一种电动汽车的车载复合电源系统及控制方法

IPC分类号 : B60L11/18,B60L11/00

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CN201610981480.3

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专利摘要

本发明公开了一种电动汽车的车载复合电源系统及控制方法，通过电压和电流采集电路得到电机逆变器端电压值和电流值、电池组和超级电容电压值，处理得到需求功率、电池组SOC和超级电容SOC，作为模糊逻辑控制模块的决策输入变量，依据电动汽车实际运行工况制定合理的逻辑门限值控制策略，并运用模糊控制将逻辑门限中固定的规则参数进行模糊化，使得规则进一步细化，控制思想进一步精确，结果进一步优化。相比于实时功率，实时平均功率的峰值和切换频率均大幅降低，与功率滞环控制结合进一步降低了系统工作模式切换频率和电池组输出频率，降低车载双能量源系统由于模式切换所带来的能量损失，延长电池组寿命，提高系统效率和稳定性。

权利要求

1.一种电动汽车的车载复合电源系统，其特征在于，包括电池组(1)、功率二极管D4、控制开关S、直流变换器DC-DC、超级电容UC、电机逆变器(2)及控制单元；所述的控制开关S包括第一MOS管SW1和第一二极管D1，直流变换器DC-DC包括储能电感L、两个MOS管及两个二极管；

其中，所述电池组(1)的正极与功率二极管D4及储能电感连接，功率二极管D4另一端与第一MOS管SW1源极及电机逆变器(2)一端连接，储能电感L另一端与第二MOS管SW2源极和第三MOS管SW3漏极连接，第二二极管D2阳极和阴极分别与第二MOS管SW2源极和漏极相连接，第三二极管D3阳极和阴极分别与第三MOS管SW3源极和漏极相连接，第一二极管D1阳极和阴极分别与第一MOS管SW1源极和漏极相连接，超级电容UC正极与第二MOS管SW2漏极和第一MOS管SW1漏极连接，电池组(1)的负极与第三MOS管SW3源极、超级电容UC负极以及电机逆变器(2)另一端相连接；

所述控制单元包括控制器(3)、第二电压采集电路(4)、第一电流采集电路(5)、第一电压采集电路(6)及第三电压采集电路(7)，所述第一电压采集电路(6)的输入端及第一电流采集电路(5)的输入端与电机逆变器(2)的输入端相连接，第二电压采集电路(4)的输入端与超级电容UC相连接，第三电压采集电路(7)的输入端与电池组(1)连接，第二电压采集电路(4)、第三电压采集电路(7)、第一电流采集电路(5)及第一电压采集电路(6)的输出端均与控制器(3)的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车的车载复合电源系统，其特征在于，所述的控制器(3)包括功率补偿控制模块、模糊逻辑控制模块和实时平均功率跟踪的滞环控制模块；

所述的功率补偿控制模块，用于超级电容UC的SOC较低时，电池组(1)在自身允许输出功率范围内对其进行功率补偿；

所述的模糊逻辑控制模块，通过采集电路得到电机逆变器端电压值和电流值、电池组和超级电容电压值，处理得到实际需求功率、电池SOC和超级电容SOC，作为决策输入变量，依据电动汽车实际运行工况制定逻辑门限值控制策略，并运用模糊控制将逻辑门限中固定的规则参数进行模糊化；

所述的实时平均功率跟踪的滞环控制模块，采用实时平均功率作为控制基准，并在实时平均功率曲线附近设置功率滞环缓冲区。

3.根据权利要求1所述的一种电动汽车的车载复合电源系统，其特征在于，车载复合电源系统有六种工作模式；其中，

四种驱动模式包括电池组单独驱动模式、超级电容单独驱动模式、Battery/UC工作模式及UC/Battery工作模式；UC/Battery工作模式为：当电池电量不足时，超级电容降压向电池充电或向逆变器提供能量；Battery/UC工作模式为：电池和超级电容共同输出，电池升压向超级电容或逆变器提供能量；

