CN112477690B - 一种新能源汽车驱动系统能量动态分配与优化控制装置 - Google Patents

一种新能源汽车驱动系统能量动态分配与优化控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新能源汽车驱动系统能量动态分配与优化控制装置，考虑系统制动能量回收再利用的过程中，动静态性能差、能量分配不合理和效率低等问题，通过采集直流母线侧、蓄电池组侧、超级电容模组侧的电压、电流等信息，进行状态检测、超级电容和蓄电池功率分配，充分发挥蓄电池能量密度高和超级电容功率密度大相结合的储能优势，通过动态电流跟踪补偿，对负载侧的需求与回馈功率进行跟踪控制，保证储能装置能够在电动模式下快速响应负载能量需求，在制动模式下充分吸收回馈能量，提高系统运行性能和能量效率。适用于新能源汽车驱动系统的节能控制。

Description

一种新能源汽车驱动系统能量动态分配与优化控制装置
技术领域
本发明属于节能控制技术领域，具体涉及一种用于新能源汽车中的混合储能系统能量动态分配与优化控制装置。
背景技术
新能源汽车中的混合储能系统是两种储能装置的组合，超级电容器具有高充放电率、高功率密度、较电池寿命长、能承受高应力等优点，是与有着高能量特性的蓄电池配套使用时的最佳选择。在城市工况行驶过程中，汽车经常加速与制动，功率需求变化范围很大，对蓄电池进行频繁充放电使其寿命大大缩短，同时会有一大部分制动能量因热量散发消耗掉，因此，需要合理的能量动态分配与控制策略来使新能源汽车的运行性能与经济效益进一步提高。
能量动态分配与优化控制装置根据实时采集直流母线电流、电压信号，以及蓄电池与超级电容电流、电压、荷电状态等信号，对负载侧的需求与回馈功率进行跟踪控制，保证混合储能系统能够在电动模式下提供足够牵引能量，在制动模式下充分吸收制动能量。当汽车处于电动状态，启动、加速或爬坡时所需的瞬时大功率会造成蓄电池大电流放电，进而影响其寿命，若这部分能量完全由超级电容提供，可能会使超级电容能量提前耗尽，在下一需求能量突增状态时，使电池高倍率放电，同样导致蓄电池寿命缩减。当汽车处于制动状态时，由于超级电容能量密度低，超级电容只能吸收较少部分回馈能量，又由于蓄电池自身特性，蓄电池难以在短时间内吸收大量回馈能量，大部分制动能量以热量形式散失，储能系统整体效率降低。
发明内容
本发明目的在于解决蓄电池与超级电容两种储能装置之间能量动态分配，充分发挥能量特性储能和功率特性储能优势，使混合储能系统能够在电动模式下提供足够牵引能量，在制动模式下充分吸收制动能量等问题，公开一种新能源汽车驱动系统能量动态分配与优化控制装置。
本发明设计了一种新能源汽车驱动系统能量动态分配与优化控制装置，包括主电路单元、信号采集单元和控制单元；其中，所述主电路单元包括蓄电池组、超级电容模组、第一双向DC/DC变换器、第二双向DC/DC变换器、DC/AC变换器和永磁同步电机；所述信号采集单元包括第一电流传感器、第一电压传感器、第二电流传感器、第二电压传感器、第三电流传感器和第三电压传感器；所述控制单元包括第一SOC计算模块、第二SOC计算模块、状态检测模块、超级电容功率分配模块、第一动态跟踪电流补偿模块、超级电容充电控制器、蓄电池充电控制器、超级电容放电控制器、蓄电池放电控制器、第一PWM驱动模块、蓄电池功率分配模块、第二动态跟踪电流补偿模块、启动控制模块、第一与门控制器、第二PWM驱动模块、第一SOC分析模块、第二SOC分析模块、第二与门控制器和第三与门控制器；
其中，蓄电池组的+端串联第二电流传感器后连接至第一双向DC/DC变换器低压侧+端，蓄电池组-端直接连接至第一双向DC/DC变换器低压侧-端，第二电压传感器并联在蓄电池组两端，第一双向DC/DC变换器高压侧+端串联第一电流传感器后连接至DC/AC变换器直流侧+端，第一双向DC/DC变换器高压侧-端直接连接至DC/AC变换器直流侧-端，第一电压传感器并联在第一双向DC/DC变换器高压侧两端，DC/AC变换器连接永磁同步电机；超级电容模组+端串联第三电流传感器后连接至第二双向DC/DC变换器低压侧+端，超级电容模组-端直接连接至第二双向DC/DC变换器低压侧-端，第三电压传感器并联在超级电容模组两端，第二双向DC/DC变换器高压侧+端连接至第一双向DC/DC变换器高压侧+端，第二双向DC/DC变换器高压侧-端连接至第一双向DC/DC变换器高压侧-端；
