一種純電動汽車複合電源系統效率計算模型和優化方法

2023-06-03 11:10:51 2

一種純電動汽車複合電源系統效率計算模型和優化方法
【專利摘要】本發明公開了一種純電動汽車複合電源系統效率計算模型和優化方法，包括：蓄電池模型、工作模式邏輯判斷模型、需求功率產生模型、系統效率計算模型、超級電容及DC-DC逆變器模型，在MATLAB/simulink環境下搭建仿真模型，主要考慮電池和超級電容的損耗，結合電機的效率特性，計算出純電動汽車複合電源的系統效率，並通過車輛車速、車輛加速度、蓄電池限制功率這三個變量，比較其對系統效率的影響，制定出一種工作模式的切換規律。本發明能有效提升純電動汽車的能量利用率，延長電池的壽命，增加行駛裡程。
【專利說明】一種純電動汽車複合電源系統效率計算模型和優化方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬於電動汽車【技術領域】，具體涉及一種純電動汽車複合電源系統效率計算 模型和優化方法。

【背景技術】
[0002] 隨著全球汽車產業的快速發展和汽車保有量的迅猛增長，能源危機和環境汙染的 問題日益嚴重。伴隨《國家"十二五"科學和技術發展規劃》正式發布，新能源汽車產業技 術成為未來五年科技部重點扶持的領域，因此純電動汽車將越來越受到關注。
[0003] 隨著政府和社會對環境汙染及能源問題的重視程度的提高，節能環保已成為汽車 行業發展的主要目標之一。驅動工況的效率研究與制動能量回收一樣，都是純電動汽車節 能的重要手段。蓄電池與超級電容之間只有配合融洽，才能既節能，又高效，又動力強勁。在 驅動工況下，若能量均充足，蓄電池與超級電容之間的配合一般有2種模式：1.蓄電池單驅 模式，系統的功率需求較小，蓄電池小電流放電，無需超級電容的輔助。2.蓄電池與超級電 容共同驅動，系統的需求功率較大，蓄電池單獨驅動不能較好的滿足功率需求，超級電容輔 助蓄電池一起驅動。
[0004] 目前，複合電源電動車單雙驅的劃分主要依靠經驗，沒有合理的理論依據，導致車 輛在行駛過程中能量效率低下、電池不合理利用而出現設計壽命縮短、不能發揮出最大續 駛裡程。


【發明內容】

[0005] 本發明一種純電動汽車複合電源系統效率計算模型和優化方法，通過在simulink 環境下建模，考慮電池和超級電容以及電機的損耗，結合較為合理的理論模型和實驗基礎， 得出不同功率需求下複合電源系統的效率。
[0006] 本發明解決其技術問題所採用的技術方案如下：一種基於MATLAB純電動汽車復 合電源系統效率計算模型，包括：蓄電池模型、工作模式邏輯判斷模型、需求功率產生模型、 系統效率計算模型、超級電容及DC/DC逆變器模型；所述蓄電池模型用於計算出蓄電池在 不同工作狀態下的功率損耗；所述工作模式邏輯判斷模型用於分配系統的功率流；所述系 統需求功率模型用於提供路面需求功率作為系統輸入；所述系統效率計算模型用於匯總系 統各模型的功耗，計算出系統效率Π ;所述超級電容及DC/DC逆變器模型用於計算出超級 電容在不同工作狀態下的功率損耗；
[0007] 所述基於MATLAB純電動汽車複合電源系統效率計算模型具有兩個輸入端和一個 輸出端；
[0008] 所述第一個輸入端將車速、加速度輸入到需求功率產生模型，所述需求功率產生 模型的輸出端將總線需求功率、總線需求電流分別輸出到工作模式邏輯判斷模型、超級電 容及DC/DC逆變器模型的輸入端；
[0009] 所述第二個輸入端的蓄電池限制功率P-limit輸出到工作模式邏輯判斷模型的 輸入端；所述工作模式邏輯判斷模型的輸出端將蓄電池需求電流分別輸出到超級電容及 DC/DC逆變器模型和蓄電池模型的輸入端，所述超級電容及DC/DC逆變器模型將超級電容 端電壓輸出到工作模式邏輯判斷模型；
[0010] 所述蓄電池模型將蓄電池損失功率、所述需求功率產生模型將電機的損耗、所述 超級電容及DC/DC逆變器模型將超級電容及DC/DC逆變器損耗、所述車速、加速度輸入端將 路面需求功率均輸出到系統效率計算模型的輸入端，所述系統效率計算模型的輸出端為系 統效率η ;
[0011] 進一步，所述蓄電池模型是基於電池的Thevenin模型建立的，包括S0C計算模塊、 參數獲取模塊、輸出計算模塊三大模塊，所述S0C計算模塊、參數獲取模塊、輸出計算模塊 依次相連接，經過運算輸出蓄電池的損失功率Pw-b。
[0012] 進一步，所述工作模式邏輯判斷模型將總線需求功率P'與手動設定的蓄電池限制 功率P-limit進行比較，同時將檢測超級電容端電壓U s。與超級電容的底線電壓Vb進行比 較，若P' > P-limit且Us。> Vb，系統認為進入蓄電池與超級電容同時充電的雙驅模式；否 貝IJ，系統進入單驅模式。
[0013] 進一步，所述系統需求功率模型是基於電機的效率特性實驗建立起來的，所述電 機的損耗為P Wim = P' -Pp其中，P'為總線需求功率，已為路面需求功率已。
[0014] 進一步，所述超級電容及DC/DC逆變器模型是基於經典拜德極化模型的等效模型 建立的，所述超級電容及DC/DC逆變器損耗P w_s。的計算公式為：
[0015] Pw_sc = Isc2Res
[0016] 其中，Res代表超級電容的等效串聯內阻；Isc代表超級電容輸出電流。
[0017] 進一步，所述系統效率計算模型輸出的系統效率n為：
[0018]

