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[摘 要]面对石油危机与空气污染，电动汽车逐渐受到了关注，但单一电源的储能方式有着许多的问题，如功率密度低、循环寿命短等。而复合电源作为一种新的能量存储源，将蓄电池与超级电容组合，利用逻辑门限控制策略与模糊逻辑控制策略，通过对比三种不同状态：单一电池、电池加超级电容采用逻辑门限策略、电池加超级电容采用模糊逻辑控制策略，其结果能降低蓄电池的输出电流波动，节省能耗，延长电池寿命。
[关键词]电动汽车，蓄电池，超级电容，逻辑门限，模糊逻辑；
中图分类号：U469.72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）47-0119-02
0 引言
单一的蓄电池能量密度高但其功率密度低；而引入超级电容组成蓄电池+超级电容复合电源，利用超级电容高功率密度、充放电快等特点，解决了传统的由单一的蓄电池供电的功率密度不足的缺点。
1 蓄电池
蓄电池，作为电化学装置，在充放电时，利用电能和化学能之间相互转换。电池的容量选择也是重要的因素，若是单一电池进行驱动，电池容量选的低时，在车辆加速、上坡等工况是，大电流放电会极大的影响电池的寿命，相反，容量选的高时，电池可能长时间处于低的效区，难以发挥其最优性能，并且会相应的增加其整车成本，但是当结合超级电容就可以很好的利用其快速的充放电的性能，和电池形成完美的结合，组成复合电源结构。
2 超级电容
超级电容的比功率非常高，但相比化学电池，其比能量却非常低。比能量仅仅在几瓦时范围内。然而，其比功率却比任何种类的蓄电池都要高很多。由于其比较低的比能量密度，所以其难以单独作为电动汽车和混合动力汽车的能量存储装置。
但是鉴于其具有的高比功率，应用在电动汽车上的蓄电池和超级电容的混合动力能量存储系统，高的比能量和高的比功率可以由混合动力存储系统来提供，其结果可以使得蓄电池的有用能量以及寿命得以显著的提高。
3 复合电源的拓扑结构
3.1 直接连接
被动式结构是复合电源系统在初期较为广泛使用的一种拓扑结构。此种拓扑结构结构简单，易控制，但是母线上的电流会伴随着超级电容的电压的上升或下降，波动的幅度较大，对电源系统的工作效率产生巨大的影响。
3.2 蓄电池+双向DC/DC
超级电容与负载线直接连接，动力电池通过DC/DC转换器与负载连接，此种结构形式可以减小DC/DC功率，由于电容的输出特性较软的原因，会导致母线电压变化幅度较大的后果.。
3.3 超级电容+双向DC/DC
动力电池直接与负载线连接，能量转换效率较高，提供主要的能量需求，而电容通过双向DC/DC转换器与负载线连接，起着辅助作用，发挥出了动力电池的能量密度高而超级电容功率密度高的特点。
3.4 主动式结构
动力电池与超级电容分别通过DC/DC并联在一起，此种形式结合了以上2、3的优点，但同时由于增加了转换器的数量，控制难度也会提升，成本也会增加。
通过综合考虑材料成本和控制成本以及策略制定的可行性，本文选用第三种结构，即超级电容与DC/DC连接再与动力电池并联。
4 整车部分参数
车辆的满载质量为1500kg，轴距为2.6m，迎风面积取2.0mm2，空气阻力系数取0.55，驱动形式为FR后驱。
5 控制策略
复合电源的设计过程中，需要合理的考虑电机的需求功率如何分配的问题，换句话说，就是需要制定合适的功率分流的控制策略。合理的分流不仅可以利用超级电容的削峰填谷的作用，而且可以延长电池的寿命，降低整车的功耗等等。
5.1 逻辑门限控制策略
逻辑门限控制策略，电池提供电机的平均功率，超级电容起辅助的削峰填谷的作用，通过工况的需求计算出电机的需求功率，分别设置正、负的门限功率（Pa_p、Pa_n）值。当电源处于放电状态时，若电机的需求功率小于或等于正的需求功率时（Pre<=Pa_p），此时电池提供全部功率；当电机的需求功率大于正的需求功率时（Pre>Pa_p），此时需要考虑超级电容的荷电状态，若Cap_SOC>Cap_SOCmin则电池提供正门限的功率值，超级电容提供其余功率值，若Cap_SOC<=Cap_SOCmin则电池提供全部功率值。当电机处于回馈制动时，电机的需求功率大于或等于负的需求功率时（Pre>=Pa_n），此时由超级电容回收所有能量；当电机的需求功率小于正的需求功率时（Pre=Cap_SOCmax则电池回收全部能量，若Cap_SOC 5.2 模糊逻辑控制策略
