混合動(dòng)力汽車復(fù)合電源能量管理系統(tǒng)研究.pdf

1、新能源汽車已經(jīng)成為未來汽車行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，混合動(dòng)力汽車集傳統(tǒng)燃油汽車性能良好、行駛里程長(zhǎng)和未來純電動(dòng)汽車低排放、高能源利用率以及再生制動(dòng)能量的回收等諸多優(yōu)點(diǎn)于一身，是當(dāng)前最有發(fā)展前景的新能源汽車之一。目前，混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力性能依然比不上傳統(tǒng)的燃油汽車，導(dǎo)致這一問題的主要原因是蓄電池能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的功率密度較低，不能滿足汽車在啟動(dòng)、加速和爬坡時(shí)的高功率密度需求。另外，當(dāng)汽車處于再生制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，蓄電池不能快速回收再生制動(dòng)能量，從而導(dǎo)致了

2、能源的浪費(fèi)。為此，有必要增加輔助儲(chǔ)能系統(tǒng)來滿足混合動(dòng)力汽車的高功率密度需求，同時(shí)充分快速地回收汽車的再生制動(dòng)能量。超級(jí)電容器憑借功率密度大、充電時(shí)間短、充電速度快以及循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，無疑是最佳選擇之一。超級(jí)電容器與蓄電池相結(jié)合構(gòu)成復(fù)合電源，超級(jí)電容器和蓄電池的優(yōu)勢(shì)可互補(bǔ)，同時(shí)最大程度地彌補(bǔ)蓄電池或者超級(jí)電容器單一電源的不足，大大提高了混合動(dòng)力汽車能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能。本文對(duì)混合動(dòng)力汽車復(fù)合電源能量管理系統(tǒng)中蓄電池和超級(jí)電容器的功率分配、

3、再生制動(dòng)能量回收、能源效率優(yōu)化以及荷電狀態(tài)預(yù)測(cè)等問題進(jìn)行了深入研究，主要研究工作及取得的成果如下:
　　(1)給出了混合動(dòng)力汽車復(fù)合電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在分析拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)原理和工作狀態(tài)的基礎(chǔ)之上，針對(duì)復(fù)合電源中蓄電池和超級(jí)電容器的功率分配問題，提出了一種自適應(yīng)濾波器功率分配控制策略，旨在使得超級(jí)電容器主要承擔(dān)負(fù)載需求功率中的峰值功率，而蓄電池則主要承擔(dān)平均功率，從而達(dá)到超級(jí)電容器對(duì)蓄電池功率的“削峰填谷”。同時(shí)，為了使得復(fù)合電源適應(yīng)不同的

4、循環(huán)工況，有必要對(duì)功率分配控制策略的控制參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化。高級(jí)車輛仿真軟件ADVISOR下的仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提出的復(fù)合電源功率分配控制策略與參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的有效性。
　　(2)針對(duì)以蓄電池-超級(jí)電容器復(fù)合電源為儲(chǔ)能系統(tǒng)的混合動(dòng)力汽車再生制動(dòng)能量回收問題，提高再生制動(dòng)能量回收率，提出了一種適用于復(fù)合電源型混合動(dòng)力汽車的制動(dòng)力分配策略。不拘泥于傳統(tǒng)ADVISOR高級(jí)車輛仿真軟件中以速度為控制對(duì)象的分配策略，引入車身作用力、道路環(huán)境

5、和整車結(jié)構(gòu)等參數(shù)，兼顧蓄電池和超級(jí)電容器的安全充電條件，在ECE R13制動(dòng)法規(guī)的約束下對(duì)再生制動(dòng)力和摩擦力進(jìn)行了合理分配。在ADVISOR下對(duì)所提出的制動(dòng)力分配策略進(jìn)行建模和仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明:該策略能很好地實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)力和摩擦力的分配，提高了再生制動(dòng)能量的回收率，延長(zhǎng)了混合動(dòng)力汽車的續(xù)航里程。
　　(3)為提高混合動(dòng)力汽車復(fù)合電源儲(chǔ)能系統(tǒng)能源利用率，降低系統(tǒng)損耗，提出了一種能源效率最大化優(yōu)化算法。建立了復(fù)合電源儲(chǔ)能系統(tǒng)中蓄電池

6、、超級(jí)電容器以及DC/DC變換器的數(shù)學(xué)模型，求解出各個(gè)功能模塊的功率損耗。優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)旨在降低系統(tǒng)損耗，提高能源效率。由于優(yōu)化問題屬于非線性規(guī)劃問題，故采用近似規(guī)劃方法求解之。在ADVISOR下，對(duì)優(yōu)化算法進(jìn)行程序化實(shí)現(xiàn)，并進(jìn)行仿真研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn):優(yōu)化后復(fù)合電源儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率損耗相比于優(yōu)化前大大降低，能源利用率得到提高。同時(shí)伴隨著驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率損耗降低，電機(jī)效率提高，高效率區(qū)的電機(jī)工作點(diǎn)增多。
　　(4)為實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力汽車復(fù)合電

7、源中蓄電池荷電狀態(tài)的快速、精確預(yù)測(cè)，引入貝葉斯極限學(xué)習(xí)機(jī)方法。對(duì)極限學(xué)習(xí)機(jī)和貝葉斯極限學(xué)習(xí)機(jī)的基本原理進(jìn)行詳細(xì)地介紹，采用貝葉斯線性回歸方法來優(yōu)化極限學(xué)習(xí)機(jī)輸出層的權(quán)重，從而提高極限學(xué)習(xí)機(jī)的擬合和泛化能力。在循環(huán)工況條件下選擇電池的工作電壓、工作電流和表面溫度以及SOC歷史值等參數(shù)用來預(yù)測(cè)荷電狀態(tài)的實(shí)時(shí)值，同時(shí)兼顧混合動(dòng)力汽車再生制動(dòng)狀態(tài)下的能量回饋過程。MATLAB下的仿真結(jié)果和實(shí)例結(jié)果均表明:所設(shè)計(jì)的預(yù)測(cè)模型具有較高的精度，能夠快速