袁美琪

【摘 要】近年來，面對(duì)日趨嚴(yán)重的資源與環(huán)境問題，新型車輛的開發(fā)利用越來越受到各國(guó)政府和工業(yè)界的高度重視，而電動(dòng)汽車的出現(xiàn)在一定程度上可解決上述問題，其中能量存儲(chǔ)管理策略的問題成為電動(dòng)汽車發(fā)展中急需解決的一部分。目前電動(dòng)汽車能源管理系統(tǒng)（EMS）開發(fā)了一種電池組，可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和延長(zhǎng)可用里程和使用壽命，EMS監(jiān)控和記錄電池狀態(tài)費(fèi)用，車輛性能功耗的關(guān)鍵是組件和驅(qū)動(dòng)器的操作，便于駕駛員的輸入與記憶的能量消耗曲線相結(jié)合，以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)里程并選擇合適的充電曲線。本文主要介紹了EMS系統(tǒng)的說明影響范圍預(yù)測(cè)精度的因素及其影響因素范圍擴(kuò)展量。

【關(guān)鍵詞】電動(dòng)汽車；行駛里程

中圖分類號(hào)： U469.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）26-0125-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.26.056

Research on Improving the Strategy of Electric Vehicle Energy Management System

YUAN Mei-qi

（College of Electrical Engineering，Guizhou University，Guiyang Guizhou 550025，China）

【Abstract】In recent years， in the face of increasingly serious resource and environmental problems，the development and utilization of new vehicles has been highly valued by governments and industry in various countries，and the emergence of electric vehicles can solve the above problems to a certain extent，including energy storage management strategies.The problem has become an urgent part of the development of electric vehicles.The current electric vehicle energy management system（EMS） has developed a battery pack that accurately predicts and extends the available mileage and service life.EMS monitors and records battery status costs. The key to vehicle performance and power consumption is the operation of components and drives， which is easy to drive. The input of the member is combined with the energy consumption curve of the memory to accurately predict the mileage and select the appropriate charging curve. This paper mainly introduces the EMS system to explain the factors affecting the prediction accuracy of the range and the extent of the influencing factors.

【Key words】Electric vehicles；Driven distance

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，全球汽車產(chǎn)業(yè)得到了迅猛發(fā)展。而由此引發(fā)的能源短缺和環(huán)境污染已經(jīng)成為了當(dāng)今社會(huì)面臨的重大問題，環(huán)境污染的日益嚴(yán)重、石化資源的日漸枯竭使得電動(dòng)汽車的大規(guī)模應(yīng)用成為必然趨勢(shì)[1-2]，其中電池模塊是電動(dòng)汽車的動(dòng)力源泉，承擔(dān)著電動(dòng)汽車全部或部分動(dòng)力的輸出，其性能的優(yōu)劣直接影響電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能和續(xù)駛里程。因此，電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)（EMS）作為電動(dòng)汽車的智能核心，研究其范圍以及性能的能量管理，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 電動(dòng)汽車能量管理的功能描述

由于車載能量存儲(chǔ)量有限，電動(dòng)車輛可以在除范圍之外的所有區(qū)域中執(zhí)行內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力車輛。能源管理系統(tǒng)（EMS）讓車輛明智地使用這種有限的資源。EMS是基于微處理器的電子模塊，它連接到各種感應(yīng)輸入，包括外部和內(nèi)部空氣溫度傳感器、電池、 電機(jī)和電機(jī)控制器。它可以通過安裝在電動(dòng)汽車內(nèi)的各種傳感器獲得相應(yīng)所需的信息，并隨時(shí)向駕駛員提供一些有用的信息。例如通過參考電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、變頻器、電源轉(zhuǎn)換器的信號(hào)，電機(jī)控制器避免蓄電池的過度深放，通過平衡單元保持各電池的電量均衡和溫度均衡等。從而實(shí)現(xiàn)控制電池的充電，顯示蓄電池的荷電狀態(tài)（state of charge，SOC）和健康狀態(tài)（state of health，SOH）、預(yù)測(cè)剩余行駛里程、調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度、調(diào)節(jié)車燈亮度以及回收再生制動(dòng)能量為電池充電等功能[3]。