相比逻辑门限控制策略，此策略综合考虑了电池和超级电容SOC以及需求功率值，通过制定合理模糊规则，利用模糊控制器，得出电池和超级电容的功率分配。
（1）
Pre为电机需求功率值，Pbat为电池的功率，PCap为超级电容的功率， 电池的比例因子， 为超级电容的比例因子。
此模糊逻辑策略的输入量分别为电池的SOC、超级电容的SOC、需求功率值，输出为电池的比例因子 值。
6 计算任务
在advisor软件下进行复合电源仿真，对整机的电源部分进行建模（如图2所示），使用NEDC工况数据，对蓄电池+超级电容复合电源进行仿真分析。分析其在纯电池状态下、电池加超级电容状态下的不同的两种控制策略下的状态，并对其电池剩余SOC、电池的电流波动进行对比比較。
7 结论分析
（1）从图4中可以看出，单一电源的电流波动较大，而在复合电源的情况下，无论是逻辑门限策略还是模糊逻辑策略，电池的电流波动都在一定程度上得到了缓冲，延长了电池的寿命。
（2）从图3可以看出，从单一电池变为复合电源后电池的剩余SOC最高可以提高到0.80。
（3）超级电容+蓄电池解决了传统的单一电池电流波动变化较大的问题，有效降低了电池的电流波动，并且能够回收部分能源，延长电池的寿命。
（4）解决了传统的单一电池虽具有高的能量密度但较低的功率密度的特点。
参考文献
[1]袁义悦，基于ADVISOR二次开发的车载复合电源参数匹配研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2012.
[2]Cao J， Emadi A. A New Battery/UltraCapacitor Hybrid Energy Storage System for Electric， Hybrid， and Plug-In Hybrid Electric Vehicles[J]. IEEE Transactions on Power Electronics， 2011， 27（1）：122-132.
[3]张潇华，插电式混合动力汽车复合电源系统集成优化方法研究 [D]. 北京：北京理工大学，2015.
[4]于远彬，王庆年，王加雪，赵晓旭.混合动力汽车车载复合电源参数匹配及其优化[J].吉林大学学报（工学版），2008（04）：764-768.
[5]李宁，基于ADVISOR的多能量源HEV仿真软件二次开发及应用研究 [D].西安：西安工业大学，2011.
[关键词]电动汽车，蓄电池，超级电容，逻辑门限，模糊逻辑；
中图分类号：U469.72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）47-0119-02
0 引言
单一的蓄电池能量密度高但其功率密度低；而引入超级电容组成蓄电池+超级电容复合电源，利用超级电容高功率密度、充放电快等特点，解决了传统的由单一的蓄电池供电的功率密度不足的缺点。
1 蓄电池
蓄电池，作为电化学装置，在充放电时，利用电能和化学能之间相互转换。电池的容量选择也是重要的因素，若是单一电池进行驱动，电池容量选的低时，在车辆加速、上坡等工况是，大电流放电会极大的影响电池的寿命，相反，容量选的高时，电池可能长时间处于低的效区，难以发挥其最优性能，并且会相应的增加其整车成本，但是当结合超级电容就可以很好的利用其快速的充放电的性能，和电池形成完美的结合，组成复合电源结构。
2 超级电容
超级电容的比功率非常高，但相比化学电池，其比能量却非常低。比能量仅仅在几瓦时范围内。然而，其比功率却比任何种类的蓄电池都要高很多。由于其比较低的比能量密度，所以其难以单独作为电动汽车和混合动力汽车的能量存储装置。
但是鉴于其具有的高比功率，应用在电动汽车上的蓄电池和超级电容的混合动力能量存储系统，高的比能量和高的比功率可以由混合动力存储系统来提供，其结果可以使得蓄电池的有用能量以及寿命得以显著的提高。
3 复合电源的拓扑结构
3.1 直接连接
被动式结构是复合电源系统在初期较为广泛使用的一种拓扑结构。此种拓扑结构结构简单，易控制，但是母线上的电流会伴随着超级电容的电压的上升或下降，波动的幅度较大，对电源系统的工作效率产生巨大的影响。
3.2 蓄电池+双向DC/DC
