[发明专利]一种新能源汽车驱动系统能量动态分配与优化控制装置

说明书

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。

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；