预知交通信号的电动汽车分层能量管理策略

预知交通信号的电动汽车分层能量管理策略

杨思霖 谢永清 左姗姗

亚龙智能装备集团股份有限公司 浙江省温州市 325105

摘要：电动汽车作为新能源汽车中的重要类型，是现阶段世界上发展前景最为符合时代要求的车型之一，受到世界汽车工业关注。近年来，随着环境污染问题的加剧，资源和能源的紧缺，电动汽车以其污染小、能耗低的特点，得到快速的发展。在城市路况下，电池和超级电容复合电源电动汽车会对信号灯判断不准确而频繁起停，造成额外的能量消耗。分层能量管理策略使等效燃油经济性提高了3．24%，降低了电池能耗，并且减少了车辆急加速或急减速情况，提高了驾驶舒适性。

关键词：预知交通信号；电动汽车；能量管理

引言

与传统纯电动汽车相比，加装超级电容的电动汽车可以改善电池的输出功率波动，弥补单一电源动力性和经济性不足等问题，而电池和超级电容之间的能量分配策略与车辆性能密切相关。随着智能交通系统的发展，越来越多的车路协同技术在缓解交通压力、减少汽车油耗及尾气排放等方面得到应用。通过感知交通信号信息对车辆参考车速进行优化设计，并根据预测车速设计能量分配策略，是避免车辆在信号灯区域频繁起停、降低能耗的一个解决方案。

1电动汽车电池系统分析

1.1锂离子电池组均衡技术

在电动汽车制造的过程中，由于制造水平存在差异，加上车辆的充放电状态不同，使得电动汽车电池组中单体电池间的电压存在不同，因此，均衡技术的应用可以提高电池的使用寿命。通常来说，均衡技术主要分成被动和主动两种形式，而且主动均衡技术在能量分配中广泛使用，是电动汽车中主流的均衡方案。

1.2并联混合动力汽车能量管理数值研究

在并联混合动力电动汽车能量管理中，以双输入和单输出模糊逻辑控制器作为基础，对电动汽车燃油经济性和充电状态做出研究，分析其数学参数。在模糊逻辑控制中，主要有模糊器、推理系统和解模糊器构成。在模糊规则构建中，需要以理论知识和实践经验作为基础，当HEV中的SOC值属于正常值范围，发电机单独提供动力，只有扭矩超过发动机最大扭矩时，电动机以辅助方式提供定理。在模糊逻辑控制策略中，驱动周期下燃料消耗有着很大程度的降低。相对于逻辑门限控制策略来说，在两个驱动周期中，模糊逻辑控制中的SOC变化非常小，可以有效增强电池放电效率，保证电池更加稳定的运行，增加电池寿命。

2基于交通信号的能量分配原理

超级电容通过一个双向直流变换器连接到电源母线，电池直接连接到电源母线上。动力电池作为主能量源，为车辆提供主动力，超级电容作为能量缓冲器，为能量源的充放电起缓冲作用。复合电源能量管理策略通过调节双向DC/DC变换器，可以在电池和超级电容之间分配所需功率。在上层车速设计策略中，根据车辆实时速度及位置信息，并参考交通信号灯信息，通过所设计的车速计算策略得到车辆实时参考经济车速;将计算好的车速信息反馈给车辆驾驶员，驾驶员获取参考经济车速后，参考道路实际情况选择做出加速或者制动等操作。在下层能量管理策略中，根据驾驶员加速和制动踏板的开度和变化率计算得到车辆的需求功率，根据设计的能量管理策略分配电池和超级电容的输出功率，将控制信号发送到动力电池控制器、超级电容控制器等动力部件，实现整车控制。最后，将车辆实时速度及位置信息反馈到上层车速设计处，实现控制闭环。

3经济车速的选择及能量管理策略

3.1控制原理

在车辆制动中，电机处于发电转台，促进电机产生再生制动例句，实现车辆动能向电能的转化，制动能量的回馈。在制动能量回馈控制时，满足制动安全要求，考虑车辆行驶中的平顺感，做好再生制动和机械制动比例控制，避免再生制动力矩不会引起制动冲击，以此作为基础，最大程度的实现电能回馈。在保证能量回馈效率的同时，注重电机发电能力和电池组充电功率。如果车辆行驶速度较低或者电池SOC值较大，需要对能量回馈系数进行调整。