两种制动模式包括超级电容回收模式、超级电容和电池组共同回收模式。

4.一种电动汽车的车载复合电源系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：分别通过第一电流采集电路(5)、第一电压采集电路(6)采集电机逆变器(2)端电压值和电流值；

步骤2：分别通过第二电压采集电路(4)、第三电压采集电路(7)采集电池组(1)电压和超级电容的电压；

步骤3：将步骤1中采集得到的电机逆变器(2)电压值和电流值进行处理，得到电机在当前工况下的实时需求功率P_dem；将步骤2中采集到的电池组电压和超级电容电压进行处理，转变为对应的SOC信号；

步骤4：根据电池组允许输出功率范围和步骤3中得到的超级电容实际SOC范围，制定功率补偿控制策略；

步骤5：根据步骤3中计算得到的实时需求功率P_dem，计算得到该工况下的实时平均功率P_ave；

步骤6：根据步骤5中得到的实时平均功率值设置功率滞环控制缓冲区域，定义功率阈值P_swi＝P_ave±A kW作为工作模式切换的分界值，A为常数；

步骤7：将步骤3中计算得到的电机实时需求功率P_dem、电池组SOC和超级电容SOC作为输入信号，输入到模糊逻辑控制模块，结合步骤4中的功率补偿控制策略，结合由步骤5中求得的实时需求功率P_dem和步骤6中的功率滞环控制缓冲区域组成的实时平均功率跟踪的滞环控制策略，制定参数模糊化的模糊逻辑控制策略，针对电动汽车不同的实际路况选择不同的工作模式。

5.根据权利要求4所述的一种电动汽车的车载复合电源系统的控制方法，其特征在于，参数模糊化的模糊逻辑控制策略如下：

定义：SOC_bat为电池SOC的实际值，为电池SOC的参考值，SOC_UC为超级电容SOC的实际值，为超级电容SOC的第一参考值，为超级电容SOC的第二参考值；

需求功率的论域为[-1,1]，分为6档：正大、正小、零、负大及负小；

电池组SOC的论域为[0,1]，将其分为2档：正大及正小；

超级电容SOC的论域为[0,1]，和将其分为3档：正大、正中和正小，其中

首先判断实时需求功率P_dem大小：

(1)当实时需求功率P_dem>0时，为驱动模式：

然后判断电池组的SOC大小和超级电容SOC大小：

①当时，电池组SOC和超级电容SOC均处于正小档时，无论实时需求功率P_dem处于何等级，系统均报警显示急需充电；

②当时，即电池组SOC处于正小档，超级电容SOC处于正中档或者正大档时，此时若实时需求功率P_dem处于正小档，采用超级电容单独输出模式；若实时需求功率P_dem处于正大档，则采用UC/Battery工作模式，超级电容降压向电池充电或向逆变器提供能量；

③当时，即电池组SOC处于正大档，超级电容SOC处于正小档时，此时若实时需求功率P_dem处于正小档，采用电池组单独输出模式；若实时需求功率P_dem处于正大档，采用Battery/UC工作模式，电池组和超级电容共同输出，电池升压向超级电容或逆变器提供能量；并按照步骤4中制定的功率补偿控制策略工作；

④当时，即电池组SOC处于正大档，超级电容SOC处于正大档时，无论实时需求功率P_dem处于何等级，超级电容均主动放电，采用超级电容单独输出方式；

⑤当时，即电池组SOC处于正大档，超级电容SOC处于正中档时，采用步骤5中计算得到的实时平均功率P_ave作为控制基准，并结合步骤6中设置的功率滞环控制缓冲区域，即当P_dem＜P_ave-A kW时，采用电池组单独输出模式；当P_dem＞P_ave+A kW时，采用Battery/UC工作模式，电池组和超级电容共同输出；

