純電動汽車複合電源能量管理預測控制系統的製作方法
2023-05-07 14:31:26
專利名稱：純電動汽車複合電源能量管理預測控制系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於純電動汽車驅動與再生制動控制技術領域，具體涉及一種純電動汽車複合電源能量管理預測控制系統。
背景技術：
隨著能源危機和環境汙染的日益嚴重，電動汽車由於其節能、環保、能量轉換效率高等優點，得到了產業界的高度重視和政府部門的大力扶持。目前，制約電動汽車發展的一個重要因素是其續駛裡程短，如何提高驅動過程中的能量利用效率和剎車制動能量回收效率具有重大的意義。目前的電動汽車大多採用單一能源結構，在電動汽車在驅動過程中頻繁加速，起步和爬坡是，瞬間放電電流過大，嚴重影響了動力蓄電池組的能量利用效率和使用壽命，而且導致車輛的動力性能受到了制約，在城市工況下，頻繁的剎車制動，電機再生制動產生的充電電流波動幅度很大，會削減電池組的使用壽命，而且回收的能量有限，造成能量的浪費。通過將高比能量的動力蓄電池和高比功率的超級電容結合到一起，明顯提高了電動汽車系統性能。但目前動力蓄電池和超級電容組成的複合電源系統採用簡單的並聯結構為電機提供能量，沒有對蓄電池和超級電容之間的能量進行合理的管理分配，導致沒有最大化的整體能量利用和制動能量回收，而且控制精度不高。
發明內容
本發明的目的在於提供一種純電動汽車複合電源能量管理預測控制系統，解決現有技術中複合電源能量管理控制不完善，能量利用效率和制動能量回收效率低的問題，提高電動汽車一次充電行駛裡程，能夠充分利用能源，增加能量回收，保護蓄電池，延長蓄電池使用壽命，提高電動汽車整車動力性能。為了達到上述目的，本發明採用的技術方案是
一種純電動汽車複合電源能量管理預測控制系統，包括電機、動力蓄電池組和超級電容，動力蓄電池組和超級電容分別經雙向DC-DC變換器與電機驅動控制裝置相連，電機驅動控制裝置連接電機，其中，還包括微處理器控制系統，以及與微處理器控制系統相連接的車載導航系統、電門踏板電位器、剎車踏板電位器、電機檢測單元、動力蓄電池能量管理系統和超級電容能量管理系統。
進一步，所述車載導航系統(GPS/GIS)包括全球定位系統(GPS，Global Positioning System)及地理信息系統(GIS，Geographic Information System)，能夠提供路況(道路行駛工況)信息包括汽車行駛在該路段上的平均車速、加速度、道路坡度、交通流量、交通信號燈、路面車速限制等信息。進一步，所述動力蓄電池組為鉛酸蓄電池、鋰離子電池或鎳氫蓄電池。進一步，所述電機採用永磁無刷電機或交流異步電機或永磁同步電機或開關磁阻電機。
進一步，所述電機檢測單元包括分別對電機的轉矩、速度、電流信號進行採集的轉矩傳感器、速度傳感器和電流傳感器。進一步，所述電門踏板電位器和剎車踏板電位器包括角速度傳感器和角位移傳感
ο進一步，所述微處理器控制系統電路板上設置有微處理器，與微處理器連接有信號濾波電路，光電隔離器件。進一步，所述雙向DC-DC變換器包括兩個功率開關管組成半橋結構和一個電感， 電感的一端連接在兩個功率開關管的連接點上。本發明的有益效果為
本發明利用車載導航系統對未來一定時間內汽車道路行駛工況信息進行預測研究，獲得路況信息後加以識別，結合系統各單元的檢測信息，採用智能能量管理控制策略對能量進行管理分配。本發明改善了純電動汽車的啟動、加速和爬坡的動力性能，提高了驅動過程中的能量利用效率，還可以通過預測對能量進行合理管理分配，大大提高剎車制動能量回收效率，延長了電動汽車的續駛裡程，同時可以避免動力蓄電池大電流充放電，提高動力蓄電池的使用壽命，並且可提高制動力矩，改善制動系統的可靠性和穩定性。本發明藉助車載導航系統(GPS/GIS)獲取未來一段道路上的道路行駛工況，對路況信息進行識別預測研究，運用智能能量管理控制策略對動力蓄電池和超級電容組成的複合電源系統進行能量管理分配，可以提高能量的利用效率和制動能量回收效率。通過合理能量管理分配可以改善純電動汽車的啟動、加速和爬坡的動力性能，提高驅動過程中的能量利用效率，還可以提高剎車制動能量回收效率，延長電動汽車的續駛裡程，同時可以避免動力蓄電池大電流充放電，提高動力蓄電池的使用壽命，並且可提高制動力矩，改善制動系統的可靠性和穩定性。同時通過統一的信號處理控制，控制系統控制更加精確和安全。
圖1為本發明的系統結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明作進一步的詳細描述
