CN106347144A - 电动汽车复合储能系统能量优化分配方法 - Google Patents

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Abstract

电动汽车复合储能系统能量优化分配方法，属于复合储能系统能量分配领域。解决了现有对复合储能系统功率进行分配的方法运行时间长和分配效果差的问题。首先，采用凸优化方法，生成优化后的电动汽车的总输出功率与超级电容组输出功率的对照表；其次，根据对照表建立二维数组，整车控制器根据采集的电动汽车的速度、前后电机转速、加速踏板开度，计算出电动汽车在实际运行中所需要的总转矩，并根据所需要的总转矩和电动汽车的速度计算电动汽车的实时需求功率Pd；最后，根据实时需求功率Pd在二维数组中查找超级电容组实时输出功率Psc；根据实时输出功率Psc对双向DC/DC变换器进行控制，从完成电动汽车的能量分配。用于对能量进行分配。

Description

电动汽车复合储能系统能量优化分配方法
技术领域
本发明属于复合储能系统能量分配领域。
背景技术
为了节约我国石油资源保护我国环境，政府大力推行新能源的发展。电动汽车逐渐的走进了人们的视野。现今，电动汽车主要采用磷酸铁锂电池，为电动汽车进行供电。然而，我国的电池技术还存在很多问题。同时，磷酸铁锂电池虽然具有较高的能量密度，功率密度却不能够达到令人满意的要求。为了解决这一问题，通常的做法是采用磷酸铁锂电池与超级电容组成的复合储能系统共同为电动汽车提供能量。超级电容具有较高的功率密度，能够保证电动汽车对速度的要求，与磷酸铁锂电池复合使用可以提高电池的使用寿命。
复合储能系统的构型可以分为被动式，主动式和半主动。
被动式复合储能系统采用超级电容同电池并联的形式，超级电容作为低通滤波装置，减小了动力系统大功率输出对动力电池的影响。
主动复合储能系统应用两个斩波电路，通过斩波电路进行并联。
半主动式复合储能系统，将超级电容(或电池)与斩波电路串联后与电池(或超级电容)并联。
为了延长复合储能系统中电池的使用寿命同时减少大功率对电池的损伤，人们采用不同的方法对超级电容和电池的功率进行分配。
目前，通常采用基于规则的能量管理方法对复合储能系统的功率进行分配，然而，这种分配方法很难使效果达到最优。近来还有采用DP的算法对功率进行分配，然而，DP在运算速度上存在明显的不足。就目前来看能够快速有效的实现电池、超级电容功率分配的方法较少。
发明内容
本发明是为了解决现有对复合储能系统功率进行分配的方法运行时间长和分配效果差的问题，本发明提供了一种电动汽车复合储能系统能量优化分配方法。
电动汽车复合储能系统能量优化分配方法，所述的复合储能系统包括超级电容组、双向DC/DC变换器、电池组、逆变器和整车控制器，
所述的超级电容组和双向DC/DC变换器串联连接后，与电池组并联连接，构成储能系统；储能系统通过逆变器给电动汽车电机供电；整车控制器用于采集电动汽车电机的数据信息，还用于对双向DC/DC变换器进行控制；
该分配方法包括如下步骤：
步骤S1、将电池组的输出功率Pb、超级电容组的输出功率P′oc、电池组的能量Eb、超级电容组的能量Esc及电池组中电池单体的SOC作为优化变量，并根据给定电动汽车的总输出功率Pt，采用凸优化方法，生成优化后的电动汽车的总输出功率与超级电容组输出功率的对照表，该对照表包括两行多列，且列数为偶数，其中，第一行为电动汽车各时刻总输出功率的整数值，第二行为对照表第一行中每个总输出功率所对应的超级电容组的输出功率的平均值；
步骤S2、以对照表中第二行中所有数据作为元素，建立二维数组Psc[i,j]，i＝2，二维数组Psc[i,j]中的第一行数据均为正值，并从小到大排列，二维数组Psc[i,j]中的第二行数据均为负值，并从大到小排列，其中，i表示二维数组的行数，j表示二维数组的列数，j为整数；