(2)当实时需求功率P_dem<0时，为制动模式：

判断制动回收能量是否超过超级电容所能回收的上限能量：

①当制动回收能量大于超级电容所能回收的最大能量时，即实时需求功率P_dem处于负大档，如果超级电容SOC处于正大档，采用超级电容和电池组共同回收模式；

②当制动回收能量小于超级电容所能回收的最大能量时，对应两种情况：

a.实时需求功率P_dem处于负大档，超级电容SOC处于正小档；

b.实时需求功率P_dem处于负小档，无论超级电容SOC处于何档；两种情况均采用超级电容单独回收模式。

6.根据权利要求4所述的一种电动汽车的车载复合电源系统的控制方法，其特征在于，

步骤5还包括以实时平均功率P_ave作为控制基准，并绘制实时平均功率P_ave曲线；

步骤6还包括在步骤5中得到的实时平均功率曲线附近设置功率滞环控制缓冲区，以功率阈值P_swi＝P_ave±A kW作为工作模式切换的分界值。

7.根据权利要求4所述的一种电动汽车的车载复合电源系统的控制方法，其特征在于，功率补偿控制策略为：

当SOC_UC<0.5时，采用电池组最大功率补偿控制对超级电容进行功率补偿，此时电池组输出功率为当时，采用恒功率控制或功率补偿控制对超级电容进行功率补偿，恒功率控制时电池组输出功率为功率补偿控制时电池组输出功率为

8.根据权利要求4所述的一种电动汽车的车载复合电源系统的控制方法，其特征在于，实时平均功率的具体计算方法如下：复合电源的超级电容需保证系统提供30s的峰值功率，实时平均功率取实时功率30s内的平均值，计算式如下：

式中：P_ave为实时平均功率；P_dem为实时需求功率；T_s为超过30s的时间周期。

9.根据权利要求4所述的一种电动汽车的车载复合电源系统的控制方法，其特征在于，A＝1。

说明书

【技术领域】

本发明属于电动汽车的车载复合电源领域，涉及一种电动汽车的车载复合电源系统及控制方法。

【背景技术】

车载复合电源的能量管理策略是目前电动汽车行业内研究的热点之一，其难点之一在于复合电源系统工作模式多且经常跳变，高频率的模式切换引发切换能量损耗高、部件寿命短、系统效率低和稳定性差等一系列问题，对复合电源系统性能产生不利影响，更严重限制了复合电源系统和电动汽车技术的推广普及，不利于节能减排和环境保护。

【发明内容】

本发明的目的在于克服电动汽车现有复合电源系统工作模式切换频繁、部件寿命低、系统效率低且不稳定等缺点，提供一种电动汽车的车载复合电源系统及控制方法。该方法不仅可以降低系统工作模式切换频率，还可以根据电动汽车不同运行工况选择最优的工作模式，降低系统能量损耗和电池组输出频率，提升整体效率和稳定性，延长部件寿命。

本发明目的是通过以下技术方案来实现的：

一种电动汽车的车载复合电源系统，包括电池组、功率二极管D4、控制开关S、直流变换器DC-DC、超级电容UC、电机逆变器及控制单元；所述的控制开关S包括第一MOS管SW1和第一二极管D1，直流变换器DC-DC包括储能电感L、两个MOS管及两个二极管；

其中，所述电池组的正极与功率二极管D4及储能电感连接，功率二极管D4另一端与第一MOS管SW1源极及电机逆变器一端连接，储能电感L另一端与第二MOS管SW2源极和第三MOS管SW3漏极连接，第二二极管D2阳极和阴极分别与第二MOS管SW2源极和漏极相连接，第三二极管D3阳极和阴极分别与第三MOS管SW3源极和漏极相连接，第一二极管D1阳极和阴极分别与第一MOS管SW1源极和漏极相连接，超级电容UC正极与第二MOS管SW2漏极和第一MOS管SW1漏极连接，电池组的负极与第三MOS管SW3源极、超级电容UC负极以及电机逆变器另一端相连接；

所述控制单元包括控制器、第二电压采集电路、第一电流采集电路、第一电压采集电路及第三电压采集电路，所述第一电压采集电路的输入端及第一电流采集电路的输入端与电机逆变器的输入端相连接，第二电压采集电路的输入端与超级电容UC相连接，第三电压采集电路的输入端与电池组连接，第二电压采集电路、第三电压采集电路、第一电流采集电路及第一电压采集电路的输出端均与控制器的输入端连接。

