纯电动汽车复合电源能量管理控制策略研究

混合动力电动汽车控制系统设计与能量 管理策略研究

摘要：随着能源危机以及能源问题日益严重，混合动力汽车成为了目前世界上的新一代清洁汽车研究重点。混合动力借助的是以往的汽油引擎以及电动机输出动力的相互配合，在工作的时候借助引擎可以对蓄电池进行充电，将电动机和引擎产生的动力不断切换和转化，达到双动能推动。这样的配合以电动机驱动为主，引擎驱动为辅，达到预期为减少耗油和废气排放的环保效益。鉴于此，本文就混合动力电动汽车控制系统设计与能量管理展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。

关键词：混合动力电动汽车；能量管理策略；深度强化学习

1混合动力电动汽车的定义及驱动类型

1.1串联式混合动力电动汽车（SHEV）

串联式混合动力汽车动力系统有三大部件组成：发动机、发电机和驱动电机，三大部件采用“串联”的方式构成动力系统。动力系统的工作原理是：发动机首先将燃料燃烧产生的能量转换为机械能，然后驱动发电机将机械能转化为电能，再由整流器将产生的电能进行整流并存储在蓄电池中，最后由蓄电池为驱动电机供电，电机驱动车轮行驶。串联式的混合动力系统结构具有以下优点：驱动电机和发动机不直接进行机械连接，发动机的转速可独立于车速之外单独运行，因此发动机的转速可以保持在稳定、高效率、低污染的区间，从而达到提升燃油利用效率、降低污染物的排放的目的。

1.2并联式混合动力电动汽车（PHEV）

并联式混合动力汽车的发动机和电机分属两套动力系统，均可以独立的向车轮传递动力，发动机和电机以转矩或转速的方式耦合后与驱动系统连接其中，电机的作用有两个：一是作为电动机向外提供动力，二是回收车辆制动产生的能量或部分发动机产生的能量，作为发电机给蓄电池充电。并联式混合动力系统的主要优点：电机系统和发动机系统分别独立驱动车轮，降低了能量转化的损失；动力系统结构紧凑，仅需使用一个电机，即可实现驱动和回收滑行或制动过程的能量。其缺点是：为了调节发动机的工作点需要采用多档传动装置，由于驱动系统和发动机之间仍存在机械连接，导致发动机的工作点无法在理论上工作于任意低油耗或者低排放区。

