電動(dòng)汽車能量管理與回收系統(tǒng)

電動(dòng)汽車能量管理與回收系統(tǒng)第一頁(yè)，共41頁(yè)。

1.3保證充電功能電池能量管理系統(tǒng)隨時(shí)參與整車檢測(cè)工作，檢測(cè)電池的工作狀態(tài)，尤其對(duì)每只電池的技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)分析，將檢測(cè)的數(shù)據(jù)在車輛停駛，充電之前“通知”充電機(jī)，即“車與機(jī)”的對(duì)話。告訴充電機(jī)，電池組的工作狀態(tài)及每只電池的技術(shù)狀態(tài)，“落后”電池和“先進(jìn)”電池性能差異。此時(shí)充電機(jī)應(yīng)當(dāng)采用什么樣的充電模式給電池充電，才能達(dá)到給電池充足，性能好的電池不能過(guò)充，而性能差的電池又能充足，保證整車能量的供應(yīng)。在放電過(guò)程中保證性能差的電池不能過(guò)放，這一點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是電池能量管理系統(tǒng)最重要的功能之一。1.4DC—DC、DC—AC轉(zhuǎn)換功能如果車輛安裝輔助電池，電池能量管理系統(tǒng)應(yīng)能控制動(dòng)力電池隨時(shí)給輔助電池模塊充電，保證輔助電池模塊的供電功能即DC—DC的轉(zhuǎn)換功能，保證低壓系統(tǒng)的正常工作。當(dāng)應(yīng)用異步電機(jī)時(shí)，電池能量管理系統(tǒng)尚有DC—AC的轉(zhuǎn)換功能保證電動(dòng)汽車的正常運(yùn)行。1.5解決性能一致性的保護(hù)功能如果在電池箱的線路內(nèi)裝置了由于電池性能一致性偏差引起某個(gè)電池性能變化很大，達(dá)到影響系統(tǒng)工作，或該電池受到損壞威脅時(shí)，兩個(gè)電池之間有旁通線路并有控制模塊時(shí)，電池管理系統(tǒng)應(yīng)指令模塊功能啟動(dòng)，進(jìn)行補(bǔ)償，又能保證系統(tǒng)在偏低電壓狀態(tài)下維持工作以便維修。1.6監(jiān)測(cè)記錄控制功能在電池工作狀態(tài)下（充、放電）對(duì)電池模塊的工作性能、安全性能進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)有關(guān)參數(shù)做記錄，內(nèi)存或進(jìn)行提示、警告或指令停車、停機(jī)（充電），即對(duì)過(guò)壓、過(guò)流、欠壓、絕緣等提出警示、警告與控制功能。

第2

頁(yè)第二頁(yè)，共41頁(yè)。使用電池能量管理系統(tǒng)必備的條件

2.1電池模塊方面的要求2.1.1電池模塊應(yīng)具備足夠的使用壽命、可靠性和工作的穩(wěn)定性大家都知道汽車是一種設(shè)計(jì)很緊湊的機(jī)-電—體化的產(chǎn)品。電動(dòng)汽車的緊湊性更加突出、電動(dòng)汽車給安裝電池箱留有的空間有限，有時(shí)會(huì)造成接近性很差，加上電池質(zhì)量很大，拆-卸很不方便，不能隨時(shí)進(jìn)行拆卸。所以要求應(yīng)用的電池具有極好的使用壽命和可靠性，使其減少維護(hù)的頻次、減少拆卸電池的次數(shù)給安裝電池能量管理系統(tǒng)創(chuàng)造條件。電池能量管理系統(tǒng)一個(gè)重要的功能是對(duì)剩余能量的計(jì)算，如應(yīng)用的電池性能不穩(wěn)定、可靠性很差，電池模塊在工作中的性能難于進(jìn)行SOC的估算，另外各種變化條件（溫度、濕度、放電條件等）對(duì)電池模塊的影響都造成對(duì)SOC影響，所以從剩余能量估算角度分析要求電池模塊的性能要穩(wěn)定。