第一电流传感器和第一电压传感器分别采集母线电流、电压输送至状态检测模块，综合判断后输出电平信号；第三电流传感器和第三电压传感器采集的超级电容电流、电压以及状态检测模块输出的电平信号均输送至第一SOC计算模块，经计算输出超级电容SOC值至第一SOC分析模块，第一SOC分析模块根据状态检测模块输出的电平信号进行选择分析后输出电平信号至第二与门控制器；第二电流传感器和第二电压传感器采集的蓄电池电流、电压以及第一与门控制器输出的电平信号均输送至第二SOC计算模块，经计算输出蓄电池SOC值至第二SOC分析模块，第二SOC分析模块根据第一与门控制器输出的电平信号进行分析后输出电平信号至第三与门控制器；
同时，状态检测模块综合判断后输出的电平信号和第一电流传感器、第一电压传感器采集的母线电流、电压均输送至超级电容功率分配模块，经计算输出功率分配值至第一动态电流补偿模块，第一电压传感器采集的母线电压、第三电压传感器采集的超级电容电压以及第一SOC计算模块输出的超级电容SOC值均输送至第一动态跟踪电流补偿模块，经计算输出超级电容电流补偿值至超级电容充电控制器和超级电容放电控制器；超级电容充电控制器接收第三电流传感器采集的电流值、第三电压传感器采集的电压值以及第一动态跟踪电流补偿模块输出的电流补偿值，在状态检测模块输出的低电平信号作用下输出控制信号至第一PWM驱动模块；超级电容放电控制器接收第三电流传感器采集的电流值、第一电压传感器采集的电压值以及第一动态跟踪电流补偿模块输出的电流补偿值，在状态检测模块输出的高电平信号作用下输出控制信号至第一PWM驱动模块；第一PWM驱动模块生成的PWM信号和来自第一SOC分析模块输出的电平信号经在第二与门控制器中与第一SOC分析模块输出的电平信号相与后输送至第二双向DC/DC变换器；
状态检测模块输出的电平信号、第一电流传感器和第一电压传感器采集的直流母线电流、电压以及超级电容功率分配模块输出的功率值均输送至蓄电池功率分配模块，经计算输出的蓄电池功率值以及第一电压传感器、第二电压传感器采集的母线电压、蓄电池电压均输送至第二动态跟踪电流补偿模块，计算输出蓄电池电流补偿值至蓄电池充电控制器和蓄电池放电控制器；第二电压传感器采集蓄电池电压，经启动控制模块输出的电平信号与状态检测模块输出的初始电平信号在第一与门控制器中相与后输出电平信号至蓄电池放电控制器，蓄电池放电控制器接收第二电流传感器采集的电流值、第一电压传感器采集的电压值以及第二动态跟踪电流补偿模块输出的电流补偿值，在第一与门控制器输出的高电平信号作用下输出控制信号至第二PWM驱动模块；蓄电池充电控制器接收第二电流传感器采集的电流值、第二电压传感器采集的电压值以及第二动态跟踪电流补偿模块输出的电流补偿值，在状态检测模块输出的低电平信号作用下输出控制信号至第二PWM驱动模块；第二PWM驱动模块生成PWM信号在第三与门控制器中与第二SOC分析模块输出的电平信号相与后输送至第一双向DC/DC变换器。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
该控制装置能够充分发挥蓄电池能量密度高和超级电容功率密度大相结合的储能优势，通过动态电流跟踪补偿，对负载侧的需求与回馈功率进行跟踪控制，保证储能装置能够在电动模式下快速响应负载能量需求，在制动模式下充分吸收回馈能量，提高系统运行性能和能量效率。适用于新能源汽车驱动系统的节能控制。
附图说明
图1是本发明提供的一种新能源汽车驱动系统能量动态分配与优化控制装置的结构示意图。