所述的控制器包括功率补偿控制模块、模糊逻辑控制模块和实时平均功率跟踪的滞环控制模块；

所述的功率补偿控制模块，用于超级电容UC的SOC较低时，电池组在自身允许输出功率范围内对其进行功率补偿；

所述的实时平均功率跟踪的滞环控制模块，采用实时平均功率作为控制基准，并在实时平均功率曲线附近设置功率滞环缓冲区。

复合电源系统有六种工作模式；其中，

两种制动模式包括超级电容回收模式、超级电容和电池组共同回收模式。

一种电动汽车的车载复合电源系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤1：分别通过第一电流采集电路、第一电压采集电路采集电机逆变器端电压值和电流值；

步骤2：分别通过第二电压采集电路、第三电压采集电路采集电池组电压和超级电容的电压；

步骤3：将步骤1中采集得到的电机逆变器电压值和电流值进行处理，得到电机在当前工况下的实际需求功率P_dem；将步骤2中采集到的电池组电压和超级电容电压进行处理，转变为对应的SOC信号；

步骤4：根据电池组允许输出功率范围和步骤3中得到的超级电容实际SOC范围，制定功率补偿控制策略；

步骤5：根据步骤3中计算得到的实时需求功率P_dem，计算得到该工况下的实时平均功率P_ave；

步骤6：根据步骤5中得到的实时平均功率值设置功率滞环控制缓冲区域，定义功率阈值P_swi＝P_ave±A kW作为工作模式切换的分界值；

步骤7：将步骤3中计算得到的电机实际需求功率P_dem、电池组SOC和超级电容SOC作为输入信号，输入到模糊逻辑控制模块，结合步骤4中的功率补偿控制策略，结合由步骤5中求得的实时平均功率P_ave和步骤6中的功率滞环控制缓冲区域组成的实时平均功率跟踪的滞环控制策略，制定参数模糊化的模糊逻辑控制策略，针对电动汽车不同的实际路况选择不同的工作模式。

作为本发明的进一步改进，参数模糊化的模糊逻辑控制策略如下：

定义：SOC_bat为电池SOC的实际值，为电池SOC的参考值，SOC_UC为超级电容SOC的实际值，为超级电容SOC的第一参考值，为超级电容SOC的第二参考值；

需求功率的论域为[-1,1]，分为6档：正大、正小、零、负大及负小；

电池组SOC的论域为[0,1]，将其分为2档：正大及正小；

超级电容SOC的论域为[0,1]，和将其分为3档：正大、正中和正小，其中

首先判断需求功率P_dem大小：

当需求功率P_dem>0时，为驱动模式：

然后判断电池组的SOC大小和超级电容SOC大小：

①当时，电池组SOC和超级电容SOC均处于正小档时，无论需求功率P_dem处于何等级，系统均报警显示急需充电；

②当时，即电池组SOC处于正小档，超级电容SOC处于正中档或者正大档时，此时若需求功率P_dem处于正小档，采用超级电容单独输出模式；若需求功率P_dem处于正大档，则采用UC/Battery工作模式，超级电容降压向电池充电或向逆变器提供能量；

③当时，即电池组SOC处于正大档，超级电容SOC处于正小档时，此时若需求功率P_dem处于正小档，采用电池组单独输出模式；若需求功率P_dem处于正大档，采用Battery/UC工作模式，电池组和超级电容共同输出，电池升压向超级电容或逆变器提供能量；并按照步骤4中制定的功率补偿控制策略工作；

