速n_goalo系統(tǒng)通過控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出電流，結(jié)合負(fù)載需求間接調(diào)節(jié)了電池組輸出電流［3］。OO2.2模糊控制器隸屬度函數(shù)及控制規(guī)則設(shè)計一個好的模糊控制器除了耍有好的模糊控制規(guī)則外，合理選擇輸入變量的量化因子和輸出變量的比例因子是非常重要的［4］。模糊控制器的輸入變量為SOC及其增量ASOC

6、,輸出為電池組電流期望系數(shù)COEFoSOC劃分為：NB、NS、Z、PS、PB5個模糊狀態(tài)，其論域為［0.25,0.275,0.3,0.325,0.35］,如圖5所示，量化因子Kc=l；AS0C劃分為N、Z、P3個模糊狀態(tài)，其論域定義為［-1,0,1］,如圖6所示,量化因子Ke=l000；COEF被劃分為BC、SC、Z、SD、BD5個模糊狀態(tài)，其論域為［T,-0.5,0,0.5,1］,如圖7所示，比例因子Ku二400。3個變量都采用三角隸屬度函數(shù)。根據(jù)試驗總結(jié)得出控制規(guī)律，見表2o采用Mamdani推理方法，用if-then語句形式表示。如果SOC和ASOC,那么COEF模糊量

7、清晰化過程采用重心法，一般認(rèn)為重心法獲得的結(jié)果是相當(dāng)理想的，穩(wěn)態(tài)性好，在可以保證實時性的情況下被廣泛使用。2.3轉(zhuǎn)速控制策略發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制采用多點轉(zhuǎn)速切換控制方式，即將發(fā)動機的工作轉(zhuǎn)速劃分若干個不同的轉(zhuǎn)速，根據(jù)模糊控制器得到的發(fā)動機-發(fā)電機組期望輸出功率Pgexp在不同的轉(zhuǎn)速之間切換，在較低功率需求時使發(fā)動機工作在低轉(zhuǎn)速，而高功率需求時就將轉(zhuǎn)速提至高轉(zhuǎn)速工作區(qū)。發(fā)動機轉(zhuǎn)速多點控制可以更好地滿足發(fā)動機動態(tài)功率跟蹤的控制目標(biāo)[5]o圖8所示為發(fā)動機-發(fā)電機組多點轉(zhuǎn)速切換工作模式的原理圖，系統(tǒng)的功率需求分為3