能量管理研究现状及动态

纯电动汽车能量管理研究现状及动态摘要:在当今社会能源和环境已成为阻碍发展的两大问题，纯电动汽车的开发越来越受到重视，能量管理（EMS）策略是纯电动汽车的核心技术,是实现车辆经济性和清洁环保性的关键，只有充分了解不同动力源工作原理及工作特性,合理利用各种动力源，采取有效的能量分配方法，提高动力系统能量转换效率，设计合理的新型能量管理策略，寻求准确的动力电池SOC估计方法，设计有效的再生制动控制策略。本文主要介绍了纯电动汽车以及能量管理的研究现状及动态。关键词：纯电动汽车；能量管理；控制策略1.电动汽车的发展21世纪，随着经济社会的高速发展和科学技术的进步，全世界汽车产业得到迅猛发展。由此引发的能源短缺和环境污染已经成为当今社会的两大突出问题。因此，电动汽车作为解决资源短缺，环境污染等问题的重要途径，得到了快速发展。为寻求人类社会与汽车产业的可持续发展，电动汽车的开发利用受到世界各国的高度重视[1]，世界各国政府以及各大汽车制造商都在加大力度开发各种不同类型电动汽车。在美国、日本、欧洲等发达国家，由于新技术发展的推动和政府对汽车排放越来越苛刻，各大汽车公司投入了大量的人力、物力和财力用于电动汽车的开发，不断推出自己的新产品。为了促进电动汽车的发展，有关国家分别制定了一系列政策，如对电动汽车购买者的优惠政策，对燃油汽车使用者的限制政策，还有对科研经费的投入和优惠政策等，这些政策都对电动汽车的发展有很大的促进作用。国内电动汽车的研究始于20世纪60年代，但当时的研究开发都是零散和小规模的，投入也很少。自1980年开始，我国开始掀起电动汽车的研究高潮，电动汽车被国家列为“八五”、“九五”科技攻关项目。国内一些科研院所和生产企业相继开始研究电动汽车，并取得了一些成果。如清华大学研制的16座电动中巴车，东风汽车公司研制的电动轿车，华南理工大学研制的轻型电动客车，远望集团公司研制的电动大客车，长江动力公司研制的电动双层大客车等都具有一定的水平，但与国外先进电动汽车相比还有一定差距。近几年，我国电动汽车的研究开发工作进入全面发展阶段，电动汽车市场已出入端倪。2001年9月30日，科技部组织召开了“十五”国家“863”计划电动汽车重大专项可行性论证会，会议研究通过了电动车专项可行性研究报告，标志着电动汽车专项正式启动，这对我国汽车产业发展有重大战略意义。专项确立了“三纵三横”的研发布局，其中“三纵”是指燃料电动汽车、混合动力汽车、纯电动汽车三种整车技术，“三横”指多能源动力总成系统、驱动电机、动力电池三种关键技术。2006年《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020年）》分别将“低能耗与新能源汽车”和“氢燃料电池技术”列入优先主题和前沿技术；2007年发布实施《新能源汽车生产准入管理规则》，将电动汽车正式纳入国家汽车新产品公告管理；2008年北京奥运会应用了500多辆自主研发的电动汽车，发挥了大规模的示范作用。目前，中国已经初步建立了电动汽车的法规、标准与管理体系，为电动汽车的产业化、商业化发展奠定了基础。随着示范运行的持续深入，企业对电动汽车的研发和产业化投入显著增强，产业化步伐不断加快。为了争取政府的资源和政策倾斜以及“十城千辆”电动汽车示范应用工程的诱人订单，国内各大汽车厂商争先恐后地组建产业联盟，一汽、东风、上汽、长安、奇瑞、比亚迪等都已制定了电动汽车产品研发和产业化规划。与此同时，电池、电机等电动汽车关键零部件的产业化全面跟进，生产配套能力显著增强。经过不懈的努力，我国汽车研发呈现较好的发展局面，各大汽车厂商也通过积极投入人力、物力研发电动汽车，取得了较好的成绩。2.能量管理发展现状及动态能量管理策略成为纯电动汽车的核心技术，电池模块是电动汽车的动力源泉，承担着电动汽车全部或部分动力输出，其性能的优劣直接影响电动汽车的动力性能和续驶里程。由于电动汽车的车载能量有限，其行驶里程远达不到燃油车的水平，能量管理系统的目的就是要最大限度地利用有限的车载能量，增加行驶里程。智能能量管理系统采集从各个子系统输入的传感器信息，这些传感器包括车内外气温传感器、充放电时电源电流和电压传感器、电动机电流和电压传感器、速度和加速度传感器以及车外环境和气候传感器等。控制能量在电力储存装置(蓄电池，超级电容器)、发电设备(燃料电池)和电动马达之间，包括电力电子转换器、控制系统和辅助存储设备中的流动，使其具有最高的效率水平。2.1国内外的发展现状现代电动汽车是以电池为储能单元，以电动机为驱动系统的车辆。电动汽车的瓶颈仍然是车用储能装置即电池技术，电池的能量、成本、质量以及电池的充电设备构建等都制约着电动汽车的发展。目前电池模块的问题主要体现在两个方面：其一是动力电池比能量不高，影响电动汽车续驶里程的要求，价格太高直接影响电动汽车的初始成本；其二是电池的性能差，使用寿命低影响电动汽车的使用成本[2]。