雙能量源純電動(dòng)汽車能量管理關(guān)鍵技術(shù)的研究

【摘要】：汽車工業(yè)要迅速發(fā)展面臨的兩個(gè)重要問題是能源危機(jī)與環(huán)境污染,如何開發(fā)出既節(jié)能又環(huán)保的汽車,是我們國家可持續(xù)發(fā)展面臨的巨大挑戰(zhàn)。純電動(dòng)汽車雖然具備零排放和效率高等優(yōu)點(diǎn),在節(jié)能與環(huán)保方面的優(yōu)勢不容忽視,但是由于它僅使用蓄電池一種能量源為系統(tǒng)提供能量,汽車的續(xù)駛里程會(huì)受到限制。目前,續(xù)駛里程已成為純電動(dòng)汽車發(fā)展的瓶頸。儲(chǔ)能元件超級(jí)電容的比功率大,適合大電流充放電；但是它的比能量小,不適合持續(xù)放電。若把蓄電池和超級(jí)電容結(jié)合起來構(gòu)成雙能量源系統(tǒng),不僅能夠滿足電動(dòng)汽車瞬時(shí)大功率的需求,還能夠延長蓄電池的壽命,增加電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程,它已成為純電動(dòng)汽車發(fā)展的方向。因此,本文針對雙能量源存儲(chǔ)系統(tǒng)控制策略和雙能量源純電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程進(jìn)行研究,具有廣闊的應(yīng)用前景和現(xiàn)實(shí)意義。 雙能量源純電動(dòng)汽車行駛工況復(fù)雜,其模型屬于非線性模型,能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的控制策略常采用模糊控制的方法。由于此方法的局限性,控制效果并不理想。本文首次應(yīng)用自適應(yīng)模糊PI控制,通過在線調(diào)整PI控制器參數(shù),達(dá)到理想的控制效果。電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程通常采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)測,它具有較強(qiáng)的魯棒性與容錯(cuò)性,對復(fù)雜的非線性系統(tǒng)具有很好的逼近能力。但是此方法容易產(chǎn)生局部極值和過擬合現(xiàn)象,本文將支持向量機(jī)引入到雙能量源純電動(dòng)汽車模型中,并用粒子群算法對其參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,可以彌補(bǔ)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的不足。本文具體的研究內(nèi)容為： 首先,在介紹雙能量源純電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,分析電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能和能量消耗問題,并詳細(xì)地描述了幾種典型工況。 其次,在Matlab/Simulink環(huán)境下,根據(jù)電動(dòng)汽車動(dòng)力學(xué)理論建立電動(dòng)汽車模型；在分析能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,對蓄電池和超級(jí)電容的重要參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果建立蓄電池和超級(jí)電容模型；根據(jù)電機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理,建立系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)模型；由于能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中,蓄電池和超級(jí)電容的電壓不相等,為了平衡兩者之間的電壓,建立DC/DC變換器模型,并對其采用雙閉環(huán)的控制方式。 再次,對能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的能量分配策略進(jìn)行分析,建立既能夠充分利用儲(chǔ)能元件的能量又能滿足系統(tǒng)要求的能量分配策略。先建立以蓄電池SOC(state of charge)、超級(jí)電容SOC和需求功率為輸入量,以蓄電池功率分配因子為輸出量的模糊控制模型,制定模糊控制策略。然后提出自適應(yīng)模糊PI控制策略,將汽車實(shí)際功率與給定功率相比較,得出偏差e。將偏差e和偏差的變化率△e作為模糊控制的輸入量,輸出量為比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)Ki,通過對PI控制器參數(shù)的調(diào)節(jié),適當(dāng)調(diào)整偏差值。將模糊控制和自適應(yīng)模糊PI控制兩種方法在五種典型工況下進(jìn)行仿真比較,結(jié)果表明,雙能量源純電動(dòng)汽車的自適應(yīng)模糊PI控制效果較好,經(jīng)濟(jì)性能更佳。 最后,鑒于蓄電池和超級(jí)電容SOC是影響電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程的重要因素,本文在對續(xù)駛里程進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上,提出BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)兩種算法,對純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程進(jìn)行預(yù)測。