哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院、清華大學(xué)汽車(chē)安全與節(jié)能?chē)?guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員周美蘭、馮繼峰、張宇、楊明亮、吳曉剛，在2019年第23期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文（論文標(biāo)題為“純電動(dòng)客車(chē)復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)功率分配控制策略研究”），針對(duì)復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)中電池承擔(dān)功率過(guò)高的問(wèn)題，分別制定了邏輯門(mén)限控制和模糊控制兩種功率分配控制策略。
對(duì)鋰電池單體進(jìn)行不同倍率充放電和自放電實(shí)驗(yàn)，對(duì)超級(jí)電容進(jìn)行恒流充放電和恒功率放電實(shí)驗(yàn)，基于所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用最小二乘法進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)得到復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)模型參數(shù)。在Matlab-Cruise聯(lián)合仿真的環(huán)境下搭建整車(chē)模型，進(jìn)而創(chuàng)建動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，實(shí)現(xiàn)控制策略實(shí)時(shí)仿真。給出了鋰電池單獨(dú)供電、采用邏輯門(mén)限控制策略和采用模糊控制策略時(shí)的功率變化曲線(xiàn)、鋰電池荷電狀態(tài)（SOC）變化曲線(xiàn)以及儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量流圖，并進(jìn)行對(duì)比分析。
仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相對(duì)于邏輯門(mén)限控制策略，采用模糊控制策略時(shí)，在中國(guó)城市道路工況中鋰電池SOC提高0.162%，節(jié)省電能0.4301kWh。為驗(yàn)證所提策略的有效性，搭建了復(fù)合儲(chǔ)能客車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提出的復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)模糊控制策略能夠降低鋰電池電流，有效回收制動(dòng)能量。
鋰電池作為傳統(tǒng)純電動(dòng)汽車(chē)的主要能量源，價(jià)格合理、比能量高。然而過(guò)大的放電電流和較長(zhǎng)的充電時(shí)間嚴(yán)重影響了鋰電池的壽命和基本特性，從而影響了車(chē)輛的加速性能、安全性能等。超級(jí)電容具有較高的功率密度和較快的充放電速率，內(nèi)阻隨電流的增大而減小，將其作為輔助能源可以承受大電流充放電，在一定程度上能夠緩解電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程短的問(wèn)題，在能源和污染的問(wèn)題上也具有重要的意義。
在對(duì)能量管理的分析中，基于規(guī)則的控制方法是最為經(jīng)典的控制方法。
有學(xué)者利用邏輯門(mén)限控制策略降低了混合動(dòng)力汽車(chē)油耗。
有學(xué)者利用邏輯門(mén)限控制策略對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)行駛最大允許功率的閾值進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)優(yōu)化后整車(chē)的經(jīng)濟(jì)性得到了提高。
有學(xué)者設(shè)計(jì)了純電動(dòng)汽車(chē)復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)邏輯門(mén)限控制策略，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該控制策略能夠避免蓄電池大電流沖擊，提高蓄電池的使用壽命和汽車(chē)的續(xù)駛里程。
近年來(lái)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等智能控制方法被應(yīng)用到車(chē)輛能量管理技術(shù)中。
有學(xué)者將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于整車(chē)能量管理中。
有學(xué)者采用改進(jìn)的非支配排序遺傳算法降低了增程式汽車(chē)的油耗。
有學(xué)者利用帶精英策略的非支配遺傳基因算法使整車(chē)系統(tǒng)能量損失得到有效降低。
有學(xué)者利用粒子群算法設(shè)計(jì)了雙能源電動(dòng)汽車(chē)的模糊能量控制器，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明整車(chē)具有更好的燃油經(jīng)濟(jì)性。
有學(xué)者制定了復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的復(fù)合模糊控制策略，與鋰電池單獨(dú)供電相比，百公里加速時(shí)間縮短了9.85%，紐約城市循環(huán)（New York City Cycle, NYCC）工況下總能耗降低了19.08%，動(dòng)力電池溫升降低了61.53%。
有學(xué)者提出一種混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)復(fù)合電源的非線(xiàn)性控制策略，該功率分配控制策略能充分發(fā)揮復(fù)合電源中蓄電池和超級(jí)電容器的優(yōu)勢(shì)。
目前，盡管復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)被越來(lái)越多的研究人員所關(guān)注，且在降低功耗、制動(dòng)能量回收、延長(zhǎng)鋰電池使用壽命等方面也取得了很多成績(jī)，但在制動(dòng)能量回收和功率分配方面的研究仍顯不足。
本文主要對(duì)純電動(dòng)客車(chē)復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行模型構(gòu)建和參數(shù)辨識(shí)。同時(shí)，針對(duì)電動(dòng)客車(chē)復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率分配問(wèn)題，制定了邏輯門(mén)限控制策略和模糊控制策略?xún)煞N功率分配方法。
應(yīng)用汽車(chē)仿真軟件Cruise構(gòu)建了電動(dòng)客車(chē)整車(chē)模型，并將中國(guó)城市道路工況下的仿真結(jié)果與鋰電池單獨(dú)供電進(jìn)行對(duì)比分析。搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證所提模糊控制策略在降低鋰電池充放電電流、降低系統(tǒng)能耗等方面的有效性。
圖1 復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
圖11 整車(chē)仿真模型
圖26 實(shí)驗(yàn)臺(tái)架及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
結(jié)論
本文以純電動(dòng)客車(chē)復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)為研究對(duì)象，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了鋰電池與超級(jí)電容參數(shù)，進(jìn)而在Cruise中搭建純電動(dòng)客車(chē)整車(chē)模型。以復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)能量消耗最少為目標(biāo)，制定了相應(yīng)的邏輯門(mén)限控制策略和模糊控制策略，并搭建了帶有復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，對(duì)模糊控制策略進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得到以下結(jié)論：
1）仿真結(jié)果表明，在中國(guó)城市道路工況下相比鋰電池單獨(dú)供電，采用邏輯門(mén)限控制策略時(shí)鋰電池SOC提高0.499%，能耗減少1.3493kW.h；采用模糊控制策略時(shí)鋰電池SOC提高0.661%，能耗減少1.7794kW.h。
2）仿真結(jié)果表明，采用鋰電池單獨(dú)供電時(shí)，鋰電池電流有很大一部分分布在60A以上；采用邏輯門(mén)限控制策略時(shí)，60A以上分布明顯減少；采用模糊控制策略時(shí)，電流幾乎全部分布在60A以下。
3）實(shí)驗(yàn)表明，所提出的模糊控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)鋰電池與超級(jí)電容之間功率的合理分配，降低鋰電池工作電流，有效回收制動(dòng)能量，從而延長(zhǎng)了鋰電池使用壽命和純電動(dòng)客車(chē)的續(xù)駛里程。
