基于PHEV復合電源控制策略研究

程瑤

摘 要：本文主要以插電式混合動力車為例，對其復合電源控制策略進行了分析和研究，結合傳統(tǒng)的儲能系統(tǒng)要求完成對功率控制、電源參數(shù)匹配等的改進工作，并提出一種全新的儲能思路，相比于傳統(tǒng)的儲能系統(tǒng)，新系統(tǒng)的充放電效率更高，且可靠性更強，與此同時，還能避免強大電流的形成，延長電池應用壽命，從目前現(xiàn)狀來看，該系統(tǒng)應用前景無限。

關鍵詞：PHEV；復合電源；控制策略

插電混合動力汽車簡稱“PHEV”，接入家用電源、專用電源為動力電池充電，結合純電動驅動系統(tǒng)和混合動力，可在燃油經濟性、污染物排放方面發(fā)揮出關鍵性的作用。近年來，隨著我國社會經濟發(fā)展水平的不斷提升，很多不可再生性資源逐漸呈現(xiàn)出枯竭的狀態(tài)，大氣污染程度日漸加深，新能源汽車已逐漸成為汽車行業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢。

一、插電式混合動力車以及傳統(tǒng)復合電源系統(tǒng)結構概述

（一）插電式混合動力車概述

插電式混合動力汽車，簡稱“PHEV”，屬于一種新型的現(xiàn)代化混合動力電動汽車。它與傳統(tǒng)的電驅動和汽油動力相結合的混合動力存在較大差別，電動車的驅動單元和動力驅動原理與插電式混合動力較為相似，車輛上的一臺發(fā)動機是兩者最突出的差別。

相比于插電式混合動力汽車，普通混合動力汽車的電池容量相對較小，一般只在加減速、啟停等階段回收或者是提供能量，無法進行外部充電，同時也不能純電模式下行駛較長時間。相比之下，插電式混合動力汽車的電池容量較大，可實現(xiàn)外部充電，并可在純電模式下長時間行駛，在耗盡可電池中的電量之后，還可繼續(xù)通過混合動力的方式進行行駛，該情況下的車輛運行基本以內燃機為主，可適時的完成電池充電。

（二）傳統(tǒng)復合電源系統(tǒng)結構概述

復合電源系統(tǒng)的種類多種多樣，在功率轉換器加入之后，通常可被分為主動式復合電源和被動式復合電源兩種，下圖為復合式電源的系統(tǒng)結構：

上圖為蓄電池組并聯(lián)和超級電容組串聯(lián)變換器，通過該方式，可實現(xiàn)對超級電容功率的優(yōu)化控制，實踐中不會對復合電源整體功率產生影響。DC/DC超級電容串聯(lián)結構的實踐應用，可充分滿足插電式動力汽車的設計要求。

傳統(tǒng)的復合儲能系統(tǒng)應用雙向DC/DC，其最突出的應用優(yōu)勢在于，電壓可以實現(xiàn)解耦，且電池直連。但在對超級電容進行充電或者是放電的過程中，DC/DC卻逐漸呈現(xiàn)出響應慢、功率大以及效率低等缺陷，急需進行改進和進一步研究。

二、新型復合電源參數(shù)匹配對策

（一）電源參數(shù)匹配

在對車輛的能量和功率進行設計的過程中，為確保復合電源的功率容量和能量能夠滿足實際的設計需求，工作人員一般要結合車輛實際的動力性能需求對參數(shù)進行合理匹配，同時還要確保電池電容選擇的合理性，對于插電式混合動力車而言，可最大限度的提升車輛的工作效率和適應性。超級電容器屬于一種現(xiàn)代化先進的儲能裝置，具有壽命長、功率密度高等優(yōu)勢特征。

本文主要以我國目前的公交工況為例，由此也可對整車功率進行獲取：

在上述公式中，“ ”代表傳動功率，

“ ”表示的是阻力系數(shù)，“A”代表迎風面積，“CD”表示空氣的阻力系數(shù)。

在復合電源中，所選擇的超級電容的實際容量為145F，單節(jié)的額定電壓約為48V。結合實際要求，在對超級電容器組進行設計的過程中，需保證峰值功率在10秒，與此同時，還要能夠和電機的額定電壓相互對應。