步骤S3、利用传感器对电动汽车的速度、前后电机转速、加速踏板开度进行检测，将采集数据信号，通过汽车总线传输到整车控制器；
步骤S4、整车控制器利用步骤S3中采集的数据信号，计算出电动汽车在实际运行中所需要的总转矩，并根据所需要的总转矩和电动汽车的速度计算电动汽车的实时需求功率Pd；
步骤S5、将实时需求功率Pd换算为以瓦为单位的功率，并取整记为P，
当|P|＝0时，超级电容组的实时输出功率Psc为0，
当|P|＞j时，超级电容组的实时输出功率Psc以最大输出功率进行输出，
当|P|＜j且|P|≠0时，将|P|值作为二维数组Psc[i,j]的列数，并判断P值的正负，其中，P值为正时，以二维数组Psc[i,j]的第一行、第|P|列所对应的值作为超级电容组的实时输出功率Psc，P值为负时，以二维数组Psc[i,j]的第二行、第|P|列所对应的值作为超级电容组的实时输出功率Psc；
步骤S6、整车控制器根据步骤S5中得到的实时输出功率Psc对双向DC/DC变换器进行控制，从完成电动汽车的能量分配。
所述的步骤S1中采用凸优化方法，生成优化后的电动汽车的总输出功率与超级电容组输出功率的对照表的具体过程为：
步骤S11、定义凸优化的目标函数为凸优化的约束条件如公式一所示；
其中，t0表示一个循环工况的起始时间，tf表示一个循环工况的结束时间，t为时间变量；
Paux为电动汽车的辅件功率，
Ib min为电池单体输出的最小电流，Ib max电池单体输出的最大电流，
nb为电动汽车采用的动力电池数量，
Cb为电池单体容量，
ub0为电池SOC为0时电池单体的开路电压，
socb为电池单体SOC值，
socb min和socb max分别为电池单体SOC的最小值及最大值，
ESC为超级电容组中储存的能量，ESC(t0)表示一个循环工况的起始时刻超级电容组中储存的能量，ESC(tf)表示一个循环工况的结束时刻超级电容组中储存的能量；
步骤S12、根据凸优化的目标函数和凸优化的约束条件对步骤S1中的所有优化变量进行优化分配，生成优化后的电动汽车的总输出功率与超级电容组输出功率的对照表。
原理分析：本发明采用凸优化方法，对功率进行分配，能够有效延长电池的使用寿命，同时通过查表方式，实现在线实时的功率优化分配，本发明分配方法运行时间短，分配精度提高了10％以上。
本发明带来的有益效果是，
1.基于工况，应用凸优化方法，对功率进行分配，减小了电池的功率范围，能够有效延长电池的使用寿命。
2.同其他的功率分配方法(如DP)相比，应用凸优化方法进行功率分配，一方面有效的缩短了优化时间，另一方面对计算机的硬件要求有所降低。
3.通过将在某一工况下运行的优化结果制成表格的方式，实现在线实时的功率分配。
4.本发明中，在线实时功率分配方法，一方面减小了微控制器的运算量，另一方面减小了程序所占据的内存空间。
附图说明
图1为电动客车复合储能系统的结构示意图；图1中虚线框内的内容构成储能系统。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的电动汽车复合储能系统能量优化分配方法，所述的复合储能系统包括超级电容组1、双向DC/DC变换器2、电池组3、逆变器4和整车控制器5，
所述的超级电容组1和双向DC/DC变换器2串联连接后，与电池组3并联连接，构成储能系统；储能系统通过逆变器4给电动汽车电机供电；整车控制器5用于采集电动汽车电机的数据信息，还用于对双向DC/DC变换器2进行控制；
该分配方法包括如下步骤：