參見圖1，本發明包括電機1、動力蓄電池組4和超級電容6，動力蓄電池組4和超級電容6分別經雙向DC-DC變換器5與電機驅動控制裝置2相連，電機驅動控制裝置2連接電機，還包括DPS微處理器3，以及與DPS微處理器3相連接的車載導航系統11、電門踏板電位器10、剎車踏板電位器9、電機檢測單元7、動力蓄電池能量管理系統12和超級電容能量管理系統8。車載導航系統11對未來一段路況(道路行駛工況)信息包括汽車行駛在該路段上的平均車速、加速度、道路坡度、交通流量、交通信號燈、路面車速限制等信息進行採集， 並將數據發送給DPS微處理器3。動力蓄電池能量管理系統12和超級電容能量管理系統8對蓄電池和超級電容的電壓進行採集，利用電流傳感器對充放電電流進行採集，採用熱敏電阻，溫度傳感器對溫度進行採集，以及對其荷電狀態進行估算，然後將採集的數據發送給DPS微處理器3。
DSP微處理器3對傳送過來的蓄電池和超級電容信號，電門踏板信號，剎車踏板信號，電機採集的信號以及車載導航系統採集的路況信息進行濾波處理，然後經過DSP微處理器3識別預測分析，結合能量管理控制策略，發出能量比例分配信號，經過光電隔離發送給電機驅動控制裝置2。兩個雙向DC-DC變換器5的結構相同，包括兩個功率開關管組成的半橋結構和一個電感，電感的一端連接在兩個功率開關管的連接點上，通過電機驅動控制裝置2產生的 PWM脈衝控制信號進行控制。電機驅動控制裝置2，根據接收到的DPS微處理器3控制信號，經過算法計算得到相應的PWM佔空比，對兩個雙向DC-DC變換器5進行控制。本發明的工作原理為
從功能要求來說，需要實現車輛的驅動和制動能量回收控制。複合電源系統中超級電容屬於輔助電源，它起到削峰填谷的作用。如圖1所示，車輛在行駛過程中，DPS微處理器 3接收車載導航系統11採集未來一段道路行駛工況信息，動力蓄電池組4和超級電容6的荷電信息，電門踏板或剎車踏板電位信息以及電機檢測單元7檢測的信息，經過濾波處理， DSP微處理器3對信息進行識別預測分析，運用能量控制策略，調整動力蓄電池組4充放電和超級電容6的充放電比例，輸出控制信號經過光電隔離處理，發送給電機驅動控制裝置 2，進一步控制兩個雙向DC-DC變換器5中的功率開關管的導通和截止，進而控制動力蓄電池和超級電容的能量管理，該系統是一套閉環控制系統。
權利要求
1.一種純電動汽車複合電源能量管理預測控制系統，包括電機(1)、動力蓄電池組(4) 和超級電容(6)，動力蓄電池組(4)和超級電容(6)分別經雙向DC-DC變換器(5)與電機驅動控制裝置(2)相連，電機驅動控制裝置(2)連接電機，其特徵在於還包括微處理器控制系統(3)，以及與微處理器控制系統(3)相連接的車載導航系統(11)、電門踏板電位器 (10)、剎車踏板電位器(9)、電機檢測單元(7)、動力蓄電池能量管理系統(12)和超級電容能量管理系統(8)。
2.根據權利要求1中所述的一種純電動汽車複合電源能量管理預測控制系統，其特徵在於所述車載導航系統(11)包括全球定位系統和地理信息系統。
3.根據權利要求1中所述的一種純電動汽車複合電源能量管理預測控制系統，其特徵在於所述動力蓄電池組(4)為鉛酸蓄電池、鋰離子電池或鎳氫蓄電池。
4.根據權利要求1中所述的一種純電動汽車複合電源能量管理預測控制系統，其特徵在於所述電機採用永磁無刷電機或交流異步電機或永磁同步電機或開關磁阻電機。
5.根據權利要求1中所述的一種純電動汽車複合電源能量管理預測控制系統，其特徵在於所述電機檢測單元(7)包括分別對電機(1)的轉矩、速度、電流信號進行採集的轉矩傳感器、速度傳感器和電流傳感器。
6.根據權利要求1中所述的一種純電動汽車複合電源能量管理預測控制系統，其特徵在於所述電門踏板電位器(10)和剎車踏板電位器(9)包括角速度傳感器和角位移傳感ο
7.根據權利要求1中所述的一種純電動汽車複合電源能量管理預測控制系統，其特徵在於所述微處理器控制系統(3)電路板上設置有微處理器，與微處理器連接有信號濾波電路，光電隔離器件。
8.根據權利要求1中所述的一種純電動汽車複合電源能量管理預測控制系統，其特徵在於所述雙向DC-DC變換器(5)包括兩個功率開關管組成半橋結構和一個電感，電感的一端連接在兩個功率開關管的連接點上。
全文摘要
本發明公開了一種純電動汽車複合電源能量管理預測控制系統，包括電機、動力蓄電池組和超級電容，動力蓄電池組和超級電容分別經雙向DC-DC變換器與電機驅動控制裝置相連，電機驅動控制裝置連接電機，其中，還包括微處理器控制系統，以及與微處理器控制系統相連接的車載導航系統、電門踏板電位器、剎車踏板電位器、電機檢測單元、動力蓄電池能量管理系統和超級電容能量管理系統。本發明能夠充分利用能源，增加能量回收，提高電動汽車一次充電行駛裡程，保護蓄電池，延長蓄電池使用壽命，提高電動汽車整車動力性能。
文檔編號B60L15/00GK102501776SQ20111033281
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月28日 優先權日2011年10月28日
發明者曹秉剛, 李復活, 李紅宇, 鄒忠月 申請人:三門峽速達交通節能科技有限公司