一种新能源电动车蓄电池复合电源的能量管理方法及系统

1.本发明属于新能源电动车技术领域，特别是关于一种新能源电动车蓄电池复合电源的能量管理方法及系统。


背景技术：

2.超级电容(ultracapacitor)是近期发展起来的一种介于蓄电池和静电电容器之间的新型储能元件，是一种具有超级储电能力、可提供强大脉动功率的物理二次电源。它具有比静电电容器高得多的能量密度和比蓄电池高得多的功率密度，其容量可达数万法拉，在额定电压范围内可以以极快的速度充电至任一电压值，放电时则可以放出所存储的全部电能，没有蓄电池快速充电和放电的损坏问题，非常适合于短时大功率的应用场合。利用其比功率高、比能量大、一次储能多等优点，可以在电动车起动、加速和爬坡时有效改善车辆的运动特性。此外，超级电容还具有内阻小、充放电效率高(90％以上)、循环寿命长(几万至十万次)、工作温度范围宽(-30～ 45℃)、无污染等优点，和其它能量元件(发动机、蓄电池、燃料电池等)组成联合体共同工作，是实现能量回收利用、降低污染的有效途径，可以大大提高电动车一次充电续驶里程。因此，超级电容在电动车领域有着广阔的应用前景，将是未来电动车发展的重要方向之一。
3.然而，电动车用超级电容参数选择与优化目前仍缺少一套研究方法和设计手段，超级电容－蓄电池复合电源系统目前还没有一个公认的最优组合拓扑结构，另外，如何对复合电源系统的能量进行优化管理，实现最优的充放电控制，这些方面还需要继续进行深入的研究。目前，国内对新能源电动车蓄电池复合电源系统的设计及控制基本上还处于初始阶段。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种新能源电动车蓄电池复合电源的能量管理方法及系统，其能够解决目前电动车续驶里程较短、电池易老化、爬坡能力差、能量回收效率低这些缺陷。
5.本发明提供了一种新能源电动车蓄电池复合电源的能量管理方法，包括以下步骤：
6.s1，对新能源电动车车用新能源电动车蓄电池复合电源系统的整体结构进行研究，将其分成多个子模块进行设计；
7.s2，根据电动车的实际情况选择和优化超级电容参数，搭建新能源电动车蓄电池复合电源系统结构，并进行控制系统的软硬件设计；
8.s3，建立复合电源系统的数学模型，设计复合电源系统的能量管理方法，并进行优化；
9.s4，进行超级电容充放电、电源对比、能量管理策略对比研究，验证以上设计的正确性和可行性，确定最终的复合电源系统的能量管理方法。
10.优选地，所述s1具体包括：搭建超级电容仿真测试平台，以此进行超级电容的充电、放电仿真及测试，确定超级电容的电流电压变换规律及充电放电时间。
11.优选地，所述超级电容仿真测试平台包含依次电连接的控制芯片、光耦隔离器、功率驱动器及双向dc/dc变换器，蓄电池与超级电容分别单独接入至双向dc/dc变换器内，并同时通过控制芯片分别接收蓄电池的电压、电流反馈，以及超级电容的电压、电流反馈。
12.优选地，在所述s1之后且在所述s2之前还包括：对由超级电容与蓄电池组成的复合电源，以及蓄电池单电源，分别在驱动和再生制动过程中的控制进行分析，得到超级电容、蓄电池电流、电机电流充放电状态，以及驱动力矩大小、制动能量回收效率，以验证复合电源系统的优势。
13.优选地，所述s3具体包括对复合电源充放电能量管理策略研究：针对新能源电动车蓄电池复合电源系统的特点，利用最优控制策略来实现复合电源系统充放电控制，以对能量管理方法进行优化。
14.优选地，所述s3中的能量管理方法优化的方法具体包括：
15.在充放电过程中，电机驱动时，研究超级电容的端电压变化范围，利用最优控制实现充放电时如何控制其放电深度，以备在行驶过程中二次放电或进行再生制动能量回；
16.在再生制动能量回收时，研究最大回馈功率制动、最大回馈效率制动及恒定力矩制动三种控制策略，利用恒电流和恒功率制动的最优复合控制策略进行能量回收。
17.优选地，所述s3中具体中的能量管理方法优化的方法具体包括：
18.通过对比方式来验证不同电源结构和不同控制方法对续驶里程的影响，具体地，在车型、电池、负载、路况的条件相同的前提下进行，采用模拟定点刹车的方式来进行比较，以对蓄电池单电源无再生制动、蓄电池单电源有再生制动、复合电源有再生制动分别进行测试和优化。
19.本发明还提供了一种新能源电动车蓄电池复合电源的能量管理的系统，所述系统用于实现新能源电动车蓄电池复合电源的能量管理方法的步骤，包括：
20.拆分存储模块，用于对新能源电动车车用新能源电动车蓄电池复合电源系统的整体结构进行研究，将其分成多个子模块进行设计；
21.模型建立模块，根据电动车的实际情况选择和优化超级电容参数，搭建新能源电动车蓄电池复合电源系统结构，并进行控制系统的软硬件设计；