附图标记：1.蓄电池组；2.超级电容模组；3.第一双向DC/DC变换器；4.第二双向DC/DC变换器；5.DC/AC变换器；6.永磁同步电机；7.第一电流传感器；8.第一电压传感器；9.第二电流传感器；10.第二电压传感器；11.第三电流传感器；12.第三电压传感器；13.第一SOC计算模块；14.第二SOC计算模块；15.状态检测模块；16.超级电容功率分配模块；17.第一动态跟踪电流补偿模块；18.超级电容充电控制器；19.蓄电池充电控制器20.超级电容放电控制器；21.蓄电池放电控制器；22.第一PWM驱动模块；23.蓄电池功率分配模块；24.第二动态跟踪电流补偿模块；25.启动控制模块；26.第一与门控制器；27.第二PWM驱动模块；28.第一SOC分析模块29.第二SOC分析模块；30.第二与门控制器；31.第三与门控制器。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
参阅图1，图1是本发明提供的一种新能源汽车驱动系统能量动态分配与优化控制装置的结构示意图。整套装置由主电路单元、信号采集单元和控制单元组成；所述主电路单元包括蓄电池组1、超级电容模组2、第一双向DC/DC变换器3、第二双向DC/DC变换器4、DC/AC变换器5和永磁同步电机6；所述信号采集单元包括第一电流传感器7、第一电压传感器8、第二电流传感器9、第二电压传感器10、第三电流传感器11和第三电压传感器12；其特征在于，所述控制单元包括第一SOC计算模块13、第二SOC计算模块14、状态检测模块15、超级电容功率分配模块16、第一动态跟踪电流补偿模块17、超级电容充电控制器18、蓄电池充电控制器19、超级电容放电控制器20、蓄电池放电控制器21、第一PWM驱动模块22、蓄电池功率分配模块23、第二动态跟踪电流补偿模块24、启动控制模块25、第一与门控制器26、第二PWM驱动模块27、第一SOC分析模块28、第二SOC分析模块29、第二与门控制器30和第三与门控制器31。
蓄电池组1+端串联第二电流传感器9后连接至第一双向DC/DC变换器3低压侧+端，蓄电池组1-端直接连接至第一双向DC/DC变换器3低压侧-端，第二电压传感器10并联在蓄电池组1两端，第一双向DC/DC变换器3高压侧+端串联第一电流传感器7后连接至DC/AC变换器5直流侧+端，第一双向DC/DC变换器3高压侧-端直接连接至DC/AC变换器5直流侧-端，第一电压传感器8并联在第一双向DC/DC变换器3高压侧两端，DC/AC变换器5连接永磁同步电机6；超级电容模组2+端串联第三电流传感器11后连接至第二双向DC/DC变换器4低压侧+端，超级电容模组2-端直接连接至第二双向DC/DC变换器4低压侧-端，第三电压传感器12并联在超级电容模组2两端，第二双向DC/DC变换器4高压侧+端连接至第一双向DC/DC变换器3高压侧+端，第二双向DC/DC变换器4高压侧-端连接至第一双向DC/DC变换器3高压侧-端；
第三电流传感器11和第三电压传感器12采集的超级电容电流、电压以及状态检测模块15输出的电平信号均输送至第一SOC计算模块13，经计算输出超级电容SOC值至第一SOC分析模块28，第一SOC分析模块28根据状态检测模块15输出的电平信号进行选择分析后输出电平信号至第二与门控制器30；第二电流传感器9和第二电压传感器10采集的蓄电池电流、电压以及第一与门控制器26输出的电平信号均输送至第二SOC计算模块14，经计算输出蓄电池SOC值至第二SOC分析模块29，第二SOC分析模块29根据第一与门控制器26输出的电平信号进行分析后输出电平信号至第三与门控制器31；
第一电流传感器7和第一电压传感器8分别采集母线电流、电压输送至状态检测模块15，综合判断后输出的电平信号和第一电流传感器7、第一电压传感器8采集的母线电流、电压均输送至超级电容功率分配模块16，经计算输出功率分配值至第一动态电流补偿模块17，第一电压传感器8采集的母线电压、第三电压传感器12采集的超级电容电压以及第一SOC计算模块13输出的超级电容SOC值均输送至第一动态跟踪电流补偿模块17，经计算输出超级电容电流补偿值至超级电容充电控制器18和超级电容放电控制器20；超级电容充电控制器18结合第三电流传感器11采集的电流值、第三电压传感器12采集的电压值以及第一动态跟踪电流补偿模块17输出的电流补偿值在状态检测模块15输出的低电平信号作用下输出控制信号至第一PWM驱动模块22；超级电容放电控制器20结合第三电流传感器11采集的电流值、第一电压传感器8采集的电压值以及第一动态跟踪电流补偿模块17输出的电流补偿值在状态检测模块15输出的高电平信号作用下输出控制信号至第一PWM驱动模块22；第一PWM驱动模块22生成的PWM信号和来自第一SOC分析模块28输出的电平信号经第二与门控制器30相与后输送至第二双向DC/DC变换器4；
