基于逻辑门限的混合动力客车复合电源分析（续2）*

钱超 冯国胜 张小荣

（石家庄铁道大学）

3.4 复合电源模型

根据选取的DC-DC模块、超级电容串联与蓄电池并联的复合电源结构类型，将控制策略、DC-DC模块、蓄电池模型及超级电容模型进行封装，搭建复合电源模型，如图9所示。

图9 混合动力客车复合电源仿真模型图

4 ADVISOR二次开发

4.1 建立顶层模型

复合电源系统的并联式混合动力汽车模型就是将建立好的复合电源模型嵌入到其顶层模块中，即用复合电源系统模型替换原有的蓄电池模块，并将新模型保存为BD_PAR_FHDYSYS。图10示出复合电源系统的并联式混合动力汽车顶层模型。虚线框中即为嵌入的复合电源系统模型。

图10 复合电源系统的并联式混合动力汽车顶层模型图

4.2 m文件和mdl文件修改及调用

ADVISOR中默认第一电源未激活状态，第二电源需要通过修改和定义底层m文件来进行激活并调用相应的超级电容模块[9]，需要对以下5个步骤进行设置。

4.2.1 修改整车定义m文件

复合电源系统的并联式混合动力汽车与传统单一电源混合动力汽车相比，多了超级电容，所以必须在整车m文件中添加超级电容说明语句，这样才能使超级电容模块被识别并调用[10]。在ADVISOR2002saved_vehicles中找到PARALLEL_FHDYSYS_defaults_in中修改整车说明语句：

添加第二电源说明语句：

最后将修改后的文件另存为PARALLEL_FHDYSYS_defaults_in。

4.2.2 点亮第二电源选项

ADVISOR中的第二电源选项为灰色，处于未激活状态，所以要先激活第二电源选项。第二电源的配置文件默认其版本为“saber”、类型为“pd”，由于建立的模型版本为“rc”、类型为“cap”，所以需要配置文件进行修改，进而避免第二电源默认“saber”检测。首先加载all_menus.mat文件，然后在matlab命令窗口输入以下命令并执行：

执行命令以后，可以看到在all_menus.mat配置文件中已经添加了第二电源的配置，并保存all_menus.mat文件。

4.2.3 修改超级电容模型变量名称

由于默认的超级电容模型和蓄电池模型的变量名称是一样的，所以需要将超级电容的定义m文件以及Simulink模型的变量名称进行修改。即将超级电容的定义m文件以及Simulink模型的变量名称中除了ess_mod_int_tmp变量外的ess改为ess2，并将其m文件保存为“ess2_UC2_Maxwell.m”。将bus_voltage变量改为 bus_voltage2，SOC 变 量 改 为 ess2_SOC，mc_voltage_limited变量改为mc_voltage2_limited。

4.2.4 修改gui相关m文件

为了将图形交互界面导入所建立的模型和图像，将在ADVISOR2002/gui中的block_diagram_name.m文件中添加一下命令：

并在ADVISOR2002/gui中gui_image.m文件中添加图形命令，将本次车型图片添加到仿真界面：

4.2.5 加载整车模型和驱动链

为了使整车模型和驱动链能够加载到ADVISOR仿真界面中，需要将MATLAB的workspace清空，打开all_menus.mat，在MATLAB命令窗口输入并执行下一命令：

之后保存all_menus.mat文件。

5 仿真结果分析

通过ADVISOR二次开发后，将仿真混合动力客车参数定义到相关m文件中，之后就能得到仿真结果。混合动力客车参数，如表3所示。

表3 混合动力客车仿真参数

CHINAURBAN工况下，复合电源系统中蓄电池电流和单一电源中的蓄电池电流的对比，如图11所示。由图11可以看出，逻辑门限控制策略下，复合电源系统中的蓄电池电流较单一电源的蓄电池电流峰值都明显减小，电流峰值由250 A降到了150 A。放电电流明显减小，充电电流不仅减小明显，而且变化十分平稳。说明超级电容提供瞬时大电流和制动能量回收效果明显，起到了明显的“削峰”效果，有效地避免了大电流对蓄电池的伤害，同时起到了“填谷”的作用，避免了频繁充电对蓄电池的伤害，提高了蓄电池的寿命。

图11 CHINAURBAN工况复合电源系统中蓄电池电流对比图

CHINAURBAN工况下，复合电源系统中蓄电池功率和单一电源中的蓄电池功率的对比，如图12所示。从图12可以看出，功率变化规律与电流变化一致，即：超级电容对瞬时大功率以及制动回收能量功率进行了有效的回收。

图12 CHINAURBAN工况复合电源系统中蓄电池功率对比图

CHINAURBAN工况下，复合电源系统中蓄电池温度和单一电源中的蓄电池温度的对比，如图13所示。由于温度是评价蓄电池性能的一个重要指标，在蓄电池频繁充放电过程中，温度不断的提高，不仅对蓄电池寿命有影响，而且对混合动力汽车系统性能以及安全性都会有影响，因此降低蓄电池温度是很有必要的。由图13可以看出，引入超级电容之后，蓄电池的最高温度由接近25℃降低到了不到22℃，温度降低后，充放电效率得到提高，同时避免了高温带来的危险。

图13 CHINAURBAN工况复合电源系统中蓄电池温度对比图

6 结论

利用MATLAB/Simulink建立了蓄电池-超级电容复合电源模型，并对ADVISOR进行二次开发，将模型嵌入到ADVISOR中，对混合动力客车进行整车仿真，得到以下结论：

1）文章对ADVISOR的二次开发是有效可行的，理论上该方法可以应用在各种混合动力汽车和纯电动汽车的仿真中；

2）通过对蓄电池电流、功率及温度的比较，证明文章设计的逻辑门限控制策略是较为合理的；

3）复合电源中的超级电容提供瞬时大电流且制动能量回收效果明显，起到了明显的“削峰”效果，有效地避免了大电流对蓄电池的伤害，也起到了“填谷”的作用，避免了频繁充电对蓄电池的伤害，提高了蓄电池的寿命，也使蓄电池工作温度得到有效的降低，使其充放电效率和安全性提高。

（续完）