第3

頁(yè)第三頁(yè)，共41頁(yè)。2.1.2電池性能的一致性達(dá)到控制要求電池能量管理的控制參數(shù)是由電池箱參與工作的電池模塊采樣的，而控制參數(shù)并非每個(gè)電池都要采樣，否則參數(shù)量很大，不便管理，難于安裝。一般都在電池箱內(nèi)不同區(qū)域里采取最有代表性的電池模塊，某些性能參數(shù)（比如溫度）作為控制參數(shù)，在經(jīng)過(guò)計(jì)算對(duì)比后發(fā)布控制執(zhí)行指令，執(zhí)行各種控制功能，所以說(shuō)被選擇采樣電池模塊的性能參數(shù)量值上應(yīng)能代表其他沒(méi)被采樣電池模塊的性能，否則的話，它就失去代表的意義。這時(shí)發(fā)出的指令不具備合理性，達(dá)不到對(duì)電池箱內(nèi)電池模塊的能量管理的目的。比如電池箱中電池模塊間的性能差異較大，每個(gè)電池模塊都不具備代表整箱電池模塊性能就難以取得可信的控制參數(shù)。所以說(shuō)，用于電池能量管理的電池模塊其性能間的差異，即電池模塊的間性能一致性差異必須在一定的范圍之內(nèi)，這樣用哪一個(gè)電池模塊作為采樣電池都具備條件，都具有代表性。2.2.1電池模塊用的電池箱為達(dá)到對(duì)電池進(jìn)行能量管理的目的，電池模塊必須裝在一個(gè)箱內(nèi)，該箱應(yīng)具備一定條件：（1）電池箱必須是密封的。除必需的通風(fēng)孔外均不能與大氣相通。密封箱內(nèi)的要求主要考慮電池冷卻氣流的流動(dòng)問(wèn)題，不許在某處泄漏，避免冷卻氣流的流動(dòng)性差造成電池模塊工作溫度的不一致，從而導(dǎo)致性能的一致性進(jìn)一步的惡化。（2）電池箱形狀應(yīng)達(dá)到與電池模塊布置形狀相適應(yīng)。當(dāng)冷卻系統(tǒng)工作時(shí)，冷卻風(fēng)扇提供的冷卻氣流能均勻地流過(guò)每個(gè)電池模塊周圍，箱內(nèi)不能形成氣流的“死區(qū)”和渦流的存在，保證電池模塊工作過(guò)程中溫度均勻、性能一致，防止個(gè)別電池模塊早期損壞。（3）電池箱應(yīng)做到內(nèi)部與電池的絕緣，外部與車身的絕緣，防止電池與車身絕緣電阻低下而影響系統(tǒng)工作，發(fā)生不安全事故。（4）在電池模塊安裝條件下盡量減少電池模塊自行放電的條件。

第4

頁(yè)第四頁(yè)，共41頁(yè)。2.2.2冷卻風(fēng)扇空氣進(jìn)口的選擇電池能量管理系統(tǒng)，無(wú)論在充電或放電過(guò)程中它都存在工作的可能性，即它應(yīng)具備全天候工作的條件。所以電池能量管理系統(tǒng)冷卻空氣進(jìn)口的選擇就十分重要。它要保證進(jìn)入電池箱內(nèi)的空氣是清潔的即要求防塵和防雨水進(jìn)入電池箱內(nèi)。如果防塵和防雨措施做得不好，會(huì)有灰塵臟物和雨水進(jìn)入電池箱內(nèi)，這樣會(huì)造成電池模塊間的爬電，自放電量的增加，電池箱與車身絕緣阻值的下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成電池模塊的短路，這是很危險(xiǎn)的。此時(shí)管理系統(tǒng)會(huì)發(fā)出指令，停止車輛行駛或停止充電，而影響車輛的運(yùn)行。實(shí)際應(yīng)用也說(shuō)明了這一點(diǎn)能量管理系統(tǒng)冷卻空氣進(jìn)口位置的選擇十分重要，具體選在何處應(yīng)由汽車設(shè)計(jì)者根據(jù)整車的總布置來(lái)決定。2.2.3電池冷卻空氣的提供方式（吸風(fēng)或排風(fēng)）的選擇電池箱排氣口的選擇十分重要，排氣口位置的選擇正常與否會(huì)影響電池箱內(nèi)冷卻風(fēng)扇的工作性能，選擇得正確會(huì)有助于冷卻風(fēng)扇的工作。如何利用汽車前進(jìn)時(shí)在電池箱某部造成的，負(fù)壓區(qū)，加速電池箱內(nèi)氣體的排除也是值得考慮的一個(gè)問(wèn)題。2.2.4充電條件下對(duì)電池模塊的冷卻電動(dòng)汽車尤其是純電動(dòng)汽車的電能補(bǔ)充都是在汽車停駛時(shí)依賴外源進(jìn)行充電。從蓄電池的工作狀態(tài)來(lái)分析其放熱量最大的時(shí)候是充電狀態(tài)下而不是放電狀態(tài)下，充電時(shí)往往要求對(duì)電池模塊加強(qiáng)冷卻，這時(shí)一般都是汽車停駛狀態(tài)。汽車停駛時(shí)一般汽車儀表用輔助電源均處于停電狀態(tài)下，而此時(shí)的電池管理系統(tǒng)須供電使其具有指令的功能，保證電池模塊的冷卻條件，有的電動(dòng)汽車忽略這一點(diǎn)，在停車時(shí)輔助電源由鑰匙開(kāi)關(guān)控制，全部停止供電是不行的，電池管理系統(tǒng)的電源應(yīng)當(dāng)處于常閉狀態(tài)，電動(dòng)汽車停駛時(shí)也應(yīng)有電源供應(yīng)，保證管理系統(tǒng)的正常工作。