④当时，即电池组SOC处于正大档，超级电容SOC处于正大档时，无论需求功率P_dem处于何等级，超级电容均主动放电，采用超级电容单独输出方式；

当需求功率P_dem<0时，为制动模式：

判断制动回收能量是否超过超级电容所能回收的上限能量：

①当制动回收能量大于超级电容所能回收的最大能量时，即制动功率P_dem处于负大档，如果超级电容SOC处于正大档，采用超级电容和电池组共同回收模式；

②当制动回收能量小于超级电容所能回收的最大能量时，对应两种情况：

a.制动功率P_dem处于负大档，超级电容SOC处于正小档；

b.制动功率P_dem处于负小档，无论超级电容SOC处于何档；两种情况均采用超级电容单独回收模式。

作为本发明的进一步改进，步骤5还包括以实时平均功率P_ave作为控制基准，并绘制平均功率P_ave曲线；

步骤6还包括在步骤5中得到的实时平均功率曲线附近设置功率滞环控制缓冲区，以功率阈值P_swi＝P_ave±A kW作为工作模式切换的分界值。

作为本发明的进一步改进，功率补偿控制策略为：

作为本发明的进一步改进，实时平均功率的具体计算方法如下：复合电源的超级电容需保证系统提供30s的峰值功率，实时平均功率取实时功率30s内的平均值，计算式如下：

式中：P_ave为实时平均功率需求；P_dem为实时功率需求；T_s为超过30s的时间周期。

作为本发明的进一步改进，A＝1。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：

本发明的电动汽车的复合电源系统通过控制器采集通过电压和电流采集电路得到电机逆变器端电压值和电流值、电池组和超级电容电压值，处理得到需求功率、电池SOC和超级电容SOC，作为模糊逻辑控制模块的决策输入变量，依据电动汽车实际运行工况制定合理的逻辑门限值控制策略，并运用模糊控制将逻辑门限中固定的规则参数进行模糊化，使得规则进一步细化，控制思想进一步精确，结果进一步优化。进而降低系统工作模式切换频率，根据电动汽车不同运行工况选择最优的工作模式，降低系统能量损耗和电池组输出频率，提升整体效率和稳定性，延长部件寿命。

进一步，功率补偿控制模块用于超级电容SOC较低时，电池在自身允许输出功率范围内对其进行功率补偿，保证系统正常工作和部件安全。实时平均功率跟踪的滞环控制模块采用实时平均功率作为控制基准，并在实时平均功率曲线附近设置功率滞环缓冲区，相比于实时功率，实时平均功率的峰值和切换频率均大幅降低，与功率滞环控制结合进一步降低了系统工作模式切换频率和电池输出频率，降低车载双能量源系统由于模式切换所带来的能量损失，延长电池寿命，提高系统效率和稳定性。

本发明提出的复合电源控制方法是一种基于实时平均功率跟踪和模糊逻辑的复合电源控制方法，根据需求功率、电池组SOC和超级电容SOC制定逻辑门限控制策略，为了进一步细化控制规则，达到更好的控制效果，利用模糊控制对其固定参数进行模糊化，构成模糊逻辑控制模块；当超级电容SOC较低时，制定电池组功率补偿控制策略对其进行补偿，保证系统正常工作和部件安全；此外，相比于实时需求功率，采用峰值功率和切换频率更低的实时平均功率作为控制基准，再结合滞环功率控制进一步降低系统工作模式切换频率，降低车载双能量源系统由于模式切换所带来的能量损失，延长电池寿命，提高系统效率和稳定性。达到优化系统性能的目的，为复合电源系统和电动汽车的进一步发展提供技术铺垫。具体的优点为：

(1)根据模糊控制将逻辑门限控制策略中的固定参数进行模糊化，进一步细化了控制规则，使得控制更加灵活精准，可以根据电动汽车实际运行工况选择最优的工作模式；

(2)功率补偿控制策略可以在超级电容SOC偏低的情况下，在电池组自身输出功率允许范围内对其进行功率补偿，保证了系统正常运行和各部件安全，使得电池组和超级电容能量得到更加合理的分配利用；

(3)实时平均功率跟踪与功率滞环控制相结合，有效降低了系统工作模式切换频率和电池组输出频率，减少了系统工作模式切换引起的能量损耗，延长了电池组寿命，提升了系统效率和稳定性。

