混合動力汽車復(fù)合儲能系統(tǒng)參數(shù)匹配與控制策略研究.pdf

1、現(xiàn)有的混合動力汽車(HEV，Hybrid Electric Vehicle)大多采用蓄電池作為其車載儲能源，但蓄電池儲能的HEV在加速、爬坡或再生制動時突發(fā)大功率的能力由于蓄電池較低的比功率而受到限制。鑒于此，結(jié)合高比能量儲能源和高比功率儲能源的復(fù)合儲能技術(shù)引起了一定的重視，可以同時滿足 HEV運(yùn)行過程中對能量和功率的雙重要求。本身即為多能量源交通工具的HEV，引入復(fù)合儲能之后，不但HEV的能量流變得更加錯綜復(fù)雜，也為其參數(shù)匹配與控制策

2、略的設(shè)計帶來新的挑戰(zhàn)。而車載復(fù)合儲能源的參數(shù)匹配和控制策略是改善HEV性能的核心技術(shù)，除與整車動力性能與經(jīng)濟(jì)性能息息相關(guān)外，還直接關(guān)系到整車成本與質(zhì)量。因此，對其進(jìn)行深入研究十分必要。本文針對混合動力汽車和復(fù)合儲能系統(tǒng)的工作特性，就混合動力汽車及復(fù)合儲能系統(tǒng)建模方法、復(fù)合儲能系統(tǒng)的參數(shù)匹配以及控制策略等理論和應(yīng)用問題進(jìn)行了研究。
　　配備復(fù)合儲能技術(shù)的HEV，是涉及蓄電池、超級電容、燃油等多能量源的復(fù)雜系統(tǒng)。為了更清晰描述系統(tǒng)內(nèi)部

3、的能量流動關(guān)系，并為系統(tǒng)控制策略的制定提供參考，本文從能量流和功率鏈的角度，引入能量宏觀表達(dá)法(EMR，Energetic Macroscopic Representation)對混合動力整車和復(fù)合儲能系統(tǒng)進(jìn)行了建模，并借助反轉(zhuǎn)規(guī)則得到了系統(tǒng)的控制方案。重點(diǎn)研究了基于試驗的電池建模方法。采用EMR所建模型的能量流動情況變得更加清晰、直觀，更具條理性，有利于系統(tǒng)整體建模和控制的規(guī)范化，為研究復(fù)合儲能系統(tǒng)的參數(shù)匹配與控制策略奠定了基礎(chǔ)。

4、r>　　對混合動力汽車復(fù)合儲能系統(tǒng)中兩種儲能源功率和能量的合理分配問題進(jìn)行研究。研究了整車設(shè)計指標(biāo)、整車控制策略、目標(biāo)行駛工況對動力系統(tǒng)功率和能量需求以及影響，分別從功率和能量角度對復(fù)合儲能系統(tǒng)的參數(shù)匹配進(jìn)行分析研究，并根據(jù)不同優(yōu)化目標(biāo)，對初步匹配結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上，提出了 HEV復(fù)合儲能系統(tǒng)參數(shù)匹配的方法，在滿足電動系統(tǒng)功率和能量要求的前提下，充分考慮了整車的燃油經(jīng)濟(jì)性、動力性以及整車使用成本問題?？紤]到混合度對復(fù)合儲能系統(tǒng)參數(shù)

5、匹配的影響，考察了三種不同混合度混合動力汽車的復(fù)合儲能系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化匹配結(jié)果，并給出了復(fù)合儲能源的混合比。
　　復(fù)合儲能HEV合理而有效的控制策略可以提高系統(tǒng)效率，改善蓄電池的使用壽命。本文在對復(fù)合儲能 HEV的能量流動模式分析的基礎(chǔ)上，提出了復(fù)合儲能系統(tǒng)的控制策略。對復(fù)合儲能 HEV的系統(tǒng)效率進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析，在非線性比例因子分配控制策略的基礎(chǔ)上，充分考慮系統(tǒng)各部件的效率，提出了基于動態(tài)規(guī)劃全局最優(yōu)的控制策略，在不降低原HEV

6、燃油經(jīng)濟(jì)性的前提下，較非線性比例因子分配策略，電池循環(huán)次數(shù)進(jìn)一步降低，其循環(huán)壽命得到有效改善，以上海工況為例，再生制動能量回收比例提高了3％。
　　給出了基于EMR的復(fù)合儲能系統(tǒng)控制方案，搭建了實驗平臺。最后對由鎳氫電池組、超級電容組和DC/DC變換器構(gòu)成的復(fù)合儲能系統(tǒng)基本工作模式和特定工況進(jìn)行了實驗研究，驗證了本文所建仿真模型以及所提出控制策略的正確性和有效性。
　　本文通過對復(fù)合儲能系統(tǒng)的仿真與實驗研究，旨在探索適合于混