第5

頁(yè)第五頁(yè)，共41頁(yè)。

第6

頁(yè)電動(dòng)汽車的能量管理與回收系統(tǒng)3.1電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)3.1.1電池管理系統(tǒng)的功能3.1.2純電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)3.1.3混合動(dòng)力電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)3.2電動(dòng)汽車再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)3.2.1制動(dòng)能量回收的方法和類型3.2.2電動(dòng)汽車的制動(dòng)能量回收系統(tǒng)第六頁(yè)，共41頁(yè)。

第7

頁(yè)3.1電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)在電動(dòng)汽車中非常重要，它由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，如圖所示。能量管理系統(tǒng)具有從電動(dòng)汽車各子系統(tǒng)采集運(yùn)行數(shù)據(jù)，控制完成電池的充電、顯示蓄電池的荷電狀態(tài)(SOC)、預(yù)測(cè)剩余行駛里程、監(jiān)控電池的狀態(tài)、調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度、調(diào)節(jié)車燈亮度以及回收再生制動(dòng)能量為蓄電池充電等功能。能量管理系統(tǒng)中最主要的是電池管理系統(tǒng)。

第七頁(yè)，共41頁(yè)。

第8

頁(yè)3.1.1電池管理系統(tǒng)的功能電池管理系統(tǒng)是集監(jiān)測(cè)、控制與管理為一體的復(fù)雜的電氣測(cè)控系統(tǒng)，也是電動(dòng)汽車商品化、實(shí)用化的關(guān)鍵。電池管理的核心問(wèn)題就是SOC的預(yù)估問(wèn)題，電動(dòng)汽車電池操作窗SOC的合理范圍是30~70%，這對(duì)保證電池壽命和整體的能量效率至關(guān)重要。典型的電池管理系統(tǒng)應(yīng)具備如下功能：（1）實(shí)時(shí)采集電池系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。實(shí)時(shí)采集電動(dòng)汽車蓄電池組中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流以及電池組總電壓等。由于電池組中的每塊電池在使用中的性能和狀態(tài)不一致，因而對(duì)每塊電池的電壓、電流和溫度數(shù)據(jù)都要進(jìn)行監(jiān)測(cè)。（2）確定電池的SOC。準(zhǔn)確估測(cè)動(dòng)力電池組的SOC，從而隨時(shí)預(yù)報(bào)電動(dòng)汽車儲(chǔ)能電池還剩余多少能量或儲(chǔ)能電池的SOC，使電池的SOC值控制在30%~70%的工作范圍。第八頁(yè)，共41頁(yè)。