状态检测模块15输出的电平信号、第一电流传感器7和第一电压传感器8采集的直流母线电流、电压以及超级电容功率分配模块16输出的功率值均输送至蓄电池功率分配模块23，经计算输出的蓄电池功率值以及第一电压传感器8、第二电压传感器10采集的母线电压、蓄电池电压均输送至第二动态跟踪电流补偿模块24，计算输出蓄电池电流补偿值至蓄电池充电控制器19和蓄电池放电控制器21；第二电压传感器10采集蓄电池电压经启动控制模块25输出的电平信号与状态检测模块15输出的电平信号在第一与门控制器26中相与后输出电平信号至蓄电池放电控制器21，蓄电池放电控制器21结合第二电流传感器9采集的电流值、第一电压传感器8采集的电压值以及第二动态跟踪电流补偿模块24输出的电流补偿值在第一与门控制器26输出的高电平信号作用下输出控制信号至第二PWM驱动模块27；蓄电池充电控制器19结合第二电流传感器9采集的电流值、第二电压传感器10采集的电压值以及第二动态跟踪电流补偿模块24输出的电流补偿值在状态检测模块15输出的低电平信号作用下输出控制信号至第二PWM驱动模块27；第二PWM驱动模块27生成PWM信号在第三与门控制器31中与第二SOC分析模块29输出的电平信号相与后输送至第一双向DC/DC变换器3。
系统启动：按下启动控制模块25中的启动按钮，启动控制模块25根据第二电压传感器10采集的蓄电池电压ub的大小来判断是否启动，当ub小于蓄电池电压下限值ub_min时，启动控制模块25输出低电平信号，系统不能启动；当ub大于蓄电池电压下限值ub_min时，启动控制模块25输出的高电平信号和状态检测模块15输出的初始高电平信号经第一与门控制器26相与后输出高电平至蓄电池放电控制器21，蓄电池放电控制器21结合第二电流传感器9采集的电流值、第一电压传感器8采集的电压值以及第二动态跟踪电流补偿模块24输出的电流补偿值0在第一与门控制器26输出的高电平信号作用下输出控制信号至第二PWM驱动模块27，第二PWM驱动模块27输出PWM信号至第三与门控制器31。
第二SOC计算模块14结合第二电流传感器9采集的蓄电池电流和第二电压传感器10采集的蓄电池电压在第一与门控制器26输出的高电平信号作用下选择公式(1)进行计算，得到蓄电池组1的SOC值，公式(1)由开路电压法与安时测量法结合得出如下式所示：
Figure BDA0002777469600000081
其中：SOCAh_b(t)为t时刻由安时测量法得出蓄电池组1的SOC值，SOCb(t0)为t0时刻蓄电池组1的SOC值，ηd_b为蓄电池组1的放电效率，id_b为第二电流传感器9采集的蓄电池组1电流，Δt为采样时间，QN_b为蓄电池组1的总容量，wb为蓄电池组1的权值，SOCovc_b(t)为t时刻由第二电压传感器10采集蓄电池组1两端电压并利用开路电压法估计出的SOC值。
第二SOC计算模块14输出蓄电池组1的SOC值至第二SOC分析模块29，与蓄电池SOC下限值SOCb_min进行比较：当SOCb<SOCb_min时，第二SOC分析模块29输出低电平信号至第三与门控制器31，与第二PWM驱动模块27输出的PWM信号相与后输出低电平信号至第一双向DC/DC变换器3，系统不能启动工作；当SOCb≥SOCb_min时，第二SOC分析模块29输出高电平信号至第三与门控制器31，与第二PWM驱动模块27输出的PWM驱动信号相与后输出PWM驱动信号至第一双向DC/DC变换器3，系统启动，永磁同步电机6进入电动运行状态。