第

４０卷

　第

８期２０１９年

８月中国农机化学报

Ｊｏｕｒｎａｌ

　ｏｆ

　Ｃｈｉｎｅｓｅ

　Ａ

ｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ

　ＭｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎＶｏｌ．４０

　Ｎｏ．８

Ａｕ

ｇ．

　２０１９

ＤＯＩ：

１０．１３７３３／

ｊ．

ｊｃａｍ．ｉｓｓｎ．２０９５

－５５５３．２０１９．０８．２０

前驱式纯电动汽车制动能量回收控制策略研究

＊

胡卫

１，

秦永法

１，

曾励

１，

张持

２

（

１．扬州大学机械工程学院，

江苏扬州，

２２５１２７；

２．博世汽车部件（

苏州）

有限公司，

江苏苏州，

２１５０２１）

摘要：

以提高某款前轮驱动纯电动汽车制动能量回收效率为目的。

基于理想制动力分配曲线和

ＥＣＥ法规提出一种三输

入单输出的制动能量回收模糊控制策略，

分别利用

ＣＲＵＩＳＥ和

Ｓｉｍｕｌｉｎｋ搭建整车和控制策略模型进行联合仿真。

仿真

结果验证模型的准确性，

ＮＥＤＣ循环工况下续驶里程贡献度达

１１．５％。

保证制动安全性的前提下有效减缓电池能耗趋

势，

提高了整车的经济性。

关键词：

电动汽车；

制动能量回收；

模糊控制策略；

联合仿真

中图分类号：

ＴＰ３９１．９

文献标识码：

Ａ

文章编号：

２０９５

－５５５３（

２０１９）

０８

－０１１６

－０６

胡卫，

秦永法，

曾励，

张持

．前驱式纯电动汽车制动能量回收控制策略研究［

Ｊ］

．中国农机化学报，

２０１９，

４０（

８）：

１１６－１２１

Ｈｕ

　Ｗｅｉ，

Ｑｉｎ

　Ｙｏｎ

ｇｆａ，

Ｚｅｎ

ｇ

　Ｌｉ，

Ｚｈａｎ

ｇ

　Ｃｈｉ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ

　ｏｎ

　ｂｒａｋｉｎ

ｇ

　ｅｎｅｒ

ｇｙ

　ｒｅｃｏｖｅｒ

ｙ

　ｃｏｎｔｒｏｌ

　ｓｔｒａｔｅ

ｇｙ

　ｏｆ

　ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ

　ｐｕｒｅ

　ｅｌｅｃｔｒｉｃ

ｖｅｈｉｃｌｅ［

Ｊ］

．Ｊｏｕｒｎａｌ

　ｏｆ

　Ｃｈｉｎｅｓｅ

　Ａ

ｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ

　Ｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ，

２０１９，

４０（

８）：

１１６－１２１

收稿日期：

２０１９年

２月

２８日

修回日期：

２０１９年

３月

１９日

＊基金项目：

国家科技部重点研发计划项目（

２０１６ＹＦＤ０７００９０３）

第一作者：

胡卫，

男，

１９９３年生，

科技论坛2019.12

1380 引言本文就纯电动汽车动力制动能量回收控制策略进行分析，从未为更好实现能量回收控制提供依据及支持。1 纯电动汽车动力制动能量回收的影响因素对于制动能量回收而言，其主要目的就是在车辆制动方法能够保持舒适性及稳定的基础上，对车辆动能尽可能多地进行回收，并且使这些动能能够转变成为电能，在汽车电池中进行存储，使能量利用率以及续航里程得以延长。在纯电动汽车制动能量的回收过程中，很多方面的因素均会对其产生较大程度的影响，具体而言包括以下几种。首先，电机性能的影响因素。在纯电动汽车进行再生制动方面，电机属于一种能量转化的装置，电机在实际运动中的发电功率对于电动车会产生直接影响，主要就是影响其再生制动能力。在电机的实际转速比较低的情况下，电机所产生的能力损耗与其实现的能量回收相比会更大，在这种情况下也就无法实现能量回收。其次，电池性能的影响因素。在纯电动汽车的整体构成中，动力蓄电池属于十分重要的组成部分，其能够对再生制动过程中所产生电能进行储存，蓄电池充电特性对制动能力回收会产生一定的限制。通常情况下，在纯电动汽车的制动过程中，即便在较短时间之内也能够有较大电流得以产生，电池在实际应用过程中的充电电流对于电能接受能力会产生直接影响。对于蓄电池装置而言，在其SOC值比较高的情况下，若实行充电则很容易导致由于充电过量，而使电池寿命受到一定程度影响；而在蓄电池SOC值过低的情况下，电池内阻也会有明显增加，在这种情况也尽量不要进行充电操作。控制策略的影响因素。对于制动能量回收控制策略而言，其主要就是指在车辆制动安全以及舒适性能够得到保证的基础上，对于汽车的前轴及后轴，通过科学合理分配传统制动力及再生制动力，从而对制动能力进行最大程度地回收。在各个方面的硬件条件得到的满足的情况下，回收控制策略也就程度最主要的影响因素，在保证控制策略科学合理的基础上，才能够得到比较理想的能量反馈效果，因而控制策略也是十分重要的影响因素[1-2]。2 纯电动汽车制动能量回收控制原理在纯电动汽车制动能力的回收控制方面，其所利用的主要就是能量回收利用装置，通过这一装置的科学合理利用，可使制动能量回收得到理想的效果。纯电动汽车的整体构成中，电动机属于核心部件，不但在驱动装置中属于牵引电机，并且也能够作为发电机进行发电。在纯电动汽车的实际制动过程中，所产生的其中一部分动能能够利用传动机向电机进行反向传送，在这种情况下电机主要是当作发电机使用，就是说电机处于发电状态，并且向蓄电池充电。而在电机持续发电的过程中，也会有磁场阻力产生，而这种磁场阻力会对车轮产生反作用，也就能够使车辆速度得以降低。在需要利用电机实现再生制动的情况下，电控单元能够对电机进行控制，使电机当作发电机使用，且保证其处于发电状态，可实现动能的回收，还能够对蓄电池实行补充充电；而在驱动车辆行驶过程中，电机主要就是作为驱动电机进行使用，蓄电池能够对其进行供电，以更好驱动车辆。另外，在电动汽车的构纯电动汽车动力制动能量回收控制策略研究吴金华，张安若（江西应用技术职业学院，江西赣州，341000）摘要：在纯电动汽车实际运行及应用过程中，动力制动能量的回收控制属于十分重要的一项，可实现电力能源的更好利用，从而在纯电动汽车运行方面能够提供更好的支持与保障，因而也就需要利用有效策略对动力制动能量进行回收控制，以满足实际需求。关键词：纯电动汽车；动力制动能量；回收控制；有效策略Research on Power Braking Energy Recovery Control Strategy of Pure Electric VehicleWu Jinhua，Zhang Anruo(Jiangxi College of Applied Technology, Ganzhou Jiangxi,341000)Absrtact: In the actual operation and application process of pure electric vehicle, the recovery control of power braking energy is a very important one, which can make better use of power energy, thus providing better support and guarantee in the operation of pure electric vehicle. Therefore, it is necessary to use effective strategies to recover and control power braking energy to meet the actual needs.Key words: pure electric vehicle; power braking energy; recovery control; effective strategy.科技论坛2019.12