第9

頁(yè)3.1.1電池管理系統(tǒng)的功能（3）故障診斷與報(bào)警。當(dāng)蓄電池電量或能量過(guò)低需要充電時(shí)，及時(shí)報(bào)警，以防止電池過(guò)放電而損害電池的使用壽命；當(dāng)電池組的溫度過(guò)高，非正常工作時(shí)，及時(shí)報(bào)警，以保證蓄電池正常工作。（4）電池組的熱平衡管理。電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)是電池管理系統(tǒng)的有機(jī)組成部分，其功能是通過(guò)風(fēng)扇等冷卻系統(tǒng)和熱電阻加熱裝置使電池溫度處于正常工作溫度范圍內(nèi)。（5）一致性補(bǔ)償。當(dāng)電池之間有差異時(shí)，有一定措施進(jìn)行補(bǔ)償，保證電池組表現(xiàn)能力更強(qiáng)，并有一定的手段來(lái)顯示性能不良的電池位置，以便修理替換。一般采用充電補(bǔ)償功能。設(shè)計(jì)有旁路分流電路，以保證每個(gè)單體都可以充滿電，這樣可以減緩電池老化的進(jìn)度，延長(zhǎng)電池的使用壽命。（6）通過(guò)總線實(shí)現(xiàn)各檢測(cè)模塊和中央處理單元的通訊。在電動(dòng)汽車上實(shí)現(xiàn)電池管理的難點(diǎn)和關(guān)鍵在于如何根據(jù)采集的每塊電池的電壓、溫度和充放電電流的歷史數(shù)據(jù)，建立確定每塊電池剩余能量的較精確的數(shù)學(xué)模型，即準(zhǔn)確估計(jì)電動(dòng)汽車蓄電池的SOC狀態(tài)。第九頁(yè)，共41頁(yè)。

第10

頁(yè)3.1.2純電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)1.純電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)的組成純電動(dòng)汽車能源管理系統(tǒng)主要由電池輸入控制器、車輛運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、車輛操縱狀態(tài)、能源管理系統(tǒng)ECU、電池輸出控制器、電機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)控制等組成。

第十頁(yè)，共41頁(yè)。

第11

頁(yè)3.1.2純電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)2.電池荷(充)電狀態(tài)指示器電池荷(充)電狀態(tài)指示器是能源管理系統(tǒng)的一個(gè)重要組成。電動(dòng)汽車蓄電池中儲(chǔ)存有多少電能，還能行駛多少里程，是電動(dòng)汽車行駛中必須知道的重要參數(shù)。與燃油汽車的油量表類似的儀表就是電池荷(充)電狀態(tài)指示器，它是能源管理系統(tǒng)的一個(gè)重要裝置。因此，在電動(dòng)汽車中裝備滿足這一需求的儀表即電池荷(充)電狀態(tài)指示器。

第十一頁(yè)，共41頁(yè)。

第12

頁(yè)3.1.2純電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)電池管理系統(tǒng)是能源管理系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。蓄電池管理系統(tǒng)主要任務(wù)是保持電動(dòng)汽車蓄電池性能良好，并優(yōu)化各蓄電池的電性能和保存、顯示測(cè)試數(shù)據(jù)等。目前，主要是根據(jù)實(shí)際情況，確定具體純電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)的功能和形式。電池管理系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。硬件的設(shè)計(jì)取決于管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能?；疽獙?shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池組的合理管理，即保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠穩(wěn)定的系統(tǒng)通信、抗干擾性。在具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定需要采集動(dòng)力電池組的數(shù)據(jù)類型；根據(jù)采集量以及精度要求確定前向通道的設(shè)計(jì)；根據(jù)通信數(shù)據(jù)量以及整車的要求選用合理的總線。第十二頁(yè)，共41頁(yè)。

第13

頁(yè)3.1.2純電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)圖是某電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。第十三頁(yè)，共41頁(yè)。

第14

頁(yè)3.1.2純電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)本硬件系統(tǒng)是在基于ATMEGA8L單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。（1）電壓采樣的實(shí)現(xiàn)。電壓采樣是對(duì)電動(dòng)汽車電池組的電壓進(jìn)行采樣，每個(gè)電池組由10個(gè)單體電池構(gòu)成。本系統(tǒng)中一共有14個(gè)電池組組成電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池。原理如圖所示，每個(gè)電池為一個(gè)電池組。第十四頁(yè)，共41頁(yè)。

第15

頁(yè)3.1.2純電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)（2）電流采樣的實(shí)現(xiàn)。電流的采樣是估計(jì)電池SOC的主要依據(jù)。這里采用電流傳感器LT308(LEM)其測(cè)量電路如圖所示。第十五頁(yè)，共41頁(yè)。

第16

頁(yè)3.1.2純電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)（3）溫度采樣的實(shí)現(xiàn)。溫度傳感器采用美國(guó)DALLAS公司繼DS1820之后推出的增強(qiáng)型單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20。溫度采集電路如圖所示。