电机电动运行：永磁同步电机6工作在电动正常运行和加载模式时，第一电流传感器7和第一电压传感器8采集母线电流、电压输送至状态检测模块15，通过状态检测模块15实现电机运行状态判断：当id≥0且ud≤Ud_min时，状态检测模块15输出高电平信号，永磁同步电机6运行在电动运行状态，系统切换为电动模式。
启动控制模块25输出的高电平信号与状态检测模块15输出的高电平信号经第一与门控制器26相与后输出高电平信号至蓄电池放电控制器21。
第一电流传感器7采集的母线电流、第一电压传感器8采集的母线电压以及超级电容功率分配模块16输出的超级电容补偿功率值均输送至蓄电池功率分配模块23，蓄电池功率分配模块23通过公式(2)、(3)对永磁同步电机6电动运行所需功率进行分配，计算得到蓄电池补偿功率值Δpd_b，公式(2)、(3)如下式所示：
pd(t)＝ud(t)×id(t) (2)
Figure BDA0002777469600000091
其中：pd(t)为t时刻需求功率，ud(t)为t时刻直流母线电压，id(t)为t时刻直流母线电流，Psc_max为超级电容最大放电功率。
蓄电池功率分配模块23输出的蓄电池补偿功率值和第一电压传感器8采集的母线电压输送至第二动态跟踪电流补偿模块24，第二动态跟踪电流补偿模块24通过公式(4)计算得到蓄电池动态电流补偿值Δid_b，公式(4)如下式所示：
Figure BDA0002777469600000092
第二动态跟踪电流补偿模块24输出蓄电池动态电流补偿值至蓄电池放电控制器21，并结合第二电流传感器9采集的电流值和第一电压传感器8采集的电压值在第一与门控制器26输出的高电平作用下输出控制信号至第二PWM驱动模块27，第二PWM驱动模块27输出PWM驱动信号至第三与门控制器31。
第二SOC计算模块14结合第二电流传感器9采集的电流值和第二电压传感器10采集电压值在第一与门控制器26输出的高电平信号作用下选择公式(1)进行计算，得到蓄电池组1在t时刻的SOC值，第二SOC计算模块14输出蓄电池组1的SOC值至第二SOC分析模块29，第二SOC分析模块29对蓄电池组1的SOC进行分析：当SOCb≥SOCb_min时，输出高电平信号与PWM驱动信号在第三与门控制器31中相与，第三与门控制器31输出PWM驱动信号至第一双向DC/DC变换器3，驱动第一双向DC/DC变换器3按照以上期望的控制目标工作；当SOCb<SOCb_min时，输出低电平信号与PWM驱动信号在第三与门控制器31中相与，第三与门控制器31输出低电平至第一双向DC/DC变换器3，使第一双向DC/DC变换器3停止工作。
同时，第一电流传感器7和第一电压传感器8采集母线电流、电压输送至超级电容功率分配模块16，超级电容功率分配模块16通过公式(2)、(5)对永磁同步电机6电动运行所需功率进行分配，计算得到超级电容补偿功率值Δpd_sc，公式(5)如下式所示：
Figure BDA0002777469600000101
其中：Pd_nom为电动模式下电机稳定运行时的需求功率。
超级电容功率分配模块16输出的超级电容补偿功率值和第一电压传感器8采集的母线电压输送至第一动态跟踪电流补偿模块17，第一动态跟踪电流补偿模块17根据第一SOC计算模块13输出的超级电容SOC值进行实时调整，通过公式(6)计算得到超级电容动态电流补偿值Δid_sc，使超级电容模组2实时跟踪负载并提供负载所需主要功率，公式(6)如下式所示：
Figure BDA0002777469600000102
其中：SOCsc_max为超级电容SOC上限值，SOCsc_min为超级电容SOC下限值。
第一动态跟踪电流补偿模块17输送超级电容动态电流补偿值至超级电容放电控制器20，并结合第三电流传感器11采集的电流值和第一电压传感器8采集的电压值在状态检测模块15输出的高电平作用下输出控制信号至第一PWM驱动模块22，第一PWM驱动模块22输出PWM信号至第二与门控制器30。
第一SOC计算模块13结合第三电流传感器11采集的超级电容电流和第三电压传感器12采集的超级电容电压在状态检测模块15输出的高电平信号作用下选择公式(7)进行计算，得到超级电容模组2在t时刻的SOC值，公式(7)由开路电压法与安时测量法结合得出如下式所示：