进一步，采用峰值和切换频率均更低的实时平均功率作为控制基准，降低系统模式切换频率和能量损耗，延长电池组寿命，提升系统稳定性和整体效率。在实时平均功率曲线附近设置功率滞环控制缓冲区，进一步降低了模式切换频率，提升系统性能。

进一步，当需求功率小于零时，以制动回收能量是否超过超级电容所能回收的上限能量作为判断依据，选择最优的制动能量回收模式，提升系统性能。

【附图说明】

图1为控制方法实现的硬件电路结构原理图；

图2为实时平均功率跟踪和模糊逻辑控制策略流程图；

图3为功率补偿控制策略图；

图4为UDDS工况下实时功率与实时平均功率；

图5a为实时平均功率跟踪的滞环控制图；

图5b为实时平均功率跟踪的工作模式切换图；

图6为参数模糊化的模糊逻辑控制策略；

其中，1为电池组，2为电机逆变器，3为控制器，4为第二电压采集电路，5为第一电流采集电路，6为第一电压采集电路，7为第三电压采集电路。

【具体实施方式】

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细阐述，但本发明不限于该实施例。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选施例中详细说明具体的细节。

图1是本发明实施例的复合电源能量控制方法得以实现的电路原理结构图；

一种电动汽车的车载复合电源系统由动力电池组(Battery)1，功率二极管D4、控制开关S、直流变换器DC-DC(buck-boost型)，超级电容以及电机逆变器2构成硬件电路结构，支撑该控制方法得以实现。直流变换器DC-DC包括储能电感、两个MOS管及两个二极管；所述电池组1的正极与功率二极管D4阳极和储能电感L一端相连接，功率二极管D4阴极与第一MOS管SW1源极和电机逆变器2一端相连接，储能电感L另一端与第二MOS管SW2源极和第三MOS管SW3漏极相连接，第二二极管D2阳极和阴极分别与第二MOS管SW2源极和漏极相连接，第三二极管D3阳极和阴极分别与第三MOS管SW3源极和漏极相连接，第一二极管D1阳极和阴极分别与第一MOS管SW1源极和漏极相连接，超级电容UC正极与第二MOS管SW2漏极和第一MOS管SW1漏极相连接，电池组1的负极与第三MOS管SW3源极、超级电容UC负极以及电机逆变器2另一端相连接。

所述控制单元包括控制器3、第二电压采集电路4、第一电流采集电路5及第一电压采集电路6，所述第一电压采集电路6的输入端及第一电流采集电路5的输入端与电机逆变器2的输入端相连接，第二电压采集电路4的输入端与超级电容UC相连接，第二电压采集电路4、第一电流采集电路5及第一电压采集电路6的输出端均与控制器3的输入端连接。

其中，电池组电压低于超级电容电压。通过控制直流变换器DC-DC和切换开关S，可以实现四种驱动工作模式(电池组单独驱动模式，超级电容单独驱动模式，Battery/UC工作模式，UC/Battery工作模式)，和两种制动模式(超级电容回收模式，共同回收模式)。

UC/Battery工作模式：当电池电量不足时，超级电容降压向电池充电或向逆变器提供能量；

Battery/UC工作模式：电池和超级电容共同输出，电池升压向超级电容或逆变器提供能量；

图2是本发明实施例的实时平均功率跟踪和模糊逻辑控制策略流程图。

其中，SOC_bat：电池SOC实际值；电池SOC参考值；SOC_UC：超级电容SOC实际值；超级电容SOC参考值1；超级电容SOC参考值2/超级电容SOC最优参考值。

一种基于实时平均功率跟踪和模糊逻辑的复合电源控制方法，具体包括以下步骤：

步骤1：在UDDS(城市道路循环)工况下，分别通过电压采集电路和电流采集电路采集电机逆变器端电压值和电流值；

步骤2：在UDDS工况下，通过电压采集电路采集动力电池组电压和超级电容电压；

步骤3：将步骤1中采集得到的电机逆变器端电压值和电流值进行处理，可以计算得到电机在UDDS工况下的实际需求功率P_dem；由于动力电池组电压和超级电容电压均与各自SOC(荷电状态)存在函数关系，因此将步骤2中采集到的动力电池组电压和超级电容电压进行处理，转变为对应的SOC信号；