第十六頁(yè)，共41頁(yè)。

第17

頁(yè)3.1.2純電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)（4）抗干擾措施的設(shè)計(jì)。由于電池管理系統(tǒng)用在情況比較復(fù)雜的電動(dòng)汽車上，所以干擾可以沿各種線路侵入單片機(jī)系統(tǒng)。其主要的渠道有三條：即空間干擾、供電系統(tǒng)干擾、過(guò)程通道干擾。干擾對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的作用可以分為三個(gè)部位：第一個(gè)部位是輸入系統(tǒng)，干擾疊加在信號(hào)上，使數(shù)據(jù)采集誤差增大，特別在前向通道的傳感器接口是小電壓信號(hào)輸入時(shí)，此現(xiàn)象會(huì)更加嚴(yán)重；第二個(gè)部位是輸出系統(tǒng)，使各輸出信號(hào)混亂，不能正常反映單片機(jī)系統(tǒng)的真實(shí)輸出量，導(dǎo)致一系列嚴(yán)重后果；第三個(gè)部位是單片機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)核，使總線上的數(shù)字信號(hào)錯(cuò)亂，程序運(yùn)行失常，內(nèi)部程序指針錯(cuò)亂，控制狀態(tài)失靈，單片機(jī)中數(shù)據(jù)被修改，更嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致死機(jī)，使系統(tǒng)完全崩潰。第十七頁(yè)，共41頁(yè)。

第18

頁(yè)3.1.2純電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)（5）車載CAN通訊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。在電池管理系統(tǒng)中，CAN通訊的實(shí)現(xiàn)是由外圍設(shè)置CAN的控制器和接收器組成的通訊模塊，它的設(shè)計(jì)如圖所示。第十八頁(yè)，共41頁(yè)。

第19

頁(yè)3.1.3混合動(dòng)力電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)1.串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理策略由于串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車行駛工況沒(méi)有直接聯(lián)系，因此能量管理策略的主要目標(biāo)是使發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳效率區(qū)和排放區(qū)工作。為了優(yōu)化能量分配整體效率，還應(yīng)考慮傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力電池、發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)等部件。串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車有3種基本的能量管理策略。(1)恒溫器策略。當(dāng)動(dòng)力電池SOC低于設(shè)定的低門限值時(shí)，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，在最低油耗或排放點(diǎn)按恒功率模式輸出，一部分功率用于滿足車輪驅(qū)動(dòng)功率要求，另一部分功率給動(dòng)力電池充電。而當(dāng)動(dòng)力電池組SOC上升到所設(shè)定的高門限值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛。其優(yōu)點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)效率高、排放低，缺點(diǎn)是動(dòng)力電池充放電頻繁，加上發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)時(shí)的動(dòng)態(tài)損耗，使得系統(tǒng)總體的損失功率變大，能量轉(zhuǎn)換效率較低。第十九頁(yè)，共41頁(yè)。

第20

頁(yè)3.1.3混合動(dòng)力電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)(2)功率跟蹤式策略。由發(fā)動(dòng)機(jī)全程跟蹤車輛功率需求，只有在動(dòng)力電池的SOC大于SOC設(shè)定上限時(shí)，且僅由動(dòng)力電池提供的功率能滿足車輛需求時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)才停機(jī)或怠速運(yùn)行。由于動(dòng)力電池容量小，動(dòng)力電池充放電次數(shù)減少而使得系統(tǒng)內(nèi)部損失減少。但是發(fā)動(dòng)機(jī)必須在從低到高的較大負(fù)荷區(qū)內(nèi)運(yùn)行，使得發(fā)動(dòng)機(jī)效率和排放不如恒溫器策略。(3)基本規(guī)則型策略。該策略綜合了恒溫器策略與功率跟蹤式策略兩者的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性圖設(shè)定了高效率工作區(qū)，根據(jù)動(dòng)力電池的充放電特性設(shè)定了動(dòng)力電池高效率的荷電狀態(tài)范圍。并設(shè)定一組控制規(guī)則，根據(jù)需求功率和SOC進(jìn)行控制，以充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力電池的高效率區(qū)，使其達(dá)到整體效率最高。第二十頁(yè)，共41頁(yè)。

