CN202243053U - 纯电动汽车复合电源能量管理预测控制系统 - Google Patents

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邹忠月
曹秉刚
李红宇
李复活
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Sanmenxia Suda Transportation Energy Saving Technology Co., Ltd.
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Abstract

本实用新型公开了一种纯电动汽车复合电源能量管理预测控制系统，包括电机、动力蓄电池组和超级电容，动力蓄电池组和超级电容分别经双向DC-DC变换器与电机驱动控制装置相连，电机驱动控制装置连接电机，其中，还包括微处理器控制系统，以及与微处理器控制系统相连接的车载导航系统、电门踏板电位器、刹车踏板电位器、电机检测单元、动力蓄电池能量管理系统和超级电容能量管理系统。本实用新型能够充分利用能源，增加能量回收，提高电动汽车一次充电行驶里程，保护蓄电池，延长蓄电池使用寿命，提高电动汽车整车动力性能。

Description

纯电动汽车复合电源能量管理预测控制系统
技术领域
本实用新型属于纯电动汽车驱动与再生制动控制技术领域，具体涉及一种纯电动汽车复合电源能量管理预测控制系统。
背景技术
随着能源危机和环境污染的日益严重，电动汽车由于其节能、环保、能量转换效率高等优点，得到了产业界的高度重视和政府部门的大力扶持。目前，制约电动汽车发展的一个重要因素是其续驶里程短，如何提高驱动过程中的能量利用效率和刹车制动能量回收效率具有重大的意义。
目前的电动汽车大多采用单一能源结构，在电动汽车在驱动过程中频繁加速，起步和爬坡是，瞬间放电电流过大，严重影响了动力蓄电池组的能量利用效率和使用寿命，而且导致车辆的动力性能受到了制约，在城市工况下，频繁的刹车制动，电机再生制动产生的充电电流波动幅度很大，会削减电池组的使用寿命，而且回收的能量有限，造成能量的浪费。通过将高比能量的动力蓄电池和高比功率的超级电容结合到一起，明显提高了电动汽车系统性能。但目前动力蓄电池和超级电容组成的复合电源系统采用简单的并联结构为电机提供能量，没有对蓄电池和超级电容之间的能量进行合理的管理分配，导致没有最大化的整体能量利用和制动能量回收，而且控制精度不高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种纯电动汽车复合电源能量管理预测控制系统，解决现有技术中复合电源能量管理控制不完善，能量利用效率和制动能量回收效率低的问题，提高电动汽车一次充电行驶里程，能够充分利用能源，增加能量回收，保护蓄电池，延长蓄电池使用寿命，提高电动汽车整车动力性能。
为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种纯电动汽车复合电源能量管理预测控制系统，包括电机、动力蓄电池组和超级电容，动力蓄电池组和超级电容分别经双向DC-DC变换器与电机驱动控制装置相连，电机驱动控制装置连接电机，其中，还包括微处理器控制系统，以及与微处理器控制系统相连接的车载导航系统、电门踏板电位器、刹车踏板电位器、电机检测单元、动力蓄电池能量管理系统和超级电容能量管理系统。   
进一步，所述车载导航系统（GPS/GIS）包括全球定位系统(GPS，Global Positioning System)及地理信息系统(GIS，Geographic Information System)，能够提供路况(道路行驶工况)信息包括汽车行驶在该路段上的平均车速、加速度、道路坡度、交通流量、交通信号灯、路面车速限制等信息。
进一步，所述动力蓄电池组为铅酸蓄电池、锂离子电池或镍氢蓄电池。
进一步，所述电机采用永磁无刷电机或交流异步电机或永磁同步电机或开关磁阻电机。
进一步，所述电机检测单元包括分别对电机的转矩、速度、电流信号进行采集的转矩传感器、速度传感器和电流传感器。
进一步，所述电门踏板电位器和刹车踏板电位器包括角速度传感器和角位移传感器。
进一步，所述微处理器控制系统电路板上设置有微处理器，与微处理器连接有信号滤波电路，光电隔离器件。
进一步，所述双向DC-DC变换器包括两个功率开关管组成半桥结构和一个电感，电感的一端连接在两个功率开关管的连接点上。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型利用车载导航系统对未来一定时间内汽车道路行驶工况信息进行预测研究，获得路况信息后加以识别，结合系统各单元的检测信息，采用智能能量管理控制策略对能量进行管理分配。本实用新型改善了纯电动汽车的启动、加速和爬坡的动力性能，提高了驱动过程中的能量利用效率，还可以通过预测对能量进行合理管理分配，大大提高刹车制动能量回收效率，延长了电动汽车的续驶里程，同时可以避免动力蓄电池大电流充放电，提高动力蓄电池的使用寿命，并且可提高制动力矩，改善制动系统的可靠性和稳定性。
本实用新型借助车载导航系统（GPS/GIS）获取未来一段道路上的道路行驶工况，对路况信息进行识别预测研究，运用智能能量管理控制策略对动力蓄电池和超级电容组成的复合电源系统进行能量管理分配，可以提高能量的利用效率和制动能量回收效率。通过合理能量管理分配可以改善纯电动汽车的启动、加速和爬坡的动力性能，提高驱动过程中的能量利用效率，还可以提高刹车制动能量回收效率，延长电动汽车的续驶里程，同时可以避免动力蓄电池大电流充放电，提高动力蓄电池的使用寿命，并且可提高制动力矩，改善制动系统的可靠性和稳定性。同时通过统一的信号处理控制，控制系统控制更加精确和安全。
附图说明
图1 为本实用新型的系统结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的详细描述：
参见图1，本实用新型包括电机1、动力蓄电池组4和超级电容6，动力蓄电池组4和超级电容6分别经双向DC-DC变换器5与电机驱动控制装置2相连，电机驱动控制装置2连接电机，还包括DPS微处理器3，以及与DPS微处理器3相连接的车载导航系统11、电门踏板电位器10、刹车踏板电位器9、电机检测单元7、动力蓄电池能量管理系统12和超级电容能量管理系统8。 
车载导航系统11对未来一段路况(道路行驶工况)信息包括汽车行驶在该路段上的平均车速、加速度、道路坡度、交通流量、交通信号灯、路面车速限制等信息进行采集，并将数据发送给DPS微处理器3。
动力蓄电池能量管理系统12和超级电容能量管理系统8对蓄电池和超级电容的电压进行采集，利用电流传感器对充放电电流进行采集，采用热敏电阻，温度传感器对温度进行采集，以及对其荷电状态进行估算，然后将采集的数据发送给DPS微处理器3。
DSP微处理器3对传送过来的蓄电池和超级电容信号，电门踏板信号，刹车踏板信号，电机采集的信号以及车载导航系统采集的路况信息进行滤波处理，然后经过DSP微处理器3识别预测分析，结合能量管理控制策略，发出能量比例分配信号，经过光电隔离发送给电机驱动控制装置2。
两个双向DC-DC变换器5的结构相同，包括两个功率开关管组成的半桥结构和一个电感，电感的一端连接在两个功率开关管的连接点上，通过电机驱动控制装置2产生的PWM脉冲控制信号进行控制。
    电机驱动控制装置2，根据接收到的DPS微处理器3控制信号，经过算法计算得到相应的PWM占空比，对两个双向DC-DC变换器5进行控制。
本实用新型的工作原理为：
从功能要求来说，需要实现车辆的驱动和制动能量回收控制。复合电源系统中超级电容属于辅助电源，它起到削峰填谷的作用。如图1所示，车辆在行驶过程中，DPS微处理器3接收车载导航系统11采集未来一段道路行驶工况信息，动力蓄电池组4和超级电容6的荷电信息，电门踏板或刹车踏板电位信息以及电机检测单元7检测的信息，经过滤波处理，DSP微处理器3对信息进行识别预测分析，运用能量控制策略，调整动力蓄电池组4充放电和超级电容6的充放电比例，输出控制信号经过光电隔离处理，发送给电机驱动控制装置2，进一步控制两个双向DC-DC变换器5中的功率开关管的导通和截止，进而控制动力蓄电池和超级电容的能量管理，该系统是一套闭环控制系统。