步骤4：根据电池组允许输出功率范围和步骤3中得到的超级电容实际SOC范围，制定功率补偿控制策略。

具体的功率补偿控制策略如图3所示：当SOC_UC<0.5时，必须采用电池组最大功率补偿控制对超级电容进行功率补偿，此时电池组输出功率为当时，应该采用恒功率控制或功率补偿控制对超级电容进行功率补偿，恒功率控制时电池组输出功率为功率补偿控制时电池组输出功率为

当超级电容SOC较小时，电池组在自身允许输出功率范围内对其进行功率补偿。

步骤5：根据步骤3中计算得到的UDDS工况下的实时需求功率P_dem，计算得到该工况下的实时平均功率P_ave，并绘制曲线，以实时平均功率作为控制基准。

电池组SOC处于范围内，超级电容SOC处于范围内。

UDDS工况下的实时需求功率与实时平均需求功率图如图4所示，可以看出：实时功率波动大，峰值高，若采用实时功率控制，将导致工作模式频繁切换和电池组频繁充放电，影响系统稳定性，缩短电池组使用寿命。相比之下，实时平均功率的峰值和切换频率均大幅降低，采用实时平均功率作为基准控制可以有效减小电池组峰值输出功率，降低工作模式切换频率，保证电池组寿命，降低切换能量损失，提高系统稳定性和系统效率。因此本发明选用实时平均功率作为控制基准。

采用峰值和切换频率均更低的实时平均功率作为控制基准，降低系统模式切换频率和能量损耗，延长电池组寿命，提升系统稳定性和整体效率。

在实时平均功率曲线附近设置功率滞环控制缓冲区，进一步降低了模式切换频率，提升系统性能。

具体的实时平均功率的具体计算方法如下：由于复合电源的超级电容需保证系统提供30s的峰值功率，因此实时平均功率取实时功率30s内的平均值，计算式如下：

式中：P_ave为实时平均功率需求；P_dem为实时功率需求；T_s为超过30s的时间周期。

步骤6：在步骤5中得到的实时平均功率曲线附近设置功率滞环控制缓冲区，定义功率阈值P_swi＝P_ave±1kW作为工作模式切换的分界值，以降低模式切换频率。

为了降低两种工作模式在实时平均功率曲线附近的切换频率，采用功率滞环控制，在平均功率曲线上、下分别设置±1kW的缓冲区，进行实时平均功率追踪的滞环控制，如图5a所示。

定义功率阈值P_swi＝P_ave±1kW作为工作模式切换的分界值。当P_dem＜P_ave-1kW时，采用电池组单独输出模式；当P_dem＞P_ave+1kW时，采用Battery/UC工作模式，如图5b所示。

步骤7：将步骤3中计算得到的UDDS工况下的电机实际需求功率P_dem、电池组SOC和超级电容SOC作为输入信号，输入到模糊逻辑控制模块，结合步骤4中的功率补偿控制策略，结合由步骤5中求得的实时平均功率曲线和步骤6中的功率滞环控制缓冲区组成的实时平均功率跟踪的滞环控制策略，制定参数模糊化的模糊逻辑控制策略，针对电动汽车不同的实际路况选择最优工作模式，实现能量的优化分配和管理。

