电动汽车在节能和环保方面的优势突出。但是,作为电动汽车动力源的蓄电池相对而言存在功率密度较低和循环寿命短的缺点,而且车辆行驶工况复杂多变,单一蓄电池的电源系统不能很好地匹配电动车辆的需求。超级电容是一种新型储能装置,其功率密度高、循环寿命长、工作温限宽、绿色环保,蓄电池与超级电容组成的复合电源系统成为电动汽车能源系统的重要发展方向。复合电源系统能充分发挥电池和超级电容各自的优点,促进二者优势互补并提升车辆的性能,其能量分配策略至关重要。本文对由蓄电池与超级电容组成的电动汽车复合电源系统的能量管理策略进行研究,主要内容包括:(1)复合电源系统部件特性分析。分析系统关键部件蓄电池的工作原理、超级电容的储能机理,并对电池与超级电容的充放电特性、内阻特性和能量效率进行对比分析,探讨DC/DC变换器的升压-降压工作原理和转换效率,以此为复合电源系统的参数匹配和能量管理策略仿真分析奠定理论基础。(2)复合电源系统结构与参数匹配。对现有的四种复合电源系统拓扑结构进行分析,兼顾系统效率、稳定性和成本的前提下,选取超级电容和DC/DC变换器串联、蓄电池接直流母线的结构;针对小型四轮独立驱动电动车复合电源系统,根据车辆结构参数和动力性要求、蓄电池与超级电容充放电约束条件和DC/DC变换器转换功率,对相关部件参数进行匹配和选型。(3)复合电源系统能量分配策略。在分析基于车速以及基于模糊控制的能量分配策略存在不足的基础上,设计一种基于坡道信息的能量分配策略。考虑道路坡度变化对整车驱动需求的影响,利用已知的行车路径坡道预估信息,建立道路坡度能耗预测模型。该模型根据坡度信息预测计算出超级电容将消耗的能量或者需要回收的能量,提前对蓄电池电量和超级电容电量进行规划,控制超级电容SOC,使超级电容在坡道行驶时承担更大输出功率或者回收更多能量,满足整车动力性需求,同时有效减少蓄电池大电流充放电情况,避免超级电容出现过度充放电,提高能量利用率。(4)复合电源系统的建模与仿真分析。依据理论分析,利用Matlab-Simulink建立蓄电池模型、超级电容模型、车辆行驶动力学模型以及能量管理系统模型。基于欧洲NEDC循环工况和美国NYCC纽约城市循环工况以及加入坡道后工况对复合电源系统及能量分配策略进行仿真实验,包括在相同工况下单一电源与复合电源系统性能对比、复合电源系统在不同能量管理策略下的性能对比,以及有坡道工况下复合电源系统在不同能量管理策略下的性能对比。仿真结果表明,复合电源系统比单一电源可以有效减小电池充放电峰值电流,改善电源性能;基于坡道信息的能量分配策略可以在车辆进入坡道前,提前对超级电容进行充放电,调节超级电容SOC值,在上坡过程中保证超级电容有足够能量提供大功率上坡能量,避免超级电容过度放电,有效减小在上坡过程电池放电功率,电池的峰值放电电流减小14.9%;在下坡过程中有足够能量回收空间,避免超级电容的过度充电以及下坡过程电池大的峰值电流冲击,有效延长电池使用寿命,同时能量回收效率提高20.4%,有利于提高续驶里程。