混合動力汽車復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，混合動力汽車集傳統(tǒng)燃油汽車性能良好、行駛里程長和未來純電動汽車低排放、高能源利用率以及再生制動能量的回收等諸多優(yōu)點于一身，是當前最有發(fā)展前景的新能源汽車之一。目前，混合動力汽車的動力性能依然比不上傳統(tǒng)的燃油汽車，導致這一問題的主要原因是蓄電池能量存儲系統(tǒng)的功率密度較低，不能滿足汽車在啟動、加速和爬坡時的高功率密度需求。另外，當汽車處于再生制動狀態(tài)時，蓄電池不能快速回收再生制動能量，從而導致了

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

3、再生制動能量回收、能源效率優(yōu)化以及荷電狀態(tài)預測等問題進行了深入研究，主要研究工作及取得的成果如下:
　　(1)給出了混合動力汽車復合電源的拓撲結構，在分析拓撲結構原理和工作狀態(tài)的基礎之上，針對復合電源中蓄電池和超級電容器的功率分配問題，提出了一種自適應濾波器功率分配控制策略，旨在使得超級電容器主要承擔負載需求功率中的峰值功率，而蓄電池則主要承擔平均功率，從而達到超級電容器對蓄電池功率的“削峰填谷”。同時，為了使得復合電源適應不同的

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

5、和整車結構等參數(shù)，兼顧蓄電池和超級電容器的安全充電條件，在ECE R13制動法規(guī)的約束下對再生制動力和摩擦力進行了合理分配。在ADVISOR下對所提出的制動力分配策略進行建模和仿真驗證，結果表明:該策略能很好地實現(xiàn)再生制動力和摩擦力的分配，提高了再生制動能量的回收率，延長了混合動力汽車的續(xù)航里程。
　　(3)為提高混合動力汽車復合電源儲能系統(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。建立了復合電源儲能系統(tǒng)中蓄電池

6、、超級電容器以及DC/DC變換器的數(shù)學模型，求解出各個功能模塊的功率損耗。優(yōu)化設計的目標旨在降低系統(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，對優(yōu)化算法進行程序化實現(xiàn)，并進行仿真研究，結果發(fā)現(xiàn):優(yōu)化后復合電源儲能系統(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。同時伴隨著驅(qū)動電機的功率損耗降低，電機效率提高，高效率區(qū)的電機工作點增多。
　　(4)為實現(xiàn)混合動力汽車復合電

7、源中蓄電池荷電狀態(tài)的快速、精確預測，引入貝葉斯極限學習機方法。對極限學習機和貝葉斯極限學習機的基本原理進行詳細地介紹，采用貝葉斯線性回歸方法來優(yōu)化極限學習機輸出層的權重，從而提高極限學習機的擬合和泛化能力。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)用來預測荷電狀態(tài)的實時值，同時兼顧混合動力汽車再生制動狀態(tài)下的能量回饋過程。MATLAB下的仿真結果和實例結果均表明:所設計的預測模型具有較高的精度，能夠快速