混合電動(dòng)汽車能量流仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

對于混合電動(dòng)汽車，在實(shí)際運(yùn)行中，為了實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的快速切換，要求系統(tǒng)有較短的響應(yīng)時(shí)間;為了保證汽車運(yùn)行的穩(wěn)定性，要求系統(tǒng)具有精確的電流定位;同時(shí)，為了保證系統(tǒng)控制的可靠與準(zhǔn)確，對系統(tǒng)采樣精度與控制速度的要求也較高。研究混合電動(dòng)汽車的能量流控制策略，關(guān)鍵在于研究電池與電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)之間的關(guān)系。

在實(shí)際工作中，混合電動(dòng)汽車工作環(huán)境復(fù)雜、各種干擾因素的影響較大，給研究其能量流狀態(tài)帶來了較大的困難。能否在實(shí)驗(yàn)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(jié)省大量的人力物力，而且對于混合電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)和總成有很好的參照作用。

本文將介紹的混合電動(dòng)汽車能量流仿真系統(tǒng)就是針對上述要求而設(shè)計(jì)的，該系統(tǒng)可仿真混合電動(dòng)汽車的實(shí)際工作環(huán)境，為研究混合電動(dòng)汽車控制策略提供了一個(gè)靈活、簡便、高效的平臺(tái)。

系統(tǒng)特點(diǎn)

整個(gè)系統(tǒng)采用組合式平臺(tái)搭建，根據(jù)仿真工作的要求，按照工作電流的大小組合使用對應(yīng)的仿真模塊來構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的能量控制部分。采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以大大減小整個(gè)系統(tǒng)的體積與功耗。

系統(tǒng)中集成了CAN2.0B和RS-232C接口，可以與汽車內(nèi)的各種控制儀表進(jìn)行通信與數(shù)據(jù)交換，與汽車總控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)通信接口兼容，能夠方便的移植到實(shí)際的混合電動(dòng)汽車系統(tǒng)中。同時(shí)，可以直接與計(jì)算機(jī)通信，由計(jì)算機(jī)來控制系統(tǒng)的運(yùn)行，便于實(shí)現(xiàn)監(jiān)控與仿真。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

混合電動(dòng)汽車能量流仿真系統(tǒng)主要由充電系統(tǒng)、放電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)部分組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在充電系統(tǒng)中，采用高效率的脈寬調(diào)制方式（PWM），同時(shí)采用反饋穩(wěn)定控制系統(tǒng)，使得充電過程快速穩(wěn)定。

在放電系統(tǒng)中，采用節(jié)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(tǒng)，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

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

1 充電系統(tǒng)

首先將電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流，經(jīng)過脈沖寬度調(diào)制，再經(jīng)過隔離變壓器變換，然后進(jìn)行整流穩(wěn)壓，即可得到所需的工作電壓。為了保證充電過程的快速穩(wěn)定，將電壓、電流采樣值引入穩(wěn)定控制系統(tǒng)，使得充電過程快速穩(wěn)定。充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 放電系統(tǒng)

電池的放電系統(tǒng)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(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電能的重復(fù)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(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 放電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用基于高速嵌入式微處理器的控制系統(tǒng)。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)，并且通過數(shù)字濾波算法使系統(tǒng)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程動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，滿足控制要求。轉(zhuǎn)換狀態(tài)用中斷方式通知CPU讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，保證系統(tǒng)的快速響應(yīng)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過接口函數(shù)就可以控制系統(tǒng)的運(yùn)行，并且可以采集實(shí)時(shí)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析、處理與監(jiān)控。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。