[发明专利]能量管理策略的验证系统、方法、设备及控制系统

说明书

本发明适用能量管理技术领域，提供了一种能量管理策略的验证系统、方法、设备及控制系统，主要使用负载模拟设备模拟负载运行工况，负载模拟设备可以依靠电力电子元器件构建的能量交换系统，按照工况数据直接进行能量交换，从而对能量系统进行直接的充放电操作，来模拟负载运行时能量消耗与能量回收，工况模拟效果好，降低了能量转换损失，使得验证精确度能够得到较好的保障；部署相对简化，效率较高且降低了成本；工况模拟过程中没有运转的机械部件，安全性高，并消除了机械震动与噪声。

技术领域

本发明属于能量管理技术领域，尤其涉及一种能量管理策略的验证系统、方法、设备及控制系统。

背景技术

随着能源与环境问题日益严峻，传统的汽车工业正在经历一场能源变革，各种类型的新能源汽车，特别是混合动力汽车与纯电动汽车，逐渐进入了人们的视野。储能系统是新能源汽车动力系统中的重要组成部分，其作用是为电驱动系统和其它车载单元(如电动空调压缩机等)提供能量，并能在车辆制动时回收制动能量。储能系统的性能很大程度上影响着整车的动力性与续航里程。组成储能系统的储能单元种类很多，主要有锂电池，镍氢电池，铅酸电池、超级电容、飞轮储能器等，各类储能单元的理化性质不同导致各自的储能特性有很大区别，各有优缺点，目前还没有一种同时具备充放电速度快、功率密度与能量密度高且循环寿命长特性的储能单元。为解决锂电池在功率特性与能量特性上存在的矛盾，人们尝试将两种甚至多种不同形式的储能单元有机结合，例如将能量型储能单元(如能量型锂电池)与功率型储能单元(如超级电容)结合起来，搭配合理的软硬件架构与能量管理策略，使得各储能单元在特性上能够优势互补，扬长避短，实现整个储能系统高的能量利用效率，这样的储能系统称为复合储能系统。

在复合储能系统中，能量管理策略的作用是根据汽车的工作状态，合理进行在各储能单元间的功率分配。优秀的能量管理策略能够最大程度的发挥不同储能器的优势，实现能量的高效利用。能量管理策略主要可分为两大类：基于规则的能量管理策略与基于优化方法的能量管理策略。为了对能量管理策略的效果进行量化，或进行多种能量管理策略间的对比，需要对能量管理策略进行验证。

当前，验证能量管理策略的方法主要有三种：计算机软件仿真、基于实车的测试与基于电机试验台架的测试。这三种方法都有一定的局限性。对于第一种计算机软件仿真的方法，软件仿真往往是基于实物环境简化得到的软件模型环境，具有局限性，其仿真结果也十分依赖于建模的准确性，因为简易模型得到的仿真结果缺乏说服力，而越准确越全面的模型往往越复杂，求解起来比较困难，对计算机性能有要求。对于第二种实车测试方法，为实现不同的能量管理策略，需要编写不同的汽车控制单元(Vehicle Control Unit，VCU)/微控制单元(Micro Control Unit，MCU)控制代码，修改策略也需要修改对应代码，费时费力，同时实车测试往往比较复杂，工作量大，对时间、人员、场地，甚至天气都有要求，成本较高，同时存在一定安全隐患。对于第三种基于电机-测功机实验台的方法，往往需要大功率的电机和测功机来模拟汽车的行驶工况，有时还需要搭配减速箱等传动装置，硬件成本较高；电机试验台需要配套的控制系统(如工控机/PLC等)根据所要模拟的工况数据，对电机和测功机的转速、转矩等参数分别进行控制，以模拟具体的汽车能量消耗与制动能量回收，汽车行驶工况复杂多变，对控制系统要求高，导致了这套控制系统较为复杂；台架上电机和测功机的选型限制了其模拟汽车行驶工况的能力范围，小功率的电机-测功机组合无法模拟大功率工况，而大功率的电机成本高，对低速小功率工况模拟效果差(与电机的调速范围等因素有关)；模拟过程主要涉及电能-机械能-电能间的相互转化，存在较大的能量转换损失(与电机的效率等因素有关)；同时，高速旋转的电机转轴、联轴器等转动部件也存在一定的安全隐患，且伴随着震动与噪声污染；电机试验台需要安装在稳定可靠的底座上，对试验场地和空间有要求。

因此，现有的能量管理策略的验证技术，工况模拟效果较差，无法得到较高的验证精确度；操作复杂，无法灵活高效地部署能量管理策略，效率低下，成本较高，而且还可能存在安全隐患。

发明内容