步骤S1、将电池组3的输出功率Pb、超级电容组1的输出功率P′oc、电池组3的能量Eb、超级电容组1的能量Esc及电池组3中电池单体的SOC作为优化变量，并根据给定电动汽车的总输出功率Pt，采用凸优化方法，生成优化后的电动汽车的总输出功率与超级电容组1输出功率的对照表，该对照表包括两行多列，且列数为偶数，其中，第一行为电动汽车各时刻总输出功率的整数值，第二行为对照表第一行中每个总输出功率所对应的超级电容组1的输出功率的平均值；
步骤S2、以对照表中第二行中所有数据作为元素，建立二维数组Psc[i,j]，i＝2，二维数组Psc[i,j]中的第一行数据均为正值，并从小到大排列，二维数组Psc[i,j]中的第二行数据均为负值，并从大到小排列，其中，i表示二维数组的行数，j表示二维数组的列数，j为整数；
步骤S3、利用传感器对电动汽车的速度、前后电机转速、加速踏板开度进行检测，将采集数据信号，通过汽车总线传输到整车控制器5；
步骤S4、整车控制器5利用步骤S3中采集的数据信号，计算出电动汽车在实际运行中所需要的总转矩，并根据所需要的总转矩和电动汽车的速度计算电动汽车的实时需求功率Pd；
步骤S5、将实时需求功率Pd换算为以瓦为单位的功率，并取整记为P，
当|P|＝0时，超级电容组1的实时输出功率Psc为0，
当|P|＞j时，超级电容组1的实时输出功率Psc以最大输出功率进行输出，
当|P|＜j且|P|≠0时，将|P|值作为二维数组Psc[i,j]的列数，并判断P值的正负，其中，P值为正时，以二维数组Psc[i,j]的第一行、第|P|列所对应的值作为超级电容组1的实时输出功率Psc，P值为负时，以二维数组Psc[i,j]的第二行、第|P|列所对应的值作为超级电容组1的实时输出功率Psc；
步骤S6、整车控制器5根据步骤S5中得到的实时输出功率Psc对双向DC/DC变换器2进行控制，从完成电动汽车的能量分配。
本实施方式，本发明采用凸优化方法，对功率进行分配，能够有效延长电池的使用寿命，同时通过查表方式，实现在线实时的功率优化分配，本发明分配方法运行时间短。
具体实施方式二：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的电动汽车复合储能系统能量优化分配方法的区别在于，所述的步骤S1中采用凸优化方法，生成优化后的电动汽车的总输出功率与超级电容组1输出功率的对照表的具体过程为：
步骤S11、定义凸优化的目标函数为凸优化的约束条件如公式一所示；
其中，t0表示一个循环工况的起始时间，tf表示一个循环工况的结束时间，t为时间变量；
Paux为电动汽车的辅件功率，
Ib min为电池单体输出的最小电流，Ib max电池单体输出的最大电流，
nb为电动汽车采用的动力电池数量，
Cb为电池单体容量，
ub0为电池SOC为0时电池单体的开路电压，
socb为电池单体SOC值，
socb min和socb max分别为电池单体SOC的最小值及最大值，
ESC为超级电容组中储存的能量，ESC(t0)表示一个循环工况的起始时刻超级电容组中储存的能量，ESC(tf)表示一个循环工况的结束时刻超级电容组中储存的能量；
步骤S12、根据凸优化的目标函数和凸优化的约束条件对步骤S1中的所有优化变量进行优化分配，生成优化后的电动汽车的总输出功率与超级电容组1输出功率的对照表。
本实施方式中，定义凸优化的目标函数及凸优化的约束条件，对优化变量进行优化处理，获得较为准确的优化后的电动汽车的总输出功率与超级电容组1输出功率的对照表，为后续电动汽车的能量分配的快速及准确性提供基础。
本发明所述电动汽车复合储能系统能量优化分配方法的步骤不局限于上述各实施方式所记载的具体内容，还可以是上述各实施方式所记载的技术特征的合理组合。

Claims (2)