Figure BDA0002777469600000111
其中：SOCAh_sc(t)为t时刻由安时测量法得出超级电容模组2的SOC值，SOCsc(t0)为t0时刻超级电容模组2的SOC值，ηd_sc为超级电容模组2的放电效率，id_sc为电动模式下第三电流传感器11采集的超级电容模组2电流，QN_sc为超级电容模组2的总容量，wsc为超级电容模组2的权值，SOCovc_sc(t)为t时刻由第三电压传感器12采集超级电容模组2两端电压并利用开路电压法估计出的SOC值。
第一SOC计算模块13输出超级电容模组2的SOC值至第一SOC分析模块28，第一SOC分析模块28对超级电容模组2的SOC值进行分析：当SOCsc≥SOCsc_min时，输出高电平信号与PWM驱动信号在第二与门控制器30中相与，第二与门控制器30输出PWM驱动信号至第二双向DC/DC变换器4，驱动第二双向DC/DC变换器4按照以上期望的控制目标工作；当SOCsc＜SOCsc_min时，输出低电平信号与PWM驱动信号在第二与门控制器30中相与，第二与门控制器30输出低电平信号至第二双向DC/DC变换器4，使第二双向DC/DC变换器4停止工作。
电机发电运行：永磁同步电机6工作在制动运行模式时，第一电流传感器7和第一电压传感器8采集母线电流、电压输送至状态检测模块15，通过状态检测模块15实现电机运行状态判断：当id<0且ud≥Ud_max时，状态检测模块15输出低电平信号，永磁同步电机6运行在发电运行状态，系统切换为制动模式。
第一电流传感器7和第一电压传感器8采集母线电流、电压输送至超级电容功率分配模块16，超级电容功率分配模块16通过公式(2)、(8)对永磁同步电机6回馈的制动功率进行分配，计算输出超级电容功率分配值Δpdc_sc，公式(8)如下式所示：
Figure BDA0002777469600000121
超级电容功率分配模块16输出的超级电容功率分配值与第三电压传感器12输出的超级电容电压输送至第一动态跟踪电流补偿模块17，第一动态跟踪电流补偿模块17通过公式(9)计算得到超级电容动态跟踪电流值Δidc_sc，使超级电容模组2快速吸收大部分电机制动功率，公式(9)如下式所示：
Figure BDA0002777469600000122
其中：uc(t)为t时刻超级电容电压值。
第一动态跟踪电流补偿模块17输出超级电容动态跟踪电流值至超级电容充电控制器18，结合第三电流传感器11采集的电流值和第三电压传感器12采集的电压值在状态检测模块15输出的低电平信号作用下输出控制信号至第一PWM驱动模块22，第一PWM驱动模块22输出PWM驱动信号至第二与门控制器30。
第第一SOC计算模块13结合第三电流传感器11采集的超级电容电流和第三电压传感器12采集的电压在状态检测模块15输出的低电平信号作用下选择公式(10)进行计算，得到超级电容模组2在t时刻的SOC值，公式(10)由开路电压法与安时测量法结合得出如下式所示：
Figure BDA0002777469600000131
其中：ηc_sc为超级电容模组2的充电效率，idc_sc为制动模式下第三电流传感器11采集的超级电容模组2电流。
第一SOC计算模块13输出超级电容模组2的SOC值至第一SOC分析模块28，第一SOC分析模块28对超级电容模组2的SOC值进行分析：当SOCsc≤SOCsc_max时，输出高电平信号与PWM驱动信号在第二与门控制器30中相与，第二与门控制器30输出PWM驱动信号至第二双向DC/DC变换器4，驱动第二双向DC/DC变换器4按照以上期望的控制目标工作；当SOCsc>SOCsc_max时，输出低电平信号与PWM驱动信号在第二与门控制器30中相与，第二与门控制器30输出低电平信号至第二双向DC/DC变换器4，使第二双向DC/DC变换器4停止工作。
同时，第一电流传感器7采集的母线电流、第一电压传感器8采集的母线电压以及超级电容功率分配模块16输出的超级电容功率分配值均输送至蓄电池功率分配模块23，蓄电池功率分配模块23通过公式(2)、(11)对永磁同步电机6回馈的制动功率进行分配，计算输出蓄电池功率分配值Δpdc_b，公式(11)如下式所示：