Claims (8)

1.一种纯电动汽车复合电源能量管理预测控制系统，包括电机（1）、动力蓄电池组（4）和超级电容（6），动力蓄电池组（4）和超级电容（6）分别经双向DC-DC变换器（5）与电机驱动控制装置（2）相连，电机驱动控制装置（2）连接电机，其特征在于：还包括微处理器控制系统（3），以及与微处理器控制系统（3）相连接的车载导航系统（11）、电门踏板电位器（10）、刹车踏板电位器（9）、电机检测单元（7）、动力蓄电池能量管理系统（12）和超级电容能量管理系统（8）。
2.根据权利要求1中所述的一种纯电动汽车复合电源能量管理预测控制系统，其特征在于：所述车载导航系统（11）包括全球定位系统和地理信息系统。
3.根据权利要求1中所述的一种纯电动汽车复合电源能量管理预测控制系统，其特征在于：所述动力蓄电池组（4）为铅酸蓄电池、锂离子电池或镍氢蓄电池。
4.根据权利要求1中所述的一种纯电动汽车复合电源能量管理预测控制系统，其特征在于：所述电机采用永磁无刷电机或交流异步电机或永磁同步电机或开关磁阻电机。
5.根据权利要求1中所述的一种纯电动汽车复合电源能量管理预测控制系统，其特征在于：所述电机检测单元（7）包括分别对电机（1）的转矩、速度、电流信号进行采集的转矩传感器、速度传感器和电流传感器。
6.根据权利要求1中所述的一种纯电动汽车复合电源能量管理预测控制系统，其特征在于：所述电门踏板电位器（10）和刹车踏板电位器（9）包括角速度传感器和角位移传感器。
7.根据权利要求1中所述的一种纯电动汽车复合电源能量管理预测控制系统，其特征在于：所述微处理器控制系统（3）电路板上设置有微处理器，与微处理器连接有信号滤波电路，光电隔离器件。
8.根据权利要求1中所述的一种纯电动汽车复合电源能量管理预测控制系统，其特征在于：所述双向DC-DC变换器（5）包括两个功率开关管组成半桥结构和一个电感，电感的一端连接在两个功率开关管的连接点上。
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