第21

頁(yè)3.1.3混合動(dòng)力電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)2.并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理策略并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理策略基本屬于基于轉(zhuǎn)矩的控制。目前主要有以下4類：(1)靜態(tài)邏輯門限策略。該策略通過(guò)設(shè)置車速、動(dòng)力電池SOC上下限、發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)矩等一組門限參數(shù)，限定動(dòng)力系統(tǒng)各部件的工作區(qū)域，并根據(jù)車輛實(shí)時(shí)參數(shù)及預(yù)先設(shè)定的規(guī)則調(diào)整動(dòng)力系統(tǒng)各部件的工作狀態(tài)，以提高車輛整體性能。(2)瞬時(shí)優(yōu)化能量管理策略。瞬時(shí)優(yōu)化策略一般是采用“等效燃油消耗最少”法或“功率損失最小”法，二者原理類似。其中“等效燃油消耗最少”法將電機(jī)的等效油耗與發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際油耗之和定義為名義油耗，將電機(jī)的能量消耗轉(zhuǎn)換為等效的發(fā)動(dòng)機(jī)油耗，得到一張類似于發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性圖的電機(jī)等效油耗圖。

第二十一頁(yè)，共41頁(yè)。

第22

頁(yè)3.1.3混合動(dòng)力電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)

(3)全局最優(yōu)能量管理策略。全局最優(yōu)能量管理策略是應(yīng)用最優(yōu)化方法和最優(yōu)控制理論開(kāi)發(fā)出來(lái)的混合動(dòng)力系統(tǒng)能量分配策略，目前主要有基于多目標(biāo)數(shù)學(xué)規(guī)劃方法的能量管理策略、基于古典變分法的能量管理策略和基于Bellman動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論的能量管理策略三種。

(4)模糊能量管理策略。該策略基于模糊控制方法來(lái)決策混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作模式和功率分配，將“專家”的知識(shí)以規(guī)則的形式輸入模糊控制器中，模糊控制器將車速、電池SOC、需求功率/轉(zhuǎn)矩等輸入量模糊化，基于設(shè)定的控制規(guī)則來(lái)完成決策，以實(shí)現(xiàn)對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)的合理控制，從而提高車輛整體性能?；谀：壿嫴呗钥梢员磉_(dá)難以精確定量表達(dá)的規(guī)則；可以方便地實(shí)現(xiàn)不同影響因素(功率需求、SOC等)的折中；魯棒性好。但是模糊控制器的建立主要依靠經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法獲得全局最優(yōu)。

第二十二頁(yè)，共41頁(yè)。

第23

頁(yè)3.1.3混合動(dòng)力電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)

3.混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理策略混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車由于其特有的傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如采用行星齒輪傳動(dòng)，除了采用瞬時(shí)優(yōu)化能量管理策略、全局優(yōu)化能量管理策略和模糊能量管理策略(與并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車能量管理策略原理類似)以外，還有一些特有的能量管理策略：(1)發(fā)動(dòng)機(jī)恒定工作點(diǎn)策略。由于采用了行星齒輪機(jī)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以獨(dú)立于車速變化，這樣使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最優(yōu)工作點(diǎn)，提供恒定的轉(zhuǎn)矩輸出，而剩余的轉(zhuǎn)矩則由電動(dòng)機(jī)提供。這樣電動(dòng)機(jī)來(lái)負(fù)責(zé)動(dòng)態(tài)部分，避免了發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)帶來(lái)的損失，而且與發(fā)動(dòng)機(jī)相比，電動(dòng)機(jī)的控制也更為靈敏，易于實(shí)現(xiàn)。(2)發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)工作曲線策略。發(fā)動(dòng)機(jī)工作在萬(wàn)有特性圖中最佳油耗線上，只有當(dāng)發(fā)電機(jī)電流需求超出電池的接受能力或者當(dāng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電流需求超出電動(dòng)機(jī)或電池的允許限制時(shí)，才調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)。第二十三頁(yè)，共41頁(yè)。

第24

頁(yè)3.1.3混合動(dòng)力電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)1.串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的工作模式(1)純電動(dòng)模式。發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，車輛僅由蓄電池組供電、驅(qū)動(dòng)。(2)純發(fā)動(dòng)機(jī)模式。車輛牽引功率僅來(lái)源發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組，而蓄電池組既不供電也不從驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中吸收任何功率，電設(shè)備組用作從發(fā)動(dòng)機(jī)到驅(qū)動(dòng)輪的電傳動(dòng)系。(3)混合模式。牽引功率由發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組和蓄電池組共同提供。(4)發(fā)動(dòng)機(jī)牽引和蓄電池充電模式。發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組供給向蓄電池組充電和驅(qū)動(dòng)車輛所需的功率。(5)再生制動(dòng)模式。發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組關(guān)閉，牽引電機(jī)產(chǎn)生的電功率用于向蓄電池組充電。(6)蓄電池組充電模式。牽引電動(dòng)機(jī)不接受功率，發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組向蓄電池組充電。(7)混合式蓄電池充電模式。發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組和運(yùn)行在發(fā)電機(jī)狀態(tài)下的牽引電動(dòng)機(jī)共同向蓄電池組充電。第二十四頁(yè)，共41頁(yè)。

