錢超 馮國勝 張小榮

（石家莊鐵道大學(xué)）

3.4 復(fù)合電源模型

根據(jù)選取的DC-DC模塊、超級(jí)電容串聯(lián)與蓄電池并聯(lián)的復(fù)合電源結(jié)構(gòu)類型，將控制策略、DC-DC模塊、蓄電池模型及超級(jí)電容模型進(jìn)行封裝，搭建復(fù)合電源模型，如圖9所示。

圖9 混合動(dòng)力客車復(fù)合電源仿真模型圖

4 ADVISOR二次開發(fā)

4.1 建立頂層模型

復(fù)合電源系統(tǒng)的并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車模型就是將建立好的復(fù)合電源模型嵌入到其頂層模塊中，即用復(fù)合電源系統(tǒng)模型替換原有的蓄電池模塊，并將新模型保存為BD_PAR_FHDYSYS。圖10示出復(fù)合電源系統(tǒng)的并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車頂層模型。虛線框中即為嵌入的復(fù)合電源系統(tǒng)模型。

圖10 復(fù)合電源系統(tǒng)的并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車頂層模型圖

4.2 m文件和mdl文件修改及調(diào)用

ADVISOR中默認(rèn)第一電源未激活狀態(tài)，第二電源需要通過修改和定義底層m文件來進(jìn)行激活并調(diào)用相應(yīng)的超級(jí)電容模塊[9]，需要對以下5個(gè)步驟進(jìn)行設(shè)置。

4.2.1 修改整車定義m文件

復(fù)合電源系統(tǒng)的并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車與傳統(tǒng)單一電源混合動(dòng)力汽車相比，多了超級(jí)電容，所以必須在整車m文件中添加超級(jí)電容說明語句，這樣才能使超級(jí)電容模塊被識(shí)別并調(diào)用[10]。在ADVISOR2002saved_vehicles中找到PARALLEL_FHDYSYS_defaults_in中修改整車說明語句：

添加第二電源說明語句：

最后將修改后的文件另存為PARALLEL_FHDYSYS_defaults_in。

4.2.2 點(diǎn)亮第二電源選項(xiàng)

ADVISOR中的第二電源選項(xiàng)為灰色，處于未激活狀態(tài)，所以要先激活第二電源選項(xiàng)。第二電源的配置文件默認(rèn)其版本為“saber”、類型為“pd”，由于建立的模型版本為“rc”、類型為“cap”，所以需要配置文件進(jìn)行修改，進(jìn)而避免第二電源默認(rèn)“saber”檢測。首先加載all_menus.mat文件，然后在matlab命令窗口輸入以下命令并執(zhí)行：

執(zhí)行命令以后，可以看到在all_menus.mat配置文件中已經(jīng)添加了第二電源的配置，并保存all_menus.mat文件。

4.2.3 修改超級(jí)電容模型變量名稱

由于默認(rèn)的超級(jí)電容模型和蓄電池模型的變量名稱是一樣的，所以需要將超級(jí)電容的定義m文件以及Simulink模型的變量名稱進(jìn)行修改。即將超級(jí)電容的定義m文件以及Simulink模型的變量名稱中除了ess_mod_int_tmp變量外的ess改為ess2，并將其m文件保存為“ess2_UC2_Maxwell.m”。將bus_voltage變量改為 bus_voltage2，SOC 變 量 改 為 ess2_SOC，mc_voltage_limited變量改為mc_voltage2_limited。

4.2.4 修改gui相關(guān)m文件

為了將圖形交互界面導(dǎo)入所建立的模型和圖像，將在ADVISOR2002/gui中的block_diagram_name.m文件中添加一下命令：

并在ADVISOR2002/gui中g(shù)ui_image.m文件中添加圖形命令，將本次車型圖片添加到仿真界面：

4.2.5 加載整車模型和驅(qū)動(dòng)鏈

為了使整車模型和驅(qū)動(dòng)鏈能夠加載到ADVISOR仿真界面中，需要將MATLAB的workspace清空，打開all_menus.mat，在MATLAB命令窗口輸入并執(zhí)行下一命令：

之后保存all_menus.mat文件。

5 仿真結(jié)果分析

通過ADVISOR二次開發(fā)后，將仿真混合動(dòng)力客車參數(shù)定義到相關(guān)m文件中，之后就能得到仿真結(jié)果?；旌蟿?dòng)力客車參數(shù)，如表3所示。

表3 混合動(dòng)力客車仿真參數(shù)

CHINAURBAN工況下，復(fù)合電源系統(tǒng)中蓄電池電流和單一電源中的蓄電池電流的對比，如圖11所示。由圖11可以看出，邏輯門限控制策略下，復(fù)合電源系統(tǒng)中的蓄電池電流較單一電源的蓄電池電流峰值都明顯減小，電流峰值由250 A降到了150 A。放電電流明顯減小，充電電流不僅減小明顯，而且變化十分平穩(wěn)。說明超級(jí)電容提供瞬時(shí)大電流和制動(dòng)能量回收效果明顯，起到了明顯的“削峰”效果，有效地避免了大電流對蓄電池的傷害，同時(shí)起到了“填谷”的作用，避免了頻繁充電對蓄電池的傷害，提高了蓄電池的壽命。

圖11 CHINAURBAN工況復(fù)合電源系統(tǒng)中蓄電池電流對比圖

CHINAURBAN工況下，復(fù)合電源系統(tǒng)中蓄電池功率和單一電源中的蓄電池功率的對比，如圖12所示。從圖12可以看出，功率變化規(guī)律與電流變化一致，即：超級(jí)電容對瞬時(shí)大功率以及制動(dòng)回收能量功率進(jìn)行了有效的回收。

圖12 CHINAURBAN工況復(fù)合電源系統(tǒng)中蓄電池功率對比圖

CHINAURBAN工況下，復(fù)合電源系統(tǒng)中蓄電池溫度和單一電源中的蓄電池溫度的對比，如圖13所示。由于溫度是評(píng)價(jià)蓄電池性能的一個(gè)重要指標(biāo)，在蓄電池頻繁充放電過程中，溫度不斷的提高，不僅對蓄電池壽命有影響，而且對混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)性能以及安全性都會(huì)有影響，因此降低蓄電池溫度是很有必要的。由圖13可以看出，引入超級(jí)電容之后，蓄電池的最高溫度由接近25℃降低到了不到22℃，溫度降低后，充放電效率得到提高，同時(shí)避免了高溫帶來的危險(xiǎn)。

圖13 CHINAURBAN工況復(fù)合電源系統(tǒng)中蓄電池溫度對比圖

6 結(jié)論

利用MATLAB/Simulink建立了蓄電池-超級(jí)電容復(fù)合電源模型，并對ADVISOR進(jìn)行二次開發(fā)，將模型嵌入到ADVISOR中，對混合動(dòng)力客車進(jìn)行整車仿真，得到以下結(jié)論：

1）文章對ADVISOR的二次開發(fā)是有效可行的，理論上該方法可以應(yīng)用在各種混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車的仿真中；

2）通過對蓄電池電流、功率及溫度的比較，證明文章設(shè)計(jì)的邏輯門限控制策略是較為合理的；

3）復(fù)合電源中的超級(jí)電容提供瞬時(shí)大電流且制動(dòng)能量回收效果明顯，起到了明顯的“削峰”效果，有效地避免了大電流對蓄電池的傷害，也起到了“填谷”的作用，避免了頻繁充電對蓄電池的傷害，提高了蓄電池的壽命，也使蓄電池工作溫度得到有效的降低，使其充放電效率和安全性提高。

（續(xù)完）