Figure BDA0002777469600000132
其中：Pscc_max为超级电容最大充电功率。
蓄电池功率分配模块23输出蓄电池功率分配值和第二电压传感器10采集的蓄电池电压输送至第二动态跟踪电流补偿模块24，第二动态跟踪电流补偿模块24通过公式(12)计算得到蓄电池动态跟踪电流值Δidc_b，使蓄电池组1吸收剩余少部分制动功率，公式(12)如下式所示：
Figure BDA0002777469600000133
其中：ub(t)为t时刻蓄电池电压值。
第二动态跟踪电流补偿模块24输出蓄电池动态跟踪电流值至蓄电池充电控制器19，并结合第二电流传感器9采集的电流值和第二电压传感器10采集的电压值在状态检测模块15输出的低电平信号作用下输出控制信号至第二PWM驱动模块27，第二PWM驱动模块27输出PWM信号至第三与门控制器31。
第二SOC计算模块14结合第二电流传感器9采集的蓄电池电流和第二电压传感器10采集的蓄电池电压在第一与门控制器26输出的低电平信号作用下选择公式(13)进行计算，得到蓄电池组1在t时刻的SOC值，公式(13)由开路电压法与安时测量法结合得出如下式所示：
Figure BDA0002777469600000141
其中：ηc_b为蓄电池组1的充电效率，idc_b为制动模式下第二电流传感器9采集的蓄电池组1电流。
第二SOC计算模块14输出蓄电池组1的SOC值至第二SOC分析模块29，第二SOC分析模块29对蓄电池组1的SOC进行分析：当SOCb≤SOCb_max时，输出高电平信号与PWM驱动信号在第三与门控制器31中相与，第三与门控制器31输出PWM驱动信号至第一双向DC/DC变换器3，驱动第一双向DC/DC变换器3按照以上期望的控制目标工作；当SOCb>SOCb_max时，输出低电平信号与PWM驱动信号在第三与门控制器31中相与，第三与门控制器31输出低电平至第一双向DC/DC变换器3，使第一双向DC/DC变换器3停止工作。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (1)

1.一种新能源汽车驱动系统能量动态分配与优化控制装置，其特征在于，包括主电路单元、信号采集单元和控制单元；其中，所述主电路单元包括蓄电池组（1）、超级电容模组（2）、第一双向DC/DC变换器（3）、第二双向DC/DC变换器（4）、DC/AC变换器（5）和永磁同步电机（6）；所述信号采集单元包括第一电流传感器（7）、第一电压传感器（8）、第二电流传感器（9）、第二电压传感器（10）、第三电流传感器（11）和第三电压传感器（12）；所述控制单元包括第一SOC计算模块（13）、第二SOC计算模块（14）、状态检测模块（15）、超级电容功率分配模块（16）、第一动态跟踪电流补偿模块（17）、超级电容充电控制器（18）、蓄电池充电控制器（19）、超级电容放电控制器（20）、蓄电池放电控制器（21）、第一PWM驱动模块（22）、蓄电池功率分配模块（23）、第二动态跟踪电流补偿模块（24）、启动控制模块（25）、第一与门控制器（26）、第二PWM驱动模块（27）、第一SOC分析模块（28）、第二SOC分析模块（29）、第二与门控制器（30）和第三与门控制器（31）；
其中，蓄电池组（1）的+端串联第二电流传感器（9）后连接至第一双向DC/DC变换器（3）低压侧+端，蓄电池组（1）-端直接连接至第一双向DC/DC变换器（3）低压侧-端，第二电压传感器（10）并联在蓄电池组（1）两端，第一双向DC/DC变换器（3）高压侧+端串联第一电流传感器（7）后连接至DC/AC变换器（5）直流侧+端，第一双向DC/DC变换器（3）高压侧-端直接连接至DC/AC变换器（5）直流侧-端，第一电压传感器（8）并联在第一双向DC/DC变换器（3）高压侧两端，DC/AC变换器（5）连接永磁同步电机（6）；超级电容模组（2）+端串联第三电流传感器（11）后连接至第二双向DC/DC变换器（4）低压侧+端，超级电容模组（2）-端直接连接至第二双向DC/DC变换器（4）低压侧-端，第三电压传感器（12）并联在超级电容模组（2）两端，第二双向DC/DC变换器（4）高压侧+端连接至第一双向DC/DC变换器（3）高压侧+端，第二双向DC/DC变换器（4）高压侧-端连接至第一双向DC/DC变换器（3）高压侧-端；