第25

頁(yè)3.1.3混合動(dòng)力電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)2.并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的工作模式并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車主要蘊(yùn)含以下工作模式：(1)純電動(dòng)模式。當(dāng)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車處于起步、低速等輕載工況且動(dòng)力電池的電量充足時(shí)，若以發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，則發(fā)動(dòng)機(jī)燃油效率較低，并且排放性能很差。因此，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，由動(dòng)力電池提供能量并以電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛。但當(dāng)動(dòng)力電池的電量較低時(shí)，為保護(hù)電池，應(yīng)當(dāng)切換到行車充電模式。(2)純發(fā)動(dòng)機(jī)模式。在車輛高速行駛等中等負(fù)荷時(shí)，車輛克服路面阻力運(yùn)行所需的動(dòng)力較小，一般情況下主要由發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)可工作于高效區(qū)域，燃油效率較高。(3)混合驅(qū)動(dòng)模式。在加速或爬坡等大負(fù)荷情況下，當(dāng)車輛行駛所需的動(dòng)力超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)工作范圍或高效區(qū)時(shí)，由電機(jī)提供輔助動(dòng)力同發(fā)動(dòng)機(jī)一同驅(qū)動(dòng)車輛。若此時(shí)動(dòng)力電池的剩余電量較低，則轉(zhuǎn)換到純發(fā)動(dòng)機(jī)模式。第二十五頁(yè)，共41頁(yè)。

第26

頁(yè)3.1.3混合動(dòng)力電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)(4)行車充電模式。在車輛正常行駛等中低負(fù)荷時(shí)，若動(dòng)力電池的剩余電量較低，發(fā)動(dòng)機(jī)除了要提供驅(qū)動(dòng)車輛所需的動(dòng)力外，還要提供額外的功率通過(guò)電機(jī)發(fā)電以轉(zhuǎn)換成電能給動(dòng)力電池充電。(5)再生制動(dòng)模式。當(dāng)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車減速/制動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，電機(jī)盡可能多地回收再生制動(dòng)能量，剩余部分由機(jī)械制動(dòng)器消耗。(6)怠速/停車模式。在怠速/停車模式中，通常關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)，但當(dāng)動(dòng)力電池剩余電量較低時(shí)，需要開(kāi)啟發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)，控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作于高效區(qū)并拖動(dòng)電機(jī)為動(dòng)力電池充電。

第二十六頁(yè)，共41頁(yè)。

第27

頁(yè)3.2電動(dòng)汽車再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)

再生制動(dòng)是指電動(dòng)汽車在減速制動(dòng)(剎車或者下坡)時(shí)將汽車的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化的電能儲(chǔ)存在儲(chǔ)存裝置中，如各種蓄電池、超級(jí)電容和超高速飛輪，最終增加電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程。如果儲(chǔ)能器已經(jīng)被完全充滿，再生制動(dòng)就不能實(shí)現(xiàn)，所需的制動(dòng)力就只能由常規(guī)的制動(dòng)系統(tǒng)提供。圖為電動(dòng)汽車的制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

第二十七頁(yè)，共41頁(yè)。

第28

頁(yè)3.2.1制動(dòng)能量回收的方法和類型

制動(dòng)能量回收的基本原理是先將汽車制動(dòng)或減速時(shí)的一部分機(jī)械能（動(dòng)能）經(jīng)再生系統(tǒng)轉(zhuǎn)換（或轉(zhuǎn)移）為其它形式的能量（旋轉(zhuǎn)動(dòng)能、液壓能、化學(xué)能等），并儲(chǔ)存在儲(chǔ)能器中，同時(shí)產(chǎn)生一定的負(fù)荷阻力使汽車減速制動(dòng)；當(dāng)汽車再次啟動(dòng)或加速時(shí)，再生系統(tǒng)又將儲(chǔ)存在儲(chǔ)能器中的能量再轉(zhuǎn)換為汽車行駛所需要的動(dòng)能（驅(qū)動(dòng)力）。1.制動(dòng)能量回收方法根據(jù)儲(chǔ)能機(jī)理不同，電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收的方法也不同，主要有3種，即飛輪儲(chǔ)能、液壓儲(chǔ)能和電化學(xué)儲(chǔ)能。第二十八頁(yè)，共41頁(yè)。

