一种电动汽车混合储能系统的超级电容充电方法

本发明属于新能源汽车，具体涉及一种电动汽车混合储能系统的超级电容充电方法。

背景技术：

1、电池作为电动汽车的核心技术之一，随着电动汽车的快速发展，对电池技术提出了越来越高的要求。目前能量型电池是占有市场份额最大的动力电池，比如磷酸铁锂电池以及三元锂电池，具有能量密度高、能量转换率高、自放电率小等优势。虽然能量型电池满足了电动汽车对于储能系统高能量密度的需求，但当电动汽车在经常遇到加速、爬坡、紧急停车等需要大功率放电的情况时，就需要储能系统具备高功率密度。将具有高功率密度的功率型电池与能量型电池组成的混合储能系统能够有效满足电动汽车对能量密度和功率密度的综合要求。但当前功率型电池中较为成熟超级电容成本和重量较大，其他类型的功率型电池，比如锂离子电容、混合电极电池等市场应用尚不成熟且成本高；在以往的研究中为了满足能量分配策略，通常也不考虑限制功率电池的容量参数。以上两方面，制约了混合储能系统在电动汽车上的实用化进程。

2、为了降低混合储能系统整体的成本和重量同时满足能量分配策略中超级电容的能耗需求，需要考虑对其中能量密度较低的超级电容及时补充电量。目前混合储能系统中超级电容的充电主要通过回收电动汽车减速时的制动能量，但这种补充电量的方式难以满足超级电容的能量需求。当超级电容的电量无法满足能量分配策略的峰值功率需求时，混合储能系统将会失效。因此，需要在电动汽车的电机驱动功率较低时，能量型电池在输出电机需求功率的同时为超级电容充电，但这种方法难以确定合适的充电时机以及充电功率，降低了系统整体的能量利用率。

技术实现思路

1、本发明提供一种电动汽车混合储能系统的超级电容充电方法，一方面得到充电上限soc值，能够为超级电容的容量参数匹配提供参考标准，有利于降低混合储能系统整体的成本和重量，另一方面得到充电下限soc值，实现超级电容的道路中充电策略与实际行驶工况的匹配，既有效节省锂离子电池的电量又提高了系统整体效率。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种电动汽车混合储能系统的功率型电池充电方法，包括：

4、根据下一路段中超级电容的预分配耗能，确定超级电容的充电上限soc；再根据充电上限soc、交叉口停车时的实际soc、以及交叉口停车的等待时间，确定在交叉口停车等待过程中的超级电容充电功率pi_lib；所述交叉口是指当前路段与下一路段之间的交叉口；

5、根据锂离子电池的最大输出功率和在下一交叉口的预计停车等待时间，确定超级电容的充电最低soc；然后基于驾驶员驾驶电动汽车从静止加速至下一路段行驶车速的加速能耗和所需的超级电容soc，进而确定加速后的超级电容soc，并将其与超级电容的充电最低soc中的较大者作为超级电容的充电下限soc；

6、在所述交叉口停车等待过程中，锂离子电池以充电功率pi_lib将超级电容充电至上限soc；当电动汽车在下一路段中行驶且超级电容的当前soc低于充电下限soc后，锂离子电池根据超级电容当前soc与其充电下限soc的差值进一步调整输出功率，并在电动汽车行驶驱动功率较低时，即低于预设值时，锂离子电池以输出功率大于电机驱动功率的部分对超级电容进行充电。

7、进一步的，超级电容的充电上限soc的确定方法为：

8、基于超级电容的以下电量公式计算超级电容充电后的上限电压usc_up：

9、

10、公式中，esc为超级电容基于预测能耗获得的的预分配耗能，c为超级电容的容量，usc_co为超级电容的截止电压；

11、然后基于超级电容的soc与电压的线性关系，得到超级电容的充电上限socsc_up。

12、进一步的，在交叉口停车等待过程中的超级电容充电功率计算方法为：

13、首先计算电动汽车在交叉口的停车等待时间ti：

14、ti＝tr+tl

15、公式中，tr和tl分别为交叉口的剩余红灯时间和电动汽车在引道内的排队延误时间；

16、然后，基于电动汽车在交叉口停车后超级电容当前的soc与socsc_up之差δsocsc_i和充电时间ti，确定锂离子电池对超级电容的充电功率pi_lib＝f(δsocsc_i,ti)。