在上述公式中，“ ”代表總能量，而“ ”表示的是峰值的實際能量。“ ”超級電容的實際容量，“ ”代表的是超級額定電壓，“ ”表示的最小值電壓，是額定電壓的1/2，“C”表示完成串聯(lián)之后的電容，“k”表示超級電容的安全數(shù)據(jù)，在上述的公式中，“k”的值取為1.2，由公式“ ”可知，若設定“n”的數(shù)值為8，則基本可滿足實際的設計條件。通過公式“ ”，可將電容實際的

存儲計算出來，為1356246W，總的超級電容的質量約為16okg，此時的輸出功率為338Kw，相比于峰值功率，可基本滿足設計的實際需求。蓄電池組要能夠符合電機平均功率的實際需求，且在放電和充電的過程中，電流均要在安全范圍之內[4]。

三、新型復合電源功率分配對策

在確保車輛能夠正常行駛，且不會對駕駛體驗產生影響的情況下，復合電源在經過升級和改造之后，要保證其能夠由蓄電池組平穩(wěn)的輸出。結合電機功率的實際需求、超級電容的荷電情況、電池的荷點情況以及離合器設備的狀態(tài)等，可對電池和超級電容的功率分配因數(shù)進行精準確定。在車輛正常行駛的狀態(tài)下，電機一般可被分為制動和驅動兩種模式。根據(jù)上述的控制對策，通過動力電池荷點情況、需求功率以及超級電容荷點狀況等，可計算出基本的變量。復合電源的功率分配可用如下公式進行表示：

在上述公式中，“ ”表示的是超級電容的分配功率，“ ”代表車輛行駛的需求功率。實踐過程中，在制動減速的工況之下，車輛行駛的需求功率在“0”以下，而在非制動減速的工況之下，車輛行駛的需求功率在“0”以上，或等于“0”，此時的動力電池荷電狀態(tài)在0.4以上，電機的需求功率也在平均需求功率之下，反之，則電池的分配功率等于“0”，如果超級電容的核電狀態(tài)在0.6以上，分配功率等于0，車輛的需求功率等同于電池的分配功率。

四、新型儲能系統(tǒng)結構

相比于傳統(tǒng)類型的儲能系統(tǒng)結構，新型儲能結構直接的使用導線來代替雙向DC、DC，并直接的并聯(lián)超級電容，如此可大幅度提升充電和放電效率，提升了系統(tǒng)的簡單性和可靠性，同時也從根本上緩解了儲能系統(tǒng)工作效率低和系統(tǒng)響應慢的問題。傳統(tǒng)的儲能系統(tǒng)和新型儲能系統(tǒng)，在應用壽命、成本、總分、復雜程度、可靠性等方面均存在較大差別，其中，新型儲能系統(tǒng)在可靠性、應用效率、應用壽命等方面均具有顯著優(yōu)勢，故可將其作為插電式混合動力車輛的最佳選擇。

但新型儲能系統(tǒng)在實踐應用的過程中，卻往往會在能量密度上存在劣勢，其他方面的性能都要優(yōu)于傳統(tǒng)的儲能系統(tǒng)，因此，在具體選擇時，相關人員應對該問題予以重視，并進行慎重選擇。

結語：

綜上所述，傳統(tǒng)的復合儲能系統(tǒng)在實踐應用的過程中，雖然具有電壓解耦和電池直連等優(yōu)勢特征，但在對超級電容充放電過程進行控制時，卻存在DC/DC效率低、響應慢、功率大等缺陷。鑒于上述情況，本文提出一種新型儲能系統(tǒng)，它可有效緩解上述問題，大幅度提升了電池的應用壽命，同時還可實現(xiàn)電池容量和匹配電容的全面優(yōu)化，為制動能量回饋效率的穩(wěn)定提升奠定了良好基礎，故在當前的城市公交領域中應用十分廣泛，其未來發(fā)展前景無限。

參考文獻：

[1]楊官龍. 基于駕駛意圖與工況識別的插電式混合動力汽車能量管理策略研究[D]. 重慶大學， 2014.

[2]高建平， 趙金寶， 葛堅，等. 插電式混合動力汽車車載復合電源功率分配策略研究[J]. 圖學學報， 2015， 36（4）：603-608.