基于PHEV复合电源控制策略研究

程瑶

摘 要：本文主要以插电式混合动力车为例，对其复合电源控制策略进行了分析和研究，结合传统的储能系统要求完成对功率控制、电源参数匹配等的改进工作，并提出一种全新的储能思路，相比于传统的储能系统，新系统的充放电效率更高，且可靠性更强，与此同时，还能避免强大电流的形成，延长电池应用寿命，从目前现状来看，该系统应用前景无限。

关键词：PHEV；复合电源；控制策略

插电混合动力汽车简称“PHEV”，接入家用电源、专用电源为动力电池充电，结合纯电动驱动系统和混合动力，可在燃油经济性、污染物排放方面发挥出关键性的作用。近年来，随着我国社会经济发展水平的不断提升，很多不可再生性资源逐渐呈现出枯竭的状态，大气污染程度日渐加深，新能源汽车已逐渐成为汽车行业未来发展的必然趋势。

一、插电式混合动力车以及传统复合电源系统结构概述

（一）插电式混合动力车概述

插电式混合动力汽车，简称“PHEV”，属于一种新型的现代化混合动力电动汽车。它与传统的电驱动和汽油动力相结合的混合动力存在较大差别，電动车的驱动单元和动力驱动原理与插电式混合动力较为相似，车辆上的一台发动机是两者最突出的差别。

相比于插电式混合动力汽车，普通混合动力汽车的电池容量相对较小，一般只在加减速、启停等阶段回收或者是提供能量，无法进行外部充电，同时也不能纯电模式下行驶较长时间。相比之下，插电式混合动力汽车的电池容量较大，可实现外部充电，并可在纯电模式下长时间行驶，在耗尽可电池中的电量之后，还可继续通过混合动力的方式进行行驶，该情况下的车辆运行基本以内燃机为主，可适时的完成电池充电。

（二）传统复合电源系统结构概述

复合电源系统的种类多种多样，在功率转换器加入之后，通常可被分为主动式复合电源和被动式复合电源两种，下图为复合式电源的系统结构：

上图为蓄电池组并联和超级电容组串联变换器，通过该方式，可实现对超级电容功率的优化控制，实践中不会对复合电源整体功率产生影响。DC/DC超级电容串联结构的实践应用，可充分满足插电式动力汽车的设计要求。

传统的复合储能系统应用双向DC/DC，其最突出的应用优势在于，电压可以实现解耦，且电池直连。但在对超级电容进行充电或者是放电的过程中，DC/DC却逐渐呈现出响应慢、功率大以及效率低等缺陷，急需进行改进和进一步研究。

二、新型复合电源参数匹配对策

（一）电源参数匹配

在对车辆的能量和功率进行设计的过程中，为确保复合电源的功率容量和能量能够满足实际的设计需求，工作人员一般要结合车辆实际的动力性能需求对参数进行合理匹配，同时还要确保电池电容选择的合理性，对于插电式混合动力车而言，可最大限度的提升车辆的工作效率和适应性。超级电容器属于一种现代化先进的储能装置，具有寿命长、功率密度高等优势特征。

本文主要以我国目前的公交工况为例，由此也可对整车功率进行获取：

在上述公式中，“ ”代表传动功率，

“ ”表示的是阻力系数，“A”代表迎风面积，“CD”表示空气的阻力系数。

在复合电源中，所选择的超级电容的实际容量为145F，单节的额定电压约为48V。结合实际要求，在对超级电容器组进行设计的过程中，需保证峰值功率在10秒，与此同时，还要能够和电机的额定电压相互对应。

在上述公式中，“ ”代表总能量，而“ ”表示的是峰值的实际能量。“ ”超级电容的实际容量，“ ”代表的是超级额定电压，“ ”表示的最小值电压，是额定电压的1/2，“C”表示完成串联之后的电容，“k”表示超级电容的安全数据，在上述的公式中，“k”的值取为1.2，由公式“ ”可知，若设定“n”的数值为8，则基本可满足实际的设计条件。通过公式“ ”，可将电容实际的

存储计算出来，为1356246W，总的超级电容的质量约为16okg，此时的输出功率为338Kw，相比于峰值功率，可基本满足设计的实际需求。蓄电池组要能够符合电机平均功率的实际需求，且在放电和充电的过程中，电流均要在安全范围之内[4]。

三、新型复合电源功率分配对策

在确保车辆能够正常行驶，且不会对驾驶体验产生影响的情况下，复合电源在经过升级和改造之后，要保证其能够由蓄电池组平稳的输出。结合电机功率的实际需求、超级电容的荷电情况、电池的荷点情况以及离合器设备的状态等，可对电池和超级电容的功率分配因数进行精准确定。在车辆正常行驶的状态下，电机一般可被分为制动和驱动两种模式。根据上述的控制对策，通过动力电池荷点情况、需求功率以及超级电容荷点状况等，可计算出基本的变量。复合电源的功率分配可用如下公式进行表示：

在上述公式中，“ ”表示的是超级电容的分配功率，“ ”代表车辆行驶的需求功率。实践过程中，在制动减速的工况之下，车辆行驶的需求功率在“0”以下，而在非制动减速的工况之下，车辆行驶的需求功率在“0”以上，或等于“0”，此时的动力电池荷电状态在0.4以上，电机的需求功率也在平均需求功率之下，反之，则电池的分配功率等于“0”，如果超级电容的核电状态在0.6以上，分配功率等于0，车辆的需求功率等同于电池的分配功率。

四、新型储能系统结构

相比于传统类型的储能系统结构，新型储能结构直接的使用导线来代替双向DC、DC，并直接的并联超级电容，如此可大幅度提升充电和放电效率，提升了系统的简单性和可靠性，同时也从根本上缓解了储能系统工作效率低和系统响应慢的问题。传统的储能系统和新型储能系统，在应用寿命、成本、总分、复杂程度、可靠性等方面均存在较大差别，其中，新型储能系统在可靠性、应用效率、应用寿命等方面均具有显著优势，故可将其作为插电式混合动力车辆的最佳选择。

但新型储能系统在实践应用的过程中，却往往会在能量密度上存在劣势，其他方面的性能都要优于传统的储能系统，因此，在具体选择时，相关人员应对该问题予以重视，并进行慎重选择。

结语：

综上所述，传统的复合储能系统在实践应用的过程中，虽然具有电压解耦和电池直连等优势特征，但在对超级电容充放电过程进行控制时，却存在DC/DC效率低、响应慢、功率大等缺陷。鉴于上述情况，本文提出一种新型储能系统，它可有效缓解上述问题，大幅度提升了电池的应用寿命，同时还可实现电池容量和匹配电容的全面优化，为制动能量回馈效率的稳定提升奠定了良好基础，故在当前的城市公交领域中应用十分广泛，其未来发展前景无限。

参考文献：

[1]杨官龙. 基于驾驶意图与工况识别的插电式混合动力汽车能量管理策略研究[D]. 重庆大学， 2014.

[2]高建平， 赵金宝， 葛坚，等. 插电式混合动力汽车车载复合电源功率分配策略研究[J]. 图学学报， 2015， 36（4）：603-608.