[发明专利]一种纯电动汽车复合电源系统效率计算模型和优化方法

说明书

技术领域

本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及一种纯电动汽车复合电源系统效率计算模型和优化方法。

背景技术

随着全球汽车产业的快速发展和汽车保有量的迅猛增长，能源危机和环境污染的问题日益严重。伴随《国家“十二五”科学和技术发展规划》正式发布，新能源汽车产业技术成为未来五年科技部重点扶持的领域，因此纯电动汽车将越来越受到关注。

随着政府和社会对环境污染及能源问题的重视程度的提高，节能环保已成为汽车行业发展的主要目标之一。驱动工况的效率研究与制动能量回收一样，都是纯电动汽车节能的重要手段。蓄电池与超级电容之间只有配合融洽，才能既节能，又高效，又动力强劲。在驱动工况下，若能量均充足，蓄电池与超级电容之间的配合一般有2种模式：1.蓄电池单驱模式，系统的功率需求较小，蓄电池小电流放电，无需超级电容的辅助。2.蓄电池与超级电容共同驱动，系统的需求功率较大，蓄电池单独驱动不能较好的满足功率需求，超级电容辅助蓄电池一起驱动。

目前，复合电源电动车单双驱的划分主要依靠经验，没有合理的理论依据，导致车辆在行驶过程中能量效率低下、电池不合理利用而出现设计寿命缩短、不能发挥出最大续驶里程。

发明内容

本发明一种纯电动汽车复合电源系统效率计算模型和优化方法，通过在simulink环境下建模，考虑电池和超级电容以及电机的损耗，结合较为合理的理论模型和实验基础，得出不同功率需求下复合电源系统的效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种基于MATLAB纯电动汽车复合电源系统效率计算模型，包括：蓄电池模型、工作模式逻辑判断模型、需求功率产生模型、系统效率计算模型、超级电容及DC/DC逆变器模型；所述蓄电池模型用于计算出蓄电池在不同工作状态下的功率损耗；所述工作模式逻辑判断模型用于分配系统的功率流；所述系统需求功率模型用于提供路面需求功率作为系统输入；所述系统效率计算模型用于汇总系统各模型的功耗，计算出系统效率η；所述超级电容及DC/DC逆变器模型用于计算出超级电容在不同工作状态下的功率损耗；

所述基于MATLAB纯电动汽车复合电源系统效率计算模型具有两个输入端和一个输出端；

所述第一个输入端将车速、加速度输入到需求功率产生模型，所述需求功率产生模型的输出端将总线需求功率、总线需求电流分别输出到工作模式逻辑判断模型、超级电容及DC/DC逆变器模型的输入端；

所述第二个输入端的蓄电池限制功率P-limit输出到工作模式逻辑判断模型的输入端；所述工作模式逻辑判断模型的输出端将蓄电池需求电流分别输出到超级电容及DC/DC逆变器模型和蓄电池模型的输入端，所述超级电容及DC/DC逆变器模型将超级电容端电压输出到工作模式逻辑判断模型；

所述蓄电池模型将蓄电池损失功率、所述需求功率产生模型将电机的损耗、所述超级电容及DC/DC逆变器模型将超级电容及DC/DC逆变器损耗、所述车速、加速度输入端将路面需求功率均输出到系统效率计算模型的输入端，所述系统效率计算模型的输出端为系统效率η；

进一步，所述蓄电池模型是基于电池的Thevenin模型建立的，包括SOC计算模块、参数获取模块、输出计算模块三大模块，所述SOC计算模块、参数获取模块、输出计算模块依次相连接，经过运算输出蓄电池的损失功率Pw-b。

进一步，所述工作模式逻辑判断模型将总线需求功率P’与手动设定的蓄电池限制功率P-limit进行比较，同时将检测超级电容端电压U_sc与超级电容的底线电压V_b进行比较，若P’＞P-limit且U_sc＞V_b，系统认为进入蓄电池与超级电容同时充电的双驱模式；否则，系统进入单驱模式。

进一步，所述系统需求功率模型是基于电机的效率特性实验建立起来的，所述电机的损耗为P_w-em＝P’-P_r，其中，P’为总线需求功率，P_r为路面需求功率P_r。

进一步，所述超级电容及DC/DC逆变器模型是基于经典拜德极化模型的等效模型建立的，所述超级电容及DC/DC逆变器损耗P_w-sc的计算公式为：

P_w-sc＝I_sc²R_es

其中，R_es代表超级电容的等效串联内阻；I_SC代表超级电容输出电流。