17、进一步的，超级电容的充电最低soc的确定方法为：

18、首先计算在下一交叉口锂离子电池对超级电容最多充电的电量esc_max：

19、esc_max＝plib_max·tip

20、公式中，tip为下一交叉口的预计停车等待时间，plib_max为锂离子电池的最大输出功率；

21、然后基于超级电容要求在下一交叉口充电至socsc_up，即充电至对应的上限电压usc_up，以及基于锂离子电池的最多充电量esc_max，确定超级电容的充电最低电压usc_cl：

22、

23、公式中，c为超级电容的容量；

24、基于超级电容的soc与电压的线性关系，由超级电容的充电最低电压usc_cl得到其充电最低soc值，即socsc_cl。

25、进一步的，起步加速所需超级电容soc的确定方法为：

26、首先，通过历史数据拟合驾驶员习惯的起步加速曲线，再基于该起步加速曲线计算从静止起步加速至行驶路段的平均车速的能耗，即为需要消耗的超级电容电量esc_acc；

27、然后，基于超级电容的截止电压usc_co计算该能耗对应的超级电容电压usc_acc:

28、

29、最后，基于超级电容的soc与电压的线性关系，由超级电容电压usc_acc得到对应的soc值，即为起步加速(从静止起步加速至行驶路段的平均车速)所需的超级电容soc。

30、进一步的，进一步根据驾驶员的驾驶风格对超级电容的充电下限socsc_low进行设置，具体地：

31、记起步加速所需超级电容soc相对于socsc_co的差值为δsocacc，socsc_co为超级电容的截止soc；

32、将δsoc2按如下公式进行设置：

33、

34、公式中，λ为驾驶风格系数，根据驾驶员历史驾驶数据中的驾驶风格特征参数进行分类和量化得到；驾驶风格越激进，λ的值越大；驾驶风格越谨慎，λ的值越趋近于1；usc_up为超级电容的充电上限电压，μ为道路条件系数；

35、则道路中充电确定的超级电容的充电下限soc设置为socsc_low：

36、socsc_low＝max(socsc_cl,socsc_co+δsoc2)。

37、进一步的，道路条件系数μ，通过电动汽车所行驶路段内的平均行驶延误ds和平均行驶时间td来确定：

38、

39、进一步的，所述在路段行驶中锂离子电池调整输出功率具体为：

40、当电动汽车在道路中行驶过程中超级电容的当前soc低于充电下限socsc_low，提高锂离子电池的输出功率plib：

41、plib＝(1+α)·plib_hess

42、公式中plib_hess为混合储能系统能量分配策略确定的锂离子电池输出功率，α为锂离子电池输出功率调整系数；

43、且电动汽车驱动功率pd小于锂离子电池分配的输出功率plib时，锂离子电池将维持该输出功率plib；

44、当超级电容的当前soc达到socsc_low时，控制锂离子电池的输出功率plib以平缓曲线下降至电机驱动功率低值pd_low，若在plib下降过程中电动汽车加速使得驱动功率pd快速上升，再控制锂离子电池的输出功率plib跟随驱动功率pd的上升曲线增加；

45、锂离子电池在输出驱动功率的同时给超级电容充电，即超级电容的充电功率psc_c为：

46、psc_c＝plib-pd。

47、进一步的，锂离子电池输出功率调整系数α根据超级电容当前soc与其充电下限soc的差值获得：

48、

49、式中，socsc为超级电容当前soc，socsc_co为超级电容的截止soc。

50、有益效果

51、与现有技术相比，本发明具有如下优势：

52、(1)交叉口充电基于即将驶入的下一路段的预测能耗确定超级电容充电上限soc值，有效利用了电动汽车在城市道路行驶时在交叉口的停车时间让超级电容恢复电量，使超级电容有充足的电量满足电动汽车在下一路段行驶时混合储能系统的能量分配策略，能够为超级电容的容量参数匹配提供参考标准，有利于降低混合储能系统整体的成本和重量。

53、(2)道路中充电基于驾驶员风格、混合储能系统的能量分配策略以及即将驶入的下一路段的交通状况灵活调整超级电容的充电下限soc值，实现超级电容的道路中充电策略与实际行驶工况的精准匹配，确保超级电容储存的电量满足能量分配策略最低限度的要求，既有效节省锂离子电池的电量又提高了系统整体效率。同时，采用的充电方法也降低了锂离子电池输出功率的变化率，有利于延长锂离子电池的使用寿命及动力电池组状态的一致性。