混合電動(dòng)汽車(chē)能量流仿真系統設計與分析

對于混合電動(dòng)汽車(chē)，在實(shí)際運行中，為了實(shí)現電動(dòng)機與發(fā)動(dòng)機之間的快速切換，要求系統有較短的響應時(shí)間;為了保證汽車(chē)運行的穩定性，要求系統具有精確的電流定位;同時(shí)，為了保證系統控制的可靠與準確，對系統采樣精度與控制速度的要求也較高。研究混合電動(dòng)汽車(chē)的能量流控制策略，關(guān)鍵在于研究電池與電動(dòng)機和發(fā)動(dòng)機之間的關(guān)系。

在實(shí)際工作中，混合電動(dòng)汽車(chē)工作環(huán)境復雜、各種干擾因素的影響較大，給研究其能量流狀態(tài)帶來(lái)了較大的困難。能否在實(shí)驗室對動(dòng)力電池的工作性能進(jìn)行模擬與仿真呢？這樣，不僅可以節省大量的人力物力，而且對于混合電動(dòng)汽車(chē)的設計和總成有很好的參照作用。

本文將介紹的混合電動(dòng)汽車(chē)能量流仿真系統就是針對上述要求而設計的，該系統可仿真混合電動(dòng)汽車(chē)的實(shí)際工作環(huán)境，為研究混合電動(dòng)汽車(chē)控制策略提供了一個(gè)靈活、簡(jiǎn)便、高效的平臺。

系統特點(diǎn)

整個(gè)系統采用組合式平臺搭建，根據仿真工作的要求，按照工作電流的大小組合使用對應的仿真模塊來(lái)構成整個(gè)系統的能量控制部分。采用這種結構設計可以大大減小整個(gè)系統的體積與功耗。

系統中集成了CAN2.0B和RS-232C接口，可以與汽車(chē)內的各種控制儀表進(jìn)行通信與數據交換，與汽車(chē)總控系統的標準通信接口兼容，能夠方便的移植到實(shí)際的混合電動(dòng)汽車(chē)系統中。同時(shí)，可以直接與計算機通信，由計算機來(lái)控制系統的運行，便于實(shí)現監控與仿真。

系統結構

混合電動(dòng)汽車(chē)能量流仿真系統主要由充電系統、放電系統和控制系統三個(gè)部分組成。系統結構框圖如圖1所示。

圖1 仿真系統結構

在充電系統中，采用高效率的脈寬調制方式（PWM），同時(shí)采用反饋穩定控制系統，使得充電過(guò)程快速穩定。

在放電系統中，采用節能型的能量回饋方式，將電能返回電網(wǎng)或者仍然回到充電系統，達到節能降耗的目的。

在控制系統中，采用高速嵌入式微處理器，具有抗干擾能力強、響應速度快、控制方式靈活的特點(diǎn)。

1 充電系統

首先將電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流，經(jīng)過(guò)脈沖寬度調制，再經(jīng)過(guò)隔離變壓器變換，然后進(jìn)行整流穩壓，即可得到所需的工作電壓。為了保證充電過(guò)程的快速穩定，將電壓、電流采樣值引入穩定控制系統，使得充電過(guò)程快速穩定。充電系統結構如圖2所示。

圖2 充電系統結構

2 放電系統

電池的放電系統采用能量回饋方式。首先將動(dòng)力電池的電能進(jìn)行變換，送入中間緩沖器，然后通過(guò)逆變方式將電能變換為三相交流，這部分能量既可以用于返回電網(wǎng)，又可以將它再次送入充電系統，實(shí)現電能的重復利用，同時(shí)可有效減少電流波動(dòng)對電網(wǎng)的影響。放電系統結構如圖3所示。

圖3 放電系統結構

3 控制系統

本系統采用基于高速嵌入式微處理器的控制系統。高速處理器能夠保證快速完成動(dòng)力電池的充放電任務(wù)，并且通過(guò)數字濾波算法使系統具有較好的抗干擾能力。高精度的A/D、D/A控制單元使得充放電過(guò)程動(dòng)態(tài)穩定，滿(mǎn)足控制要求。轉換狀態(tài)用中斷方式通知CPU讀取轉換結果，保證系統的快速響應。監控計算機通過(guò)接口函數就可以控制系統的運行，并且可以采集實(shí)時(shí)參數進(jìn)行數據的分析、處理與監控?？刂葡到y結構如圖4所示。