22.优化模块，建立复合电源系统的数学模型，设计复合电源系统的能量管理方法，并进行优化；进行超级电容充放电、电源对比、能量管理策略对比研究，验证以上设计的正确性和可行性，确定最终的复合电源系统的能量管理方法。
23.本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现新能源电动车蓄电池复合电源的能量管理方法的步骤。
24.本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现新能源电动车蓄电池复合电源的能量管理方法的步骤。
25.与现有技术相比，根据本发明的一种新能源电动车蓄电池复合电源的能量管理方法，其中方法包括以下步骤：对新能源电动车车用新能源电动车蓄电池复合电源系统的整体结构进行研究，将其分成多个子模块进行设计；根据电动车的实际情况选择和优化超级
电容参数，搭建新能源电动车蓄电池复合电源系统结构，并进行控制系统的软硬件设计；建立复合电源系统的数学模型，设计复合电源系统的能量管理方法，并进行优化；进行超级电容充放电、电源对比、能量管理策略对比研究，验证以上设计的正确性和可行性，确定最终的复合电源系统的能量管理方法。该方案提高了复合电源的能量利用率。既可对蓄电池起到保护作用，又能提高电动车的续驶里程，为复合电源新能源电动车走向市场做好前期准备工作。
附图说明
26.图1为本发明提供的一种新能源电动车蓄电池复合电源的能量管理方法流程图；
27.图2为本发明提供的一种可能的电子设备的硬件结构示意图；
28.图3为本发明提供的一种可能的计算机可读存储介质的硬件结构示意图；
29.图4为本发明提供的一种新能源电动车蓄电池复合电源的能量管理系统的原理框图。
具体实施方式
30.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
31.除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
32.如图1和图4所示，根据本发明优选实施方式的一种新能源电动车蓄电池复合电源的能量管理方法，其中方法包括以下步骤：
33.对新能源电动车车用新能源电动车蓄电池复合电源系统的整体结构进行研究，将其分成多个子模块进行设计；
34.根据电动车的实际情况选择和优化超级电容参数，搭建新能源电动车蓄电池复合电源系统结构，并进行控制系统的软硬件设计；
35.建立复合电源系统的数学模型，设计复合电源系统的能量管理方法，并进行优化；
36.进行超级电容充放电、电源对比、能量管理策略对比研究，验证以上设计的正确性和可行性，确定最终的复合电源系统的能量管理方法。
37.该方案提高了复合电源的能量利用率。既可对蓄电池起到保护作用，又能提高电动车的续驶里程，为复合电源新能源电动车走向市场做好前期准备工作。
38.本实施例是在新能源电动车驱动与再生制动控制研究的基础上，针对超级电容与蓄电池组成的复合电源系统，从结构、模型、参数选择、系统设计及能量管理策略等方面进行研究，以便更有效的利用复合电源的能量，既可对蓄电池起到保护作用，又能提高电动车的续驶里程，为复合电源新能源电动车走向市场做好前期准备工作。本方案的启动有助于超级电容－蓄电池复合电源系统的研究和应用，可缓解或解决目前电动车领域的主要问题，提高电动车的技术含量和性能，促进我省电动车的进一步发展和普及。作为系统工程技术产品的电动车如果能够得到快速发展，必将带动我省电机、蓄电池、超级电容、充电器、仪器仪表、电子集成、机械模具等多个行业的发展，起到领跑的作用。
39.本方案针对目前电动车续驶里程较短、电池易老化、爬坡能力差、能量回收效率低这些缺陷，研究高比功率、循环寿命长的新能源电动车蓄电池复合电源系统复合电源系统，并设计优化系统的控制策略。
40.本方案的复合电源系统将以测功机的微型电动车作为实验平台。使用测功机和示波器监测电压、电流传感器、驱动和制动电位器输出信号，蓄电池状态。具体的实验方案及其可行性分析如下：
41.1)超级电容充放电研究
42.搭建如图3所示超级电容仿真测试平台，包括蓄电池、超级电容、控制芯片、四个功率管组成的双向dc/dc控制电路(可实现双向升降压)等。以此进行超级电容的充电、放电仿真及测试，确定其电流电压变换规律、充电放电时间等。
43.2)新能源电动车蓄电池复合电源系统研究
44.对复合电源与蓄电池单电源分别在驱动和再生制动过程中的控制进行分析，得到超级电容、蓄电池电流、电机电流充放电状态，以及驱动力矩大小、制动能量回收效率，以验证复合电源系统的优势。
45.3)复合电源充放电能量管理策略研究
