电动汽车能源管理系统算法

 donstudio   2021-01-25 11:22   95 人阅读  0 条评论

本文介绍了混合能源电动汽车能源管理系统的算法设计和应用,以及系统的运行、关键状态和运行过程。概述了混合动力电动汽车能源管理系统的现状,下一章讨论了数学方法分析了混合能源系统的充放电过程。并使用MATLAB/Simulink对提出的混合能源管理系统进行仿真。结果表明,本文所提出的能源管理系统对电动汽车广泛应用的控制是有效。

The paper presents methodology for design and application of energy management system for the hybrid energy system of the electric vehicle and its operational, critical states and processes. Energy control management of the electric vehicle's hybrid energy system is presented in introduction. Next chapter deals with mathematical analysis of the discharging and charging of the hybrid energy system. Simulation results for the proposed hybrid energy system are obtained using MATLAB/Simulink. Results confirm that the proposed control system of
the energy management system is effective for the wide spectrum of the processes control in the electric vehicle application.

1 Introduction 介绍

混合动力电动汽车能源管理系统包含两个主要因素:

The power management of the electric vehicle’s hybrid energy system contains two main elements:

第一,当动力系统需要从能源存储系统获取能源时,控制系统需要动态规划输出电流的分配,动态决定多大的电流来自电池系统,多少电流来自超级电容系统。

• First, when power is demanded from the energy storage system, the control strategy must determine how many power (current) can be delivered from the battery system and how many can be delivered from the supercapacitor system during the dynamic loading process.

第二, 控制策略必须决定超级电容系统应该在什么时候或者多快的为动力系统供电。

• Second, the control strategy must determine when and how fast the traction system should charge the supercapacitor system.

2 Energy Control Management of the Electric Vehicle's  Hybrid Energy System

混合动力电动汽车的能源控制管理

完整的能源控制管理系统由:动力电池系统能量流的管理策略和算法、超级电容安全管理策略和电动车辆牵引系统的可靠性。

A complete control strategy consists of a power flow management strategy and algorithms for battery system and the supercapacitor management strategy in terms of safety and dependability of the electric vehicle's traction system.

通过控制超级电容系统的电压来控制超级电容系统的能量存储。否则,超级电容的电压依赖于电池的电压,这将导致超级电容的能量存储无法得到控制。

To control the energy stored in supercapacitor system, it is needed that the voltage of the supercapacitor system should be controlled. If not, the supercapacitor voltage depends on the battery voltage, so there is no possibility to control the energy stored in supercapacitor system, [1].

Model Hybird

Fig. 1 Traction, hybrid energy, information and communication systems with sensor subsystem implemented to the electric vehicle

图1 电动汽车的牵引,混合能源,带有传感器子系统的信息和交流的实施

电压点平的调节要求双向的DC/DC转换。图1展示了电池和超级电容作为混合储能系统的配置,同时也是电动汽车运行过程的控制系统和子系统。电动汽车通常包含的主要系统有:

Bi-directional DC/DC converter is required for the voltage level regulation. Fig.1 shows the system configuration with battery system and supercapacitor system as hybrid energy storage also a control system and subsystem which controls the operational processes in electric vehicle system. Electric vehicle generally contain these main systems:

  1. 牵引系统: 牵引电机或发电机 ,逆变器(电源控制单元),辅助单元(带有保险盒的辅助系统),DC/DC总线(带继电器的电源电路);

  2. 能源系统: 主要能源系统(充电电池系统), 第二或者辅助能源系统(超级电容系统);

  3. 能源管理系统:嵌入式管理系统(电池管理系统BMS和超级电容管理系统SMS);主控制系统(控制单元用来处理嵌入系统的数据,并与电动汽车的控制系统进行通讯交流);

3 混合能源系统的充放电数学分析

能源管理系统的一部分是基于主能源系统,即充电电池系统。充电电池在电动汽车动态运动过程中提供稳定的能源为系统提供稳定的能源和动力供应。超级电容系统是二次能源,设计为电力拖动系统供电。

控制算法的目的是实现了控制参数极限值的控制,这些参数将应用在连接的各个能源系统(电池系统、超级电容系统)和牵引管理系统。

动态加载的能源需求可以表达为等式(1):

式中 Enet--电力牵引系统所需的能源, P discharg batt -- 电力牵引系统需要从充电电池系统得到的能量, P discharge sc --电力牵引系统需要从超级电容系统得到能量, P charg sc-- 再生能量 ,再生制动过程中,电力通过牵引系统向超级电容充电的能量, P charg batt --再生能量,再生制动过程中产生的电能通过牵引系统向充电电池充电的电量,t-- 时间步长, n--汽车的总运动时间。

由等式(1)可知混合动力车辆能源管理系统的主要算法。混合动力能源管理系统的主要控制算法是定义混合电力能源系统何时将所需的电力(电流)传送到电力牵引推进系统。设计的混合动力能源管理系统的控制算法逻辑图如图2所示。

可变参数(I limit )是控制算法实施和执行的关键。该参数是控制临界状态下能量需求和控制特定能量源输送能量的决策参数。

算法定义的原则是:这种情况下所需输出的电流和牵引电动机/发电机的输出功率是相等的。


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