電池組和其他子系統(tǒng)的電流和電壓，速度，輪胎壓力等。它的程序不僅包括觀察，記錄和解釋感官輸入的能力，還包括車輛和電池的數(shù)學(xué)模型。該模型考慮了電機(jī)的效率，變速器的防電機(jī)控制器，作為速度和負(fù)載的函數(shù)，還包括描述滾動(dòng)阻力損失和空氣動(dòng)力學(xué)誘導(dǎo)參數(shù)的參數(shù)。電池模型包括實(shí)驗(yàn)確定的公式或表格，其描述基于電池充電和放電歷史的允許放電深度范圍內(nèi)的電壓和電流關(guān)系以及循環(huán)壽命模型。驅(qū)動(dòng)程序界面包括四個(gè)儀表板安裝按鈕和儀器內(nèi)的小文本顯示，允許駕駛員向EMS查詢有關(guān)車輛及其設(shè)備的各種信息，以及選擇EMS操作模式或向EMS提供信息能夠執(zhí)行所選功能。

2 電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)原理

能源管理控制器主要通過電動(dòng)車輛定位加速狀態(tài)或減速狀態(tài)以確定此時(shí)的電池應(yīng)該充電或放電。能源管理控制器是通過電動(dòng)汽車的一些關(guān)鍵部件控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的信息。因此，能源管理戰(zhàn)略的主要考慮因素是：如何識(shí)別能源需求以及如何制動(dòng)能源恢復(fù)量以及如何正確控制發(fā)電機(jī)。在能源管理戰(zhàn)略中，需要車輛系統(tǒng)的能量。進(jìn)行全面考慮，此事不僅需要考慮電動(dòng)汽車運(yùn)行所需的能量，也需要考慮電力池的狀態(tài)和一些其他電氣設(shè)備的能量需求問題。

3 電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)控制策略

3.1 范圍預(yù)測(cè)

由于電動(dòng)車輛的購買者將不可避免地?fù)?dān)心其車輛具有足夠的下一行程范圍的能力，因此可能要求EMS使用特定的駕駛概況來預(yù)測(cè)該范圍或確定車輛是否能夠成功完成選定的旅行。EMS已經(jīng)存儲(chǔ)了“標(biāo)準(zhǔn)化”駕駛概況的耗電歷史，例如高速公路巡航，登山等。它還記住了駕駛員獨(dú)特行程的耗電歷史。在這之后，便可以通過數(shù)學(xué)模型調(diào)用存儲(chǔ)器的行程信息，以預(yù)測(cè)在行程完成之前是否需要再充電。

當(dāng)EMS檢測(cè)到低效的能量使用時(shí)，它可以通過向違規(guī)子系統(tǒng)發(fā)出合適的命令來更明智地使用能量，當(dāng)結(jié)果不影響安全性以及EMS處于“經(jīng)濟(jì)”模式時(shí)，此操作可以是自動(dòng)的。這種動(dòng)作的示例包括調(diào)節(jié)氣候控制器的桿的冷卻/加熱部分以暫時(shí)減少過度需求或者當(dāng)停止時(shí)或當(dāng)外部照明足夠時(shí)外部照明亮度的降低。否則，如果處于“經(jīng)濟(jì)”模式，它可以通過文本顯示向駕駛員提出建議，而這種建議目的在于讓駕駛員注意過度加速。

3.2 電池組充電和循環(huán)壽命

根據(jù)電池組歷史記錄，仔細(xì)關(guān)注充電算法和當(dāng)前充電狀態(tài)的選擇可以大大延長(zhǎng)循環(huán)壽命。由于更換電池組的成本很高，客戶最需要的是幫助他合理地對(duì)車輛進(jìn)行充電。具有電池使用和來自駕駛員的全局方向的EMS可以為當(dāng)前情況選擇最佳查找算法。例如，司機(jī)可以告訴EMS預(yù)計(jì)會(huì)收取多少時(shí)間，然后EMS便能明智地使用這個(gè)充電機(jī)會(huì)。如果車輛長(zhǎng)時(shí)間不使用，也就是說，EMS可以選擇抓住機(jī)會(huì)以此來平衡電池組，這是一個(gè)耗時(shí)的充電周期，但對(duì)于延長(zhǎng)電池組升力仍然很重要。

3.3 滾動(dòng)阻力與阻力系數(shù)