【權利要求】
1. 一種基於MATLAB純電動汽車複合電源系統效率計算模型，其特徵在於，包括：蓄電 池模型（1)、工作模式邏輯判斷模型（2)、需求功率產生模型（3)、系統效率計算模型（4)、超 級電容及DC/DC逆變器模型（5);所述蓄電池模型（1)用於計算出蓄電池在不同工作狀態 下的功率損耗；所述工作模式邏輯判斷模型（2)用於分配系統的功率流；所述系統需求功 率模型（3)用於提供路面需求功率作為系統輸入；所述系統效率計算模型（4)用於匯總系 統各模型的功耗，計算出系統效率Π ;所述超級電容及DC/DC逆變器模型（5)用於計算出 超級電容在不同工作狀態下的功率損耗； 所述基於MATLAB純電動汽車複合電源系統效率計算模型具有兩個輸入端和一個輸出 端； 所述第一個輸入端將車速、加速度輸入到需求功率產生模型（3)，所述需求功率產生模 型⑶的輸出端將總線需求功率、總線需求電流分別輸出到工作模式邏輯判斷模型（2)、超 級電容及DC/DC逆變器模型（5)的輸入端； 所述第二個輸入端的蓄電池限制功率P-limit輸出到工作模式邏輯判斷模型（2)的輸 入端；所述工作模式邏輯判斷模型（2)的輸出端將蓄電池需求電流分別輸出到超級電容及 DC/DC逆變器模型（5)和蓄電池模型（1)的輸入端，所述超級電容及DC/DC逆變器模型（5) 將超級電容端電壓輸出到工作模式邏輯判斷模型（2); 所述蓄電池模型（1)將蓄電池損失功率、所述需求功率產生模型（3)將電機的損耗、 所述超級電容及DC/DC逆變器模型（5)將超級電容及DC/DC逆變器損耗、所述車速、加速度 輸入端將路面需求功率均輸出到系統效率計算模型（4)的輸入端，所述系統效率計算模型 (4)的輸出端為系統效率η。
2. 根據權利要求1所述的基於MATLAB純電動汽車複合電源系統效率計算模型，其特徵 在於，所述蓄電池模型（1)是基於電池的Thevenin模型建立的，包括SOC計算模塊、參數獲 取模塊、輸出計算模塊三大模塊，所述SOC計算模塊、參數獲取模塊、輸出計算模塊依次相 連接，經過運算輸出蓄電池的損失功率Ρ_。
3. 根據權利要求1所述的基於MATLAB純電動汽車複合電源系統效率計算模型，其特 徵在於，所述工作模式邏輯判斷模型（2)將總線需求功率P'與手動設定的蓄電池限制功率 P-limit進行比較，同時超級電容端電壓Us。與超級電容的底線電壓Vb進行比較，若P' > P-limit且Use>Vb，系統認為進入蓄電池與超級電容同時充電的雙驅模式；否則，系統進入 單驅模式。
4. 根據權利要求1所述的基於MATLAB純電動汽車複合電源系統效率計算模型，其特徵 在於，所述系統需求功率模型（3)是基於電機的效率特性實驗建立起來的，所述電機的損 耗為IV? = P' _匕，其中，P'為總線需求功率，匕為路面需求功率已。
5. 根據權利要求1所述的基於MATLAB純電動汽車複合電源系統效率計算模型，其特徵 在於，所述超級電容及DC/DC逆變器模型（5)是基於經典拜德極化模型的等效模型建立的， 所述超級電容及DC/DC逆變器損耗P w_s。為： Pw-sc = ISC2Res 其中，Res代表超級電容的等效串聯內阻；Isc代表超級電容輸出電流。
6. 根據權利要求1所述的基於MATLAB純電動汽車複合電源系統效率計算模型，其特徵 在於，所述系統效率計算模型（5)輸出的系統效率η為：
其中，Pf為路面需求功率；pw-b為蓄電池的損失功率；PW1為超級電容及DC/DC逆變器 損耗；PWim為電機的損耗。
7. -種基於MATLAB純電動汽車複合電源系統效率的優化方法，其特徵在於，包括如下 步驟： 步驟1 :設定系統效率計算模型的初始輸入車速v〇、加速度％以及取值精度Λ v和Λ a， 然後確定最大車速和加速度vmax、amax ; 步驟2 :將初始的車速V(l和初始加速度％輸入效率計算模型，運用控制變量法，調節蓄 電池限制功率P-limit的大小，運行效率計算模型，比較得出最優效率和該輸入下的最優 蓄電池限制功率，以此得出該輸入下雙驅模式的最優效率；將P-limit設為大於等於該輸 入下的路面需求功率匕，運行效率計算模型，即可得出該輸入下的單驅模式最優效率； 步驟3:根據取值精度Λν、Aa，逐步將前次輸入與取值精度累加，依次計算不同輸入 的下的最優效率和最優限制功率，直到輸入達到vmax、amax，具體計算方法與步驟2相同； 步驟4 :將計算得到的雙驅模式最優效率、單驅模式最優效率以及雙驅模式最優效率 對應的最優限制功率記錄下來，在MATLAB中以車速v為X軸，加速度a為y軸，單雙驅效率 為z軸，將單驅和雙驅的最優效率曲面用三次多項式擬合併畫出，同樣的方法擬合畫出蓄 電池最優限制功率。
【文檔編號】G06F17/50GK104156517SQ201410366354
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2014年7月29日
【發明者】盤朝奉, 周文竟, 陳龍, 江浩斌, 陳燎, 汪若塵, 汪少華, 袁朝春, 楊曉峰, 張孝良 申請人:江蘇大學