3.2制动能量回馈策略

在对其制动能量回馈控制策略设计时，需要全面考虑电机发电特点，结合汽车力学特征和安全系数。在电动汽车制动中，前轮和后轮制动力的分类比例，对制动效果影响非常大，而分配比例主要受到车辆整体质心的位置影响。在制动系统设计环节，需要保持其原有制动机构，不需要进行平顺性修正。在保证制动效果的基础上，对制动能量进行回收。一般来说，电动汽车大多数在城市道路上行驶，根据其路况特点，考虑制动能量回收的条件，完善相应的控制策略。根据制动踏板形成确定其总制动力，结合电池和电机的状态，明确其分配比例。在紧急制动的情况下，需要放置制动能量回收，保证车辆行驶安全，保证制动环节的舒适度。

4新型电动汽车电池能量管理

4.1氢燃料电池电动汽车能量管理分析

在氢燃料电池能量控制中，根据电池和超级电容器与燃料电池的结合特点，采取四种控制策略，即峰值电源策略、运行模式控制策略、模糊逻辑控制策略以及等效消耗最小策略。通过对四种策略进行模拟和分析，对其方针计算结果进行探究，四种控制策略有着相似的结果，其中等效消耗最小侧的效果最佳。通过对电动汽车能源消耗进行分析，在等效消耗最小策略下，氢的消耗最小，而且参数调整也非常简单，可以在很多车辆中使用，保证车辆良好的性能。

4.2超级电容器充电汽车能量管理策略

目前，大多数电动汽车使用的电化学电池，电池的寿命和里程受到环境温度、工作温度以及充放电状态的影响。因此，将电池和超级电容器有效的结合，为电动汽车提供能量，改善以往电动汽车电容量小、寿命较短现状。在这样的能量存储系统中，做好能量管理方案，能够有效提高系统运行效率。在控制策略制定时，需要明确电池能量控制目标：促进整体系统效率提升，借助电池能量消耗使得其寿命增加。为了能够实现电池能量控制目标，需要坚持相应的控制原则，电池只提供负载，并不对UC进行充电。当UC处于再生制动或者减速状态时，电池参与其工作，在加速的过程中，UC和电池相互辅助。根据不同的驾驶循环，对其方案性能做出评估，对其他两种额外的控制方式进行分析，结合提出的方式做出比较分析，能量存储系统总能量损失的减少，使得整个系统能量效率增加，使得电池使用寿命增加。

4.3通路混合动力汽车能量管理策略

将通路混合动力汽车作为研究对象，利用模糊逻辑电池能量控制策略，提高混合动力汽车燃油经济性。在其动力体系中，机械路径和电气路径没有相应的机械扭矩耦合装置。想要弥补扭矩耦合机制的不足，在两个动力系统连接主要是通过与路面的接触构建。相对于其他的混合动力汽车来说，此种类型的电力汽车装置更加简单，价格比较低。在电池能量管理中，主要有离线型和在线型。

结束语

在新的时代背景下，人们环保意识的增加，加上能源资源的精确，电动汽车逐渐走进人们的视野，逐渐被人们接受，并且成为未来汽车发展的重要方向。加强电动汽车电池能量管理，能够保证动力电池的安全性，增加电池的使用寿命。经济车速计算及能量管理策略避免了车辆在信号灯区域频繁起停，改善了车辆急加速或急减速情况，提高了乘客的舒适性，并且降低了电池的功率波动及能耗。

参考文献

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［2］专祥涛，崔婷婷．电动汽车复合电源系统能量管理研究［J］．电源技术，2020，44(4):549－552，606．

［3］胡杰，刘迪，杜常清，等．电动汽车复合能源系统能量管理策略研究［J］．机械科学与技术，2020，39(10):1606－1614．