[发明专利]一种新能源汽车电源系统及分配方法

权利要求书

1.一种新能源汽车电源系统，其特征在于，包括三相PWM双向整流单元、第一双有源桥DC/DC变换单元、第二三相PWM双向整流单元、第二双有源桥DC/DC变换单元、BOOST升压变换单元、新能源输入接口、超级电容、汽车电动机、USB直流接口、交流设备接口；

所述三相PWM双向整流单元输入端与所述BOOST升压变换单元相连接，所述交流设备接口与所述三相PWM双向整流单元输出端相连接；所述第一双有源桥DC/DC变换单元的输入端与BOOST升压变换单元相连接，所述第一双有源桥DC/DC变换单元输出端与超级电容连接，所述第二三相PWM双向整流单元输入端与BOOST升压变换单元相连接，第二三相PWM双向整流单元输出端与汽车电动机连接，所述第二双有源桥DC/DC变换单元输出端与USB直流接口连接，所述新能源输入接口与BOOST升压变化单元的输入端相连接；

所述的新能源汽车电源系统，用于实现一种新能源汽车电源分配方法，包括以下步骤：

步骤1：以新能源汽车的经济指标，能量利用率，人体舒适度建立以时间t为因变量的车载能源路由器多目标优化函数F(t)：

所述经济指标f₁(p₁,p₂)为：

α大于0为经济指标系数

所述能量利用率f₂(p₁,p₂,p₃,p₄,p₅)为：

β大于0为能量利用率系数

所述人体舒适度：

χ大于0为体感舒适利用率系数；

所述的p_zr,p_zc为新能源汽车电源系统输入总功率和新能源汽车电源系统输出总功率；

p_zr＝p₁+p₂

p_zc＝p₃+p₄+p₅

其中p₁,p₂,p₃,p₄,p₅分别为新能源端口输入功率，电动机端口输入功率，交流接口输出功率，直流接口输出功率，空调输出功率，T(t),T₀,T^*(t),S₁,S₂分别为车内当前温度，预设的最佳体感温度，车外当前温度，新能源汽车能源调节函数，新能源汽车电动机功率预测函数；

所述新能源汽车能源调节函数为：

其中sign函数为：

其中w为SOC_Li+SOC_c,SOC_Li,SOC_c分别为车载锂电池剩余电量，超级电容剩余电量；

所述新能源汽车电动机功率预测函数根据汽车K-1时刻运行速度仅预测电动汽车增速K时刻的补偿动力：

其中V(K)为其当前速度；

步骤2：为步骤1中所述多目标优化函数F(t)建立优化条件：

其中η₁，η₂，η₃，η₄，η₅为汽车电动机，超级电容，车载锂电池，直流接口，交流接口对母线的转换效率；满足约束条件且车载能源路由器多目标优化值达到最大为最优控制；U_C为新能源汽车电源系统光伏侧直流母线电压参考值与新能源汽车电源系统光伏侧直流母线电压实际值；其中p_1MAX,p_2MAX,p_3MAX,p_4MAX,p_5MAX为新能源端口最大输入功率，电动机端口最大输入功率，交流接口最大输出功率，直流接口最大输出功率，空调最大输出功率；

步骤3：对步骤1中所述经济指标，能量利用率，人体舒适度三个指标函数进行单独求解，分别获得(p₁,p₂,p₃,p₄,p₅),(p₁,p₂,p₃,p₄,p₅)⁽²⁾,(p₁,p₂,p₃,p₄,p₅)⁽³⁾三组约束条件下的单一指标最优；

所述三组约束条件下的单一指标最优，(p₁,p₂,p₃,p₄,p₅)的经济指标、能量利用率、人体舒适度分别为f₁、f₂、f₃；(p₁,p₂,p₃,p₄,p₅)⁽²⁾的经济指标、能量利用率、人体舒适度分别为f₁⁽²⁾、f₂⁽²⁾、f₃⁽²⁾；(p₁,p₂,p₃,p₄,p₅)⁽³⁾的经济指标、能量利用率、人体舒适度分别为f₁⁽³⁾、f₂⁽³⁾、f₃⁽³⁾；

步骤4：根据步骤3三组约束条件下的单一指标最优，得到M_j及m_j，其中M_j为每个指标对应的最优解中的最大值，m_j为每个组合对应的最优解中的最小值，其中下标j为对应的列数，得到加权系数：

确定加权系数其中i＝1,2,3

步骤5：构造以经济指标，能量利用率，人体舒适度之和μ的线性规划性问题Lp(1)：

求得理想解(p₁,p₂,p₃,p₄,p₅)^*,将理想解带入步骤1中三个指标的函数中进行比较，若每个指标偏差均小于3％则跳转至步骤7，否则跳转步骤6；

步骤6：若不满足要求的指标为小于单一指标最优，则将满足要求的指标对应的M增加3％，若不满足要求的指标为大于单一最优，则将满足要求的指标对应的M降低3％，重新构造规划性问题Lp(2)；

重复比较每个指标偏差是否均满足偏差小于3％，不满足则反复进行步骤6直至输出一组实际理想解(p₁,p₂,p₃,p₄,p₅)^**为止，所得实际理想解即为最优功率；

步骤7：超级电容额定参考电压U_{c_ref}，超级电容实际电压U_c^*为超级电容理论值，则得到超级电容偏差量为ΔU_c＝U_{c_ref}-U_c^*；

步骤8：k时刻与k-1时刻的超级电容偏差量ΔU_c，经过优化PID函数模块之后输出的锂电池理论输出值p_Li^*如下：

其中a_p，b_p，c_p为正实数组，k_I为积分系数，k_D为微分系数；

步骤9：超级电容经过通过DC/DC发出或吸收的功率p_c为：

p_c＝p₁+p₂+p₃+p₄+p₅S₃-p_Li^*η

其中S₃为车载空调运行模式函数，锂电池系数η受到为车载锂电池剩余电量SOC_Li 和超级电容剩余电量SOC_C 影响，具体公式表现如下：

其中SOC_Li和SOC_C为车载锂电池剩余电量和超级电容剩余电量，电动汽车的锂电池的实际输出为p_Li＝p₁+p₂+p₃+p₄+p₅-p_c

最终得到新能源汽车电源系统中锂电池，汽车电动机，超级电容，车载锂电池，直流接口，交流接口的输入输出功率，完成了对整个新能源汽车电源系统的功率分配；

所述车载空调运行模式函数由24小时制时间的小时t，当前温度T和w共同决定，T₀为用户设定最佳体感温度，运行分为分为白天模式和夜晚模式来提升用户的体验，其中白天模式为早6点到晚18点，夜晚模式为晚18点到早6点；

(白天模式)

(夜晚模式)。