第一电流传感器（7）和第一电压传感器（8）分别采集母线电流、电压输送至状态检测模块（15），综合判断后输出电平信号；第三电流传感器（11）和第三电压传感器（12）采集的超级电容电流、电压以及状态检测模块（15）输出的电平信号均输送至第一SOC计算模块（13），经计算输出超级电容SOC值至第一SOC分析模块（28），第一SOC分析模块（28）根据状态检测模块（15）输出的电平信号进行选择分析后输出电平信号至第二与门控制器（30）；第二电流传感器（9）和第二电压传感器（10）采集的蓄电池电流、电压以及第一与门控制器（26）输出的电平信号均输送至第二SOC计算模块（14），经计算输出蓄电池SOC值至第二SOC分析模块（29），第二SOC分析模块（29）根据第一与门控制器（26）输出的电平信号进行分析后输出电平信号至第三与门控制器（31）；
同时，状态检测模块（15）综合判断后输出的电平信号和第一电流传感器（7）、第一电压传感器（8）采集的母线电流、电压均输送至超级电容功率分配模块（16），经计算输出功率分配值至第一动态跟踪电流补偿模块（17），第一电压传感器（8）采集的母线电压、第三电压传感器（12）采集的超级电容电压以及第一SOC计算模块（13）输出的超级电容SOC值均输送至第一动态跟踪电流补偿模块（17），经计算输出超级电容电流补偿值至超级电容充电控制器（18）和超级电容放电控制器（20）；超级电容充电控制器（18）接收第三电流传感器（11）采集的电流值、第三电压传感器（12）采集的电压值以及第一动态跟踪电流补偿模块（17）输出的电流补偿值，在状态检测模块（15）输出的低电平信号作用下输出控制信号至第一PWM驱动模块（22）；超级电容放电控制器（20）接收第三电流传感器（11）采集的电流值、第一电压传感器（8）采集的电压值以及第一动态跟踪电流补偿模块（17）输出的电流补偿值，在状态检测模块（15）输出的高电平信号作用下输出控制信号至第一PWM驱动模块（22）；第一PWM驱动模块（22）生成的PWM信号和来自第一SOC分析模块（28）输出的电平信号经在第二与门控制器（30）中与第一SOC分析模块（28）输出的电平信号相与后输送至第二双向DC/DC变换器（4）；
状态检测模块（15）输出的电平信号、第一电流传感器（7）和第一电压传感器（8）采集的直流母线电流、电压以及超级电容功率分配模块（16）输出的功率值均输送至蓄电池功率分配模块（23），经计算输出的蓄电池功率值以及第一电压传感器（8）、第二电压传感器（10）采集的母线电压、蓄电池电压均输送至第二动态跟踪电流补偿模块（24），计算输出蓄电池电流补偿值至蓄电池充电控制器（19）和蓄电池放电控制器（21）；第二电压传感器（10）采集蓄电池电压，经启动控制模块（25）输出的电平信号与状态检测模块（15）输出的初始电平信号在第一与门控制器（26）中相与后输出电平信号至蓄电池放电控制器（21），蓄电池放电控制器（21）接收第二电流传感器（9）采集的电流值、第一电压传感器（8）采集的电压值以及第二动态跟踪电流补偿模块（24）输出的电流补偿值，在第一与门控制器（26）输出的高电平信号作用下输出控制信号至第二PWM驱动模块（27）；蓄电池充电控制器（19）接收第二电流传感器（9）采集的电流值、第二电压传感器（10）采集的电压值以及第二动态跟踪电流补偿模块（24）输出的电流补偿值，在状态检测模块（15）输出的低电平信号作用下输出控制信号至第二PWM驱动模块（27）；第二PWM驱动模块（27）生成PWM信号在第三与门控制器（31）中与第二SOC分析模块（29）输出的电平信号相与后输送至第一双向DC/DC变换器（3）。
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