电动汽车对其储能装置的要求如下：1)高的比能量和能量密度；2)高的比功率和功率密度；3)长循环寿命；4)自放电率小，充电效率高；5)安全，易保养；6)原材料来源丰富，成本低廉；7)对环境无危害，可回收性好。国外电动汽车的研究起步早，并且在能量管理方面做了大量的理论和实践工作。目前对于EMS的研究主要集中在以下三个方面：荷电状态(soc)和健康状况(SOH)的估计、电池组的专家诊断系统、电池组的均衡管理策略。EMS对于荷电状态（SOC）和健康状况（SOH）的估计，一般由CPU模块进行计算。目前SOC和SOH估计策略国外有较多的研究，方法主要有传统的安时积分法和电源的等效电路模型，最近几年兴起的方法有卡尔曼滤波法、神经网络法、线性模型法∞及一些其他衍生的算法。根据国际电工学会(IEC)在1995年制定的电池管理系统标准的要求，电动汽车用电池管理系统必须具备一定的电池诊断功能，包括不健康电池早期报警和提供电池老化信息。近十年，国外各大公司均对此进行大力攻关研究，并在其运行使用的电池管理系统中加入了一定的电池诊断功能。近年，德国、美国、日本等国家对电池组均衡的研究十分活跃，提出了很多拓扑和控制方案。国内电动汽车能量管理系统的研究起步较晚，但在国家“863”计划和“十一五”规划的推动下，我国在能量管理系统方面也取得了一定的成果。我国在荷电状态(soc)和健康状况(SOH)的估计、电池组的专家诊断系统、电池组的均衡管理策略等技术的研究取得了一定的成果。2.2能量管理系统的研究动态及展望能量管理系统(EMS)是电池和整车的核心部件，尽管最近几年的研究有了一定的进展，也取得了一定的成果，但是现在的能量管理技术仍然有许多要改良和完善的地方。电池能量管理系统成本昂贵，电路复杂，电池在充放电过程中的化学变化也很复杂，而且电动汽车在运行中，其放电电流是随机变化的，电池电压与容量很难进行准确测量，建立每块电池剩余能量的较精确的数学模型比较困难，如何降低成本并能准确估测电动汽车电池模块的SOC状态仍将是后期研究的重点。电池模块的安全预警技术也是EMS的重要研究方向之一，关系电动车能否正常运行和能否获得大众的认可。安全预警除了电池组热管理技术和对系统异常报警技术外，同时还需要加强对特殊情况的及时处理，如电池模块的过压、过流、欠压等。由于EMS软件规模越来越庞大，运行的外部坏境也越来越复杂，EMS在运行中经常会出现一些无规律的异常现象，如局部功能失效、短时间的数据跳变等。传统的跟踪手段很难判断异常的出现。因此，发展更高级的配套跟踪系统已成为目前的研究重点。目前，国内外比较成型的EMS技术主要是针对某一动力系统设计的，效果比较好，但是不同的电动汽车动力传动结构有不同的系统配置，不同的EMS管理体系的结构，加上高效的实时陛能，大大增加了控制任务的复杂性。因此，研究新的动力传动配置和控制器以及更具有通用性的EMS已经成为目前的发展方向。电动汽车产业化是一个必然趋势，但其产业化的标准、技术尚不统一，而明确电动汽车能量管理系统具有哪些功能及如何实现，将是电动汽车大规模推广的第一步。由于EMS是电池和整车的核心部件，所以其相关技术很容易延展到相关产品，国内外各大企业在能量管理系统方面做了很多出色的研究工作，为目前有着巨大经济和社会效益的电动汽车提供越来越来越先进的设备。因此，能在未来完善能量管理系统的功能，电动汽车的发展前景将更加广阔。参考文献：[1]陈柳钦．新能源汽车产业发展的政策支持[J]．南通大学学报，2010，26(4)：124—133．[2]李秀芬，雷跃峰．电动汽车关键技术发展综述[J]．上海汽车，2006(1)：8—10．8.刘新天能量管理系统（EMS）研究现状及分析[期刊论文]-电器工业2011(6)9.秦杰,马韬韬,郭创新调度自动化设备状态在线报警系统的设计与应用[期刊论文]-电力系统自动化2009(6)10.BANAEIA;FAHIMIBRealtimeconditionmonitoringinli-ionbatteriesviabatteryimpulseresponse201011.SOURADIPMFuzzylogic-basedlearningsystemandestimationofstate-of-chargeoflead-acidbattery2006(5)12.SNIHIRI;REYW;VERBITSKIYEBatteryopen-circuitvoltageestimationbyamethodofstatisticalanalysis13.URBAINM;RAELS;DAVATBStateestimationofalithium-ionbatterythroughKalmanFilter200714.CHENGB;BAIZF;CAOBGStateofchargeestimationbasedonevolutionaryneuralnetwork2008(10)15.ROBATARP;SALMASIFRStateofchargeestimationforbatteriesinHEVusinglocallylinearmodeltree(Lolimot)2007