46.针对新能源电动车蓄电池复合电源系统的特点，利用最优控制策略来实现复合电源系统充放电控制。在充放电过程中，电机驱动时，研究超级电容的端电压变化范围，利用最优控制实现充放电时如何控制其放电深度，以备在行驶过程中二次放电或进行再生制动能量回。再生制动能量回收时，研究最大回馈功率制动、最大回馈效率制动及恒定力矩制动三种控制策略，利用恒电流和恒功率制动的最优复合控制策略进行能量回收。
47.通过研究和设计适合于新能源电动车蓄电池复合电源系统的能量管理策略和智能控制算法，实现最优充放电控制，更高效地回收制动能量。
48.能量回收采集的智能控制方法研究
49.针对能量采集回收充放电过程功率难以匹配现象，利用复合电源系统的智能控制算法，通过matlab-simulink仿真，实现复合电源控制系统最佳能量回收状态，利用驱动、再生制动以及干扰来验证其在响应速度、稳态误差、自适应性、鲁棒性等方面的优势。
50.5)续驶里程研究
51.延长车辆的续驶里程是本方案所研究和设计的复合电源系统的主要目标之一。主要通过对比方式来验证不同电源结构和不同控制方法对续驶里程的影响。在车型、电池、负载、路况等条件相同的前提下进行，采用模拟定点刹车的方式来进行比较。对蓄电池单电源无再生制动、蓄电池单电源有再生制动、复合电源有再生制动等几种情况分别进行测试和优化。最后得到最优的电源结构和控制方法，以延长电池使用寿命，增加电动车的续驶里程。此时的最优的电源结构便是最优的超级电容及蓄电池的具体选型。
52.请参阅图4为本发明实施例提供的一种新能源电动车蓄电池复合电源的能量管理系统，包括：
53.s1，对新能源电动车车用新能源电动车蓄电池复合电源系统的整体结构进行研究，将其分成多个子模块进行设计；
54.s2，根据电动车的实际情况选择和优化超级电容参数，搭建新能源电动车蓄电池复合电源系统结构，并进行控制系统的软硬件设计；
55.s3，建立复合电源系统的数学模型，设计复合电源系统的能量管理方法，并进行优化；
56.s4，进行超级电容充放电、电源对比、能量管理策略对比研究，验证以上设计的正确性和可行性，确定最终的复合电源系统的能量管理方法。
57.系统的工作原理如前新能源电动车蓄电池复合电源的能量管理方法所述，在此不再赘述。
58.请参阅图2为本发明实施例提供的电子设备的实施例示意图。如图2所示，本发明实施例提了一种电子设备，包括存储器1310、处理器1320及存储在存储器1310上并可在处理器1320上运行的计算机程序1311，处理器1320执行计算机程序1311时实现以下步骤：s1，对新能源电动车车用新能源电动车蓄电池复合电源系统的整体结构进行研究，将其分成多个子模块进行设计；
59.s2，根据电动车的实际情况选择和优化超级电容参数，搭建新能源电动车蓄电池复合电源系统结构，并进行控制系统的软硬件设计；
60.s3，建立复合电源系统的数学模型，设计复合电源系统的能量管理方法，并进行优化；
61.s4，进行超级电容充放电、电源对比、能量管理策略对比研究，验证以上设计的正确性和可行性，确定最终的复合电源系统的能量管理方法。
62.请参阅图3为本发明提供的一种计算机可读存储介质的实施例示意图。如图3所示，本实施例提供了一种计算机可读存储介质1400，其上存储有计算机程序1411，该计算机程序1411被处理器执行时实现如下步骤：s1，对新能源电动车车用新能源电动车蓄电池复合电源系统的整体结构进行研究，将其分成多个子模块进行设计；
63.s2，根据电动车的实际情况选择和优化超级电容参数，搭建新能源电动车蓄电池复合电源系统结构，并进行控制系统的软硬件设计；
64.s3，建立复合电源系统的数学模型，设计复合电源系统的能量管理方法，并进行优化；
65.s4，进行超级电容充放电、电源对比、能量管理策略对比研究，验证以上设计的正确性和可行性，确定最终的复合电源系统的能量管理方法。
66.有益效果：
67.1)建立电动车用超级电容参数选择与优化的研究及设计方法，为推广超级电容复合电源在新能源电动车领域中的应用奠定基础。
68.2)研究和优化设计可实现能量回收的新能源电动车蓄电池复合电源系统，延长电池使用寿命，增加电动车的续驶里程。
69.3)研究和设计适合于新能源电动车蓄电池复合电源系统的能量管理策略和智能控制算法，实现最优充放电控制，更高效地回收制动能量。
70.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
71.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
72.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
73.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
74.前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。