复合电源电动汽车能量管理策略研究

钟晓斌，张志文，李 昕，武雅文

(中北大学能源动力工程学院，山西 太原030051)

基金项目：山西省青年科学基金资助项目（201901D211208）；山西省高等学校科技创新项目（2019L0605）

作者简介：钟晓斌（1986—），男，讲师，博士，主要研究方向为新能源技术，zhongxb@nuc.edu.cn.

摘要：为了合理分配复合电源电动汽车的能量输出，针对动力电池-超级电容复合电源系统研究整车能量管理策略。首先基于AVL-Cruise软件搭建复合电源电动汽车仿真模型，其次根据复合电源系统特性，设计以动力电池SOC、超级电容SOC、系统需求功率为输入，比例因子K为输出的模糊逻辑控制器，对超级电容和动力电池进行功率流分配。仿真结果表明，在2 400 s的NEDC循环工况下，复合电源系统SOC值与单一电源相比提高了12.5%，动力电池平均放电电流降低了约20 A，动力电池峰值放电电流降低了约125 A。

关键词：复合电源系统；模糊逻辑控制策略；AVL-Cruise

中图分类号：U469.72+2     文献标识码：A     文章编号：2095-509X(2021)06-0061-05

传统纯电动汽车的驱动电源大多为动力电池，然而目前动力电池功率密度较低，汽车在实际行驶过程中启动、加减速频繁，造成动力电池大电流快速充放电，对电池寿命有不利的影响。而超级电容功率密度高，可以承受大电流、强功率的充放电，因此将动力电池与超级电容组合成复合电源系统，通过双能量源的优势互补，可以获得优良的比能量和比功率特性。复合电源系统由于具备两种不同的能量源，因此其能量的合理分配成为当前的研究热点。通过研究复合电源电动汽车能量管理策略，不仅可以降低汽车能量消耗，还可以提高汽车制动能量回收效率以及延长复合电源系统的使用寿命^［1-3］。

He等^［4］采用动力电池-超级电容复合电源系统为电动汽车提供动力，实验结果显示动力电池的使用寿命明显延长。任祥喜^［5］经过一系列研究分析，提出一种基于改进人工蜂群算法的复合电源电动汽车能量管理策略，结果表明改进后的能量管理策略在能量消耗方面与改进前相比有一定比例的降低。Moreno等^［6］将神经网络算法应用于复合电源汽车能量管理策略，仿真结果表明汽车续航能力得到显著提升。

本文首先明确复合电源系统的拓扑结构，然后建立复合电源电动汽车仿真模型，在此基础上研究复合电源电动汽车能量管理策略，最后使用AVL-Cruise与MATLAB软件进行联合仿真分析。

1 纯电动汽车复合电源系统的设计

复合电源系统拓扑结构如图1所示，即超级电容与DC/DC变换器串联后再与动力电池并联接入功率总线。

DC/DC变换器负责超级电容两端的电压调整，实时地进行升压和降压模式的切换，达到使超级电容电压和动力电池电压相匹配的目的^［7］。因此需要合理控制DC/DC变换器，从而对超级电容输入、输出端电压进行准确的调节。DC/DC变换器控制流程如图2所示。