超级电容与负载线直接连接，动力电池通过DC/DC转换器与负载连接，此种结构形式可以减小DC/DC功率，由于电容的输出特性较软的原因，会导致母线电压变化幅度较大的后果.。
3.3 超级电容+双向DC/DC
动力电池直接与负载线连接，能量转换效率较高，提供主要的能量需求，而电容通过双向DC/DC转换器与负载线连接，起着辅助作用，发挥出了动力电池的能量密度高而超级电容功率密度高的特点。
3.4 主动式结构
动力电池与超级电容分别通过DC/DC并联在一起，此种形式结合了以上2、3的优点，但同时由于增加了转换器的数量，控制难度也会提升，成本也会增加。
通过综合考虑材料成本和控制成本以及策略制定的可行性，本文选用第三种结构，即超级电容与DC/DC连接再与动力电池并联。
4 整车部分参数
车辆的满载质量为1500kg，轴距为2.6m，迎风面积取2.0mm2，空气阻力系数取0.55，驱动形式为FR后驱。
5 控制策略
复合电源的设计过程中，需要合理的考虑电机的需求功率如何分配的问题，换句话说，就是需要制定合适的功率分流的控制策略。合理的分流不仅可以利用超级电容的削峰填谷的作用，而且可以延长电池的寿命，降低整车的功耗等等。
5.1 逻辑门限控制策略
逻辑门限控制策略，电池提供电机的平均功率，超级电容起辅助的削峰填谷的作用，通过工况的需求计算出电机的需求功率，分别设置正、负的门限功率（Pa_p、Pa_n）值。当电源处于放电状态时，若电机的需求功率小于或等于正的需求功率时（Pre<=Pa_p），此时电池提供全部功率；当电机的需求功率大于正的需求功率时（Pre>Pa_p），此时需要考虑超级电容的荷电状态，若Cap_SOC>Cap_SOCmin则电池提供正门限的功率值，超级电容提供其余功率值，若Cap_SOC<=Cap_SOCmin则电池提供全部功率值。当电机处于回馈制动时，电机的需求功率大于或等于负的需求功率时（Pre>=Pa_n），此时由超级电容回收所有能量；当电机的需求功率小于正的需求功率时（Pre
相比逻辑门限控制策略，此策略综合考虑了电池和超级电容SOC以及需求功率值，通过制定合理模糊规则，利用模糊控制器，得出电池和超级电容的功率分配。
（1）
Pre为电机需求功率值，Pbat为电池的功率，PCap为超级电容的功率， 电池的比例因子， 为超级电容的比例因子。
此模糊逻辑策略的输入量分别为电池的SOC、超级电容的SOC、需求功率值，输出为电池的比例因子 值。
6 计算任务
在advisor软件下进行复合电源仿真，对整机的电源部分进行建模（如图2所示），使用NEDC工况数据，对蓄电池+超级电容复合电源进行仿真分析。分析其在纯电池状态下、电池加超级电容状态下的不同的两种控制策略下的状态，并对其电池剩余SOC、电池的电流波动进行对比比較。
7 结论分析
（1）从图4中可以看出，单一电源的电流波动较大，而在复合电源的情况下，无论是逻辑门限策略还是模糊逻辑策略，电池的电流波动都在一定程度上得到了缓冲，延长了电池的寿命。
（2）从图3可以看出，从单一电池变为复合电源后电池的剩余SOC最高可以提高到0.80。
（3）超级电容+蓄电池解决了传统的单一电池电流波动变化较大的问题，有效降低了电池的电流波动，并且能够回收部分能源，延长电池的寿命。
（4）解决了传统的单一电池虽具有高的能量密度但较低的功率密度的特点。
参考文献
[1]袁义悦，基于ADVISOR二次开发的车载复合电源参数匹配研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2012.
[2]Cao J， Emadi A. A New Battery/UltraCapacitor Hybrid Energy Storage System for Electric， Hybrid， and Plug-In Hybrid Electric Vehicles[J]. IEEE Transactions on Power Electronics， 2011， 27（1）：122-132.
[3]张潇华，插电式混合动力汽车复合电源系统集成优化方法研究 [D]. 北京：北京理工大学，2015.
[4]于远彬，王庆年，王加雪，赵晓旭.混合动力汽车车载复合电源参数匹配及其优化[J].吉林大学学报（工学版），2008（04）：764-768.
[5]李宁，基于ADVISOR的多能量源HEV仿真软件二次开发及应用研究 [D].西安：西安工业大学，2011.