第29

頁(yè)3.2.1制動(dòng)能量回收的方法和類型飛輪儲(chǔ)能是利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪來(lái)儲(chǔ)存和釋放能量，能量轉(zhuǎn)換過(guò)程如圖所示。當(dāng)汽車制動(dòng)或減速時(shí)，先將汽車在制動(dòng)或減速過(guò)程中的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成飛輪高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能；當(dāng)汽車再次啟動(dòng)或加速時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的飛輪又將存儲(chǔ)的動(dòng)能通過(guò)傳動(dòng)裝置轉(zhuǎn)化為汽車行駛的驅(qū)動(dòng)力。第二十九頁(yè)，共41頁(yè)。

第30

頁(yè)3.2.1制動(dòng)能量回收的方法和類型圖是一種飛輪儲(chǔ)能式制動(dòng)能量回收系統(tǒng)示意圖。系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、高速儲(chǔ)能飛輪、增速齒輪、離合器和驅(qū)動(dòng)橋組成。發(fā)動(dòng)機(jī)用來(lái)提供驅(qū)動(dòng)汽車的主要?jiǎng)恿?，高速?chǔ)能飛輪用來(lái)回收制動(dòng)能量以及作為負(fù)荷平衡裝置，為發(fā)動(dòng)機(jī)提供輔助的功率以滿足峰值功率的要求。第三十頁(yè)，共41頁(yè)。

第31

頁(yè)3.2.1制動(dòng)能量回收的方法和類型液壓儲(chǔ)能工作過(guò)程如圖所示。它是先將汽車在制動(dòng)或減速過(guò)程中的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成液壓能，并將液壓能儲(chǔ)存在液壓蓄能器中；當(dāng)汽車再次啟動(dòng)或加速時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)又將蓄能器中的液壓能以機(jī)械能的形式反作用于汽車，以增加汽車的驅(qū)動(dòng)力。第三十一頁(yè)，共41頁(yè)。

第32

頁(yè)3.2.1制動(dòng)能量回收的方法和類型圖是液壓儲(chǔ)能式制動(dòng)能量回收系統(tǒng)示意圖。系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵/馬達(dá)、液壓蓄能器、變速器、驅(qū)動(dòng)橋、離合器和液壓控制系統(tǒng)組成。

第三十二頁(yè)，共41頁(yè)。

第33

頁(yè)3.2.1制動(dòng)能量回收的方法和類型電化學(xué)儲(chǔ)能工作原理如圖所示。它是先將汽車在制動(dòng)或減速過(guò)程中的動(dòng)能，通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能并以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在儲(chǔ)能器中；當(dāng)汽車再次啟動(dòng)或加速時(shí)，再將儲(chǔ)能器中的化學(xué)能通過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為汽車行駛的動(dòng)能。儲(chǔ)能器可采用蓄電池或超級(jí)電容，由發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電能之間的轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)還包括一個(gè)控制單元，用來(lái)控制蓄電池或超級(jí)電容的充放電狀態(tài)，并保證蓄電池的剩余電量在規(guī)定的范圍內(nèi)。第三十三頁(yè)，共41頁(yè)。

第34

頁(yè)3.2.1制動(dòng)能量回收的方法和類型圖是一種用于前輪驅(qū)動(dòng)汽車的電化學(xué)儲(chǔ)能式制動(dòng)能量回收示意圖。當(dāng)汽車以恒定速度或加速度行駛時(shí)，電磁離合器脫開(kāi)。當(dāng)汽車制動(dòng)時(shí)，行車制動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)始工作，汽車減速制動(dòng)，電磁離合器接合，從而接通驅(qū)動(dòng)軸和變速器的輸出軸。這樣，汽車的動(dòng)能由輸出軸、離合器、驅(qū)動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪傳到發(fā)動(dòng)機(jī)和飛輪上。制動(dòng)時(shí)的機(jī)械能由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換為電能，存入蓄電池。

第三十