模糊逻辑控制模块的输入变量1需求功率的论域为[-1,1]，分为6档：正大(PB)，正小(PS)，零(ZO)，负大(NB)，负小(NS)。

模糊逻辑控制模块的输入变量2电池组SOC的论域为[0,1]，将其分为2档：正大(PB)，正小(PS)。

模糊逻辑控制模块的输入变量3超级电容SOC的论域为[0,1]，和将其分为3档：正大(PB)，正中(PM)和正小(PS)，其中

参见图6所示，具体的参数模糊化的模糊逻辑控制策略如下：

首先判断P_dem大小：

(1)当需求功率为正(P_dem>0)时，为驱动模式：

然后判断电池组SOC大小和超级电容SOC大小：

①当时，即电池组SOC和超级电容SOC均处于正小(PS)档时，说明两个能量源均处于电量不足状态，此时无论需求功率P_dem处于何等级，系统均报警显示急需充电；

②当时，即电池组SOC处于正小(PS)档，超级电容SOC处于正中(PM)档或者正大(PB)档时，此时若需求功率P_dem处于正小(PS)档，可采用超级电容单独输出模式；若需求功率P_dem处于正大(PB)档，则采用UC/Battery工作模式，超级电容向电池组充电，可应用于实际中电池组电量将要耗尽而需跛行至附近充电站充电的情况；

③当时，即电池组SOC处于正大(PB)档，超级电容SOC处于正小(PS)档时，此时若需求功率P_dem处于正小(PS)档，可采用电池组单独输出模式；若需求功率P_dem处于正大(PB)档，采用Battery/UC工作模式，电池组和超级电容共同输出，并按照步骤4中制定的功率补偿控制策略工作：当SOC_UC<0.5时，必须采用电池组最大功率补偿控制对超级电容进行功率补偿，此时电池组输出功率为当时，应该采用恒功率控制或功率补偿控制对超级电容进行功率补偿，恒功率控制时电池组输出功率为功率补偿控制时电池组输出功率为

④当时，即电池组SOC处于正大(PB)档，超级电容SOC处于正大(PB)档时，此时为了延长电池组寿命，无论需求功率P_dem处于何等级，超级电容均主动放电，采用超级电容单独输出方式。

⑤当时，即电池组SOC处于正大(PB)档，超级电容SOC处于正中(PM)档时，采用步骤5中计算得到的实时平均功率P_ave作为控制基准，并结合步骤6中设置的功率滞环控制缓冲区，即当P_dem＜P_ave-1kW时，采用电池组单独输出模式；当P_dem＞P_ave+1kW时，采用Battery/UC工作模式，电池组和超级电容共同输出。

(2)当需求功率为负(P_dem<0)时，为制动模式：

判断制动回收能量是否超过超级电容所能回收的上限能量：

①当制动回收能量大于超级电容所能回收的最大能量时，即制动功率P_dem处于负大(NB)档，如果超级电容SOC处于正大(PB)档，采用超级电容和电池组共同回收模式；

②当制动回收能量小于超级电容所能回收的最大能量时，对应两种情况：

a.制动功率P_dem处于负大(NB)档，超级电容SOC处于正小(PS)档；

b.制动功率P_dem处于负小(NS)档，无论超级电容SOC处于何档；两种情况均采用超级电容单独回收模式。

当需求功率小于零时，以制动回收能量是否超过超级电容所能回收的上限能量作为判断依据，选择最优的制动能量回收模式。

该方法不仅适用于UDDS工况，还适用于其他工况条件。

本发明所产生的有益效果是：(1)根据模糊控制将逻辑门限控制策略中的固定参数进行模糊化，进一步细化了控制规则，使得控制更加灵活精准，可以根据电动汽车实际运行工况选择最优的工作模式；(2)功率补偿控制策略可以在超级电容SOC偏低的情况下，在电池组自身输出功率允许范围内对其进行功率补偿，保证了系统正常运行和各部件安全，使得电池组和超级电容能量得到更加合理的分配利用；(3)实时平均功率跟踪与功率滞环控制相结合，有效降低了系统工作模式切换频率和电池组输出频率，减少了系统工作模式切换引起的能量损耗，延长了电池组寿命，提升了系统效率和稳定性。

以上，仅为本发明的较佳实施例，并非仅限于本发明的实施范围，凡依本发明专利范围的内容所做的等效变化和修饰，都应为本发明的技术范畴。

一种电动汽车的车载复合电源系统及控制方法专利购买费用说明