1.电动汽车复合储能系统能量优化分配方法，所述的复合储能系统包括超级电容组(1)、双向DC/DC变换器(2)、电池组(3)、逆变器(4)和整车控制器(5)，
所述的超级电容组(1)和双向DC/DC变换器(2)串联连接后，与电池组(3)并联连接，构成储能系统；储能系统通过逆变器(4)给电动汽车电机供电；整车控制器(5)用于采集电动汽车电机的数据信息，还用于对双向DC/DC变换器(2)进行控制；
其特征在于，该分配方法包括如下步骤：
步骤S1、将电池组(3)的输出功率Pb、超级电容组(1)的输出功率P′oc、电池组(3)的能量Eb、超级电容组(1)的能量Esc及电池组(3)中电池单体的SOC作为优化变量，并根据给定电动汽车的总输出功率Pt，采用凸优化方法，生成优化后的电动汽车的总输出功率与超级电容组(1)输出功率的对照表，该对照表包括两行多列，且列数为偶数，其中，第一行为电动汽车各时刻总输出功率的整数值，第二行为对照表第一行中每个总输出功率所对应的超级电容组(1)的输出功率的平均值；
步骤S2、以对照表中第二行中所有数据作为元素，建立二维数组Psc[i,j]，i＝2，二维数组Psc[i,j]中的第一行数据均为正值，并从小到大排列，二维数组Psc[i,j]中的第二行数据均为负值，并从大到小排列，其中，i表示二维数组的行数，j表示二维数组的列数，j为整数；
步骤S3、利用传感器对电动汽车的速度、前后电机转速、加速踏板开度进行检测，将采集数据信号，通过汽车总线传输到整车控制器(5)；
步骤S4、整车控制器(5)利用步骤S3中采集的数据信号，计算出电动汽车在实际运行中所需要的总转矩，并根据所需要的总转矩和电动汽车的速度计算电动汽车的实时需求功率Pd；
步骤S5、将实时需求功率Pd换算为以瓦为单位的功率，并取整记为P，
当|P|＝0时，超级电容组(1)的实时输出功率Psc为0，
当|P|＞j时，超级电容组(1)的实时输出功率Psc以最大输出功率进行输出，
当|P|＜j且|P|≠0时，将|P|值作为二维数组Psc[i,j]的列数，并判断P值的正负，其中，P值为正时，以二维数组Psc[i,j]的第一行、第|P|列所对应的值作为超级电容组(1)的实时输出功率Psc，P值为负时，以二维数组Psc[i,j]的第二行、第|P|列所对应的值作为超级电容组(1)的实时输出功率Psc；
步骤S6、整车控制器(5)根据步骤S5中得到的实时输出功率Psc对双向DC/DC变换器(2)进行控制，从完成电动汽车的能量分配。
2.根据权利要求1所述的电动汽车复合储能系统能量优化分配方法，其特征在于，所述的步骤S1中采用凸优化方法，生成优化后的电动汽车的总输出功率与超级电容组(1)输出功率的对照表的具体过程为：
步骤S11、定义凸优化的目标函数为凸优化的约束条件如公式一所示；
其中，t0表示一个循环工况的起始时间，tf表示一个循环工况的结束时间，t为时间变量；Paux为电动汽车的辅件功率，
Ib min为电池单体输出的最小电流，Ib max电池单体输出的最大电流，
nb为电动汽车采用的动力电池数量，
Cb为电池单体容量，
ub0为电池SOC为0时电池单体的开路电压，
socb为电池单体SOC值，
socb min和socb max分别为电池单体SOC的最小值及最大值，
ESC为超级电容组中储存的能量，ESC(t0)表示一个循环工况的起始时刻超级电容组中储存的能量，ESC(tf)表示一个循环工况的结束时刻超级电容组中储存的能量；
步骤S12、根据凸优化的目标函数和凸优化的约束条件对步骤S1中的所有优化变量进行优化分配，生成优化后的电动汽车的总输出功率与超级电容组(1)输出功率的对照表。
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