滾動(dòng)阻力和阻力系數(shù)是可能具有大誤差的兩個(gè)車輛參數(shù)。這些誤差在預(yù)測(cè)范圍內(nèi)很重要，我們可以在低速駕駛條件下進(jìn)行調(diào)整。滾動(dòng)阻力約占電力需求的一半，并且空氣動(dòng)力阻力消耗平衡。滾動(dòng)阻力參數(shù)基于適當(dāng)?shù)某錃鈮毫?，輪胎未充氣或過度充氣的概率很高。另外，車輛中的輪胎溫度和負(fù)荷將極大地影響滾動(dòng)阻力，如果我們實(shí)際測(cè)量輪胎壓力并忽略負(fù)載，我們可以得到相當(dāng)準(zhǔn)確的滾動(dòng)阻力模型，輪胎制造商最終將獲得支持該模型的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該模型不僅考慮了壓力，還根據(jù)EMS已知的壓力和速度使用數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)輪胎磨損。問題在于商業(yè)上可獲得的輪胎壓力傳感系統(tǒng)具有防止它們被用于除最昂貴的汽車之外的所有汽車的成本，并且電動(dòng)汽車價(jià)格的市場(chǎng)預(yù)測(cè)可能阻止它們?cè)诖蠖鄶?shù)電動(dòng)車輛中使用。

3.4 電池參數(shù)

電池參數(shù)是另一個(gè)錯(cuò)誤來源。盡管電池制造商經(jīng)常進(jìn)行詳細(xì)測(cè)試以確定端電壓，但作為放電深度函數(shù)的表觀電阻和容量，這些測(cè)試是在少量試樣上進(jìn)行的。我們不知道有關(guān)大樣本預(yù)期的統(tǒng)計(jì)方差的任何公布數(shù)據(jù)。我們可以猜測(cè)，與名義容量的偏差可能會(huì)達(dá)到10%的數(shù)量級(jí)。通過在電池組中使用多個(gè)模塊并因此使用電池來緩解這種情況并且差異小得多。這假定了差異是由于生產(chǎn)批次中的隨機(jī)變化而不是很多。在后一種情況下，由于電池組可以包含來自批次的所有模塊，因此差異可能仍然很高，并且作為電荷數(shù)量的函數(shù)的容量處于類似的不準(zhǔn)確狀態(tài)。

3.5 電池壽命

由于EMS最有用的特性之一是通過明智地選擇充電算法來延長(zhǎng)電池壽命（該選擇部分取決于電池的“老化”），因此需要精確的局部放電循環(huán)影響模型。循環(huán)壽命和放電深度的對(duì)數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式表明，循環(huán)重復(fù)相同的放電深度以估計(jì)循環(huán)壽命。人們想要的是一種減少生命周期循環(huán)次數(shù)的甲酸鹽，而作為該循環(huán)的放電深度和先前類似計(jì)算循環(huán)的數(shù)量，文獻(xiàn)中并沒有發(fā)現(xiàn)任何解決該需求的問題。因此，可以預(yù)期生命周期模型中的錯(cuò)誤可以是一致的，并且沒有數(shù)據(jù)可以允許人們?cè)诜秶A(yù)測(cè)或充電算法選擇中評(píng)估電池“年齡”的不準(zhǔn)確知識(shí)的影響。

4 結(jié)論

本文提出一種改善電動(dòng)汽車范圍和性能的能量管理系統(tǒng)，盡管在文中提供給數(shù)學(xué)模型的參數(shù)存在不確定性，因?yàn)镋MS具有觀察車輛和控制的能力并提出更節(jié)能的策略，但它為范圍擴(kuò)展提供了偏差，并且通過廣泛的測(cè)試可以消除許多不確定性，從而為EMS計(jì)算提供準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)框架，以及其他不確定性可以通過車輛的其他傳感儀器的額外成本消除，能源管理系統(tǒng)必須考慮到這些誤差。大量事實(shí)證明，電動(dòng)汽車的應(yīng)用解決了很多能源與環(huán)境問題，其中電動(dòng)汽車能量管理策略將影響著電動(dòng)汽車的發(fā)展，因此對(duì)其的研究也將更加有意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1]Chu W，Li S，Jiang Q，et al.Speed Estimation for All-Wheel Drive Vehicles Based on Multi-information Fusion[J]. Automotive Engineering，2011，33（11）：962-966.

[2]Chu W，Luo Y，Han Y，et al.Rule-Based Traction System Failure Control of Distributed Electric Drive Vehicle[J].Journal of Mechanical Engineering，2012，48（10）：90-95.

[3]賀興，艾芊.電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].低壓電器，2011（14）：21-25.