・杌械研究与应用・２０１５年第４期（第２８卷，总第１３８期）　研究与分析　率分配执行机构，实现合理分配超级电容与蓄电池的　输出功率的目的　。　功率分配控制器是复合电源功率分配的核心控　制单元，是实现功率分配策略的载体　。根据车辆　的运行工况以及相应的能量流动方向将车辆运行状　态划分为：蓄电池单独驱动模式、蓄电池与超级电容　共同驱动模式、蓄电池对超级电容预充电模式和再生　制动模式　四种模式。　２复合电源纯电动汽车功率分配策略目标　所提出的基于模糊控制算法的复合电源纯电动　汽车功率分配策略能够满足以下要求：　（１）准确响应驾驶员动作，尽量做到与传统汽车　驾驶感觉一致，即保证车辆的驾乘舒适性。　（２）在不影响整车动力性和经济性的前提下，确　保蓄电池的输出功率尽可能恒定和平滑，充分发挥超　级电容对总线功率的调节作用，减小大功率充放电对　蓄电池的损伤，提高蓄电池的循环寿命和储能单元的　能量利用率。　（３）充分回收再生制动能量。　３模糊控制器设计　３．１基本工作原理　模糊控制是以模糊逻辑推理、模糊集理论和模糊　语言变量为基础的，从行为上模仿人的模糊推理和决　策过程的一种控制手段。该方法将人类专家对特定　对象的控制经验，运用模糊集理论进行量化，转化为　可数学实现的控制器，从而有效控制被控对象　Ｊ。　模糊控制系统结构如图２所示，由模糊化接口、　知识库、模糊推理、解模糊化接口四部分组成。精确　的输入变量经量化后输入模糊化接口，形成模糊的语　言变量输人，结合知识库中预先制定的输入输出关　系，进行模糊推理得到模糊结论，经解模糊化接口得　到精确的控制量，并经过量化得到精确输出　。　，一…—钶设　……一、　精确　据库Ｉ　ｌ规则麾Ｊ　精确　Ｈ釜　臣　图２模糊控制系统结构　３．２功率分配策略的模糊控制器设计　由于蓄电池的输出电压以及超级电容经双向　ＤＣ／ＤＣ变换器调控后的输出电压都与驱动电机的额　定电压相近且变化范围很小，所以蓄电池与超级电容　之间的输出功率分配可以等效为输出电流分配。选　择超级电容输出电流　作为模糊控制功率分配策略　的输出量。复合电源纯电动汽车行驶过程中要保证　动力性的要求，同时又要尽量防止蓄电池大电流放电　的情况发生，需根据母线电流总需求，的大小来分配　超级电容的输出电流，　，同时，超级电容ＳＯＣ变化范　围也需要充分考虑。因此将母线电流总需求，和超　级电容ＳＯＣ作为模糊控制功率分配策略的输入量。　模糊控制功率分配策略的原理如图３所示。根　据输入量的大小经模糊控制策略分析以后，得到超级　电容目标输出电流，通过闭环控制使超级电容经双向　ＤＣ／ＤＣ变换器斩波升压后的实际输出电流跟随目标　电流值，额外部分则由蓄电池补充。　ｉ叵　母线电流总需求　模块ｒ—————一　超级电　容模块　超级电容ＳＯＣ　ｔ，０、蓄电池输出电流，ｂ。　驱　动　模　糊　控　制　器　超级电容输出电流，ｕ。　图３模糊控制功率分配策略原理图　蓄电池　模块　超级电　容模块　３．２．１模糊化接口　模糊化接口是通过在控制器的输入输出论域上　定义语言变量，使精确的输入输出值转换为模糊的语　言值。笔者分别定义母线电流总需求值，和超级电　容ＳＯＣ的量化因子为Ｋ　、　。　，将输入语言变量的论　域从实际的连续域转变成离散的有限整数域；定义比　例因子　将输出语言变量的论域从离散的整数域　转变成实际的连续输出域，如图４所示。　功率分配模　糊控制器　图４实数域至整数域转换图　文中母线电流总需求值的连续取值范围是，＝　［０，２５０］＝［，　，，ｍ　］，，ｍｉ　表示母线电流的最低限值，　，ｍ　表示母线电流的最高限值。，经量化因子Ｋ转变　为离散的证书于，即，　＝｛０…１１，１２，１３…２５｝。量化　因子Ｋ计算方式如式（１）：　Ｋ１．￣－　／ｍａｘｔ　ｔ：　：０．１　（１）　ｍａｘｍ，　ｉ　一２５０—０一　‘　超级电容ＳＯＣ连续取值范围是ＳＯＣ＝［０．４，１］＝　［ＳＯＣ　ｉ　，ＳＯＣ　］，ＳＯＣ　ｉ　表示低限值，ＳＯＣ　表示高　限值。ＳＯＣ经量化因子　。　转变为离散的整数域，即　ＳＯＣ　＝｛４…６，７，８…１０｝。量化因子　。　计算方式如　式（２）：　＝　ＳＯＣ　ＳＯＣ＝　１　０　４　ｓＯｃ—　ｍａｘ—　ｍｉｎ　一　一　．　一　ｕ