先對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。通過驗(yàn)證該模型的正確性,對電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程進(jìn)行預(yù)測。預(yù)測結(jié)果表明,在五種典型工況下,自適應(yīng)模糊PI控制與模糊控制相比,可以延長電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程,BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測平均誤差最大值為2.66%。鑒于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)泛化能力弱,學(xué)習(xí)速度慢等缺點(diǎn),本文提出粒子群優(yōu)化支持向量機(jī)算法預(yù)測電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程。在使用支持向量機(jī)對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練時(shí),為了得到支持向量機(jī)的精確模型,應(yīng)用粒子群優(yōu)化算法對支持向量機(jī)的參數(shù)懲罰因子C和核函數(shù)寬度系數(shù)g進(jìn)行優(yōu)化,從而減小預(yù)測誤差。在五種典型工況下,將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和粒子群優(yōu)化支持向量機(jī)算法進(jìn)行對比,結(jié)果表明,粒子群優(yōu)化支持向量機(jī)算法相對誤差較小,更適合電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程預(yù)測。 【關(guān)鍵詞】：純電動(dòng)汽車 能量管理 能量分配策略
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U469.72
【目錄】：

• 附件4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-10
• 目錄10-14
• 第1章 緒論14-26
• 1.1 論文選題背景與研究意義14-15
• 1.2 電動(dòng)汽車國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀15-20
• 1.2.1 國內(nèi)電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀15-17
• 1.2.2 國外電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀17-20
• 1.3 電動(dòng)汽車能量關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀20-25
• 1.3.1 能量分配系統(tǒng)21-22
• 1.3.2 續(xù)駛里程22-24
• 1.3.3 DC/DC變換器24-25
• 1.4 研究內(nèi)容25-26
• 第2章 雙能量源純電動(dòng)汽車能量系統(tǒng)26-34
• 2.1 雙能量源純電動(dòng)汽車仿真方法26-27
• 2.2 雙能量源純電動(dòng)汽車動(dòng)力性能27-29
• 2.3 雙能量源純電動(dòng)汽車能量分析29-30
• 2.4 電動(dòng)汽車典型工況分析30-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第3章 雙能量源純電動(dòng)汽車建模研究34-64
• 3.1 雙能量源純電動(dòng)汽車動(dòng)力學(xué)模型34
• 3.2 雙能量源純電動(dòng)汽車能量存儲(chǔ)系統(tǒng)模型34-52
• 3.2.1 鉛酸電池的工作原理和特點(diǎn)35-36
• 3.2.2 鉛酸電池的理論模型36-37
• 3.2.3 鉛酸電池充放電實(shí)驗(yàn)37-42
• 3.2.4 建立鉛酸電池模型42-45
• 3.2.5 超級(jí)電容的工作原理和特點(diǎn)45-46
• 3.2.6 超級(jí)電容的理論模型46
• 3.2.7 超級(jí)電容充放電實(shí)驗(yàn)46-50
• 3.2.8 建立超級(jí)電容模型50-52
• 3.3 DC/DC變換器模型52-60
• 3.3.1 超級(jí)電容在電動(dòng)汽車中應(yīng)用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)52
• 3.3.2 雙向DC/DC變換器工作原理52-54
• 3.3.3 電路參數(shù)的設(shè)計(jì)54-55
• 3.3.4 DC/DC變換器的控制策略55-57
• 3.3.5 建立DC/DC變換器仿真模型57-60
• 3.4 電機(jī)模型60-63
• 3.4.1 電壓平衡方程60-61
• 3.4.2 電樞繞組感應(yīng)電動(dòng)勢61
• 3.4.3 電磁轉(zhuǎn)矩61-62
• 3.4.4 轉(zhuǎn)矩平衡方程62
• 3.4.5 建立力矩電機(jī)模型62-63
• 3.5 本章小結(jié)63-64
• 第4章 雙能量源純電動(dòng)汽車能量分配策略分析64-88
• 4.1 雙能量源控制系統(tǒng)特性64-65
• 4.1.1 雙能量源控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)64-65
• 4.1.2 雙能量源純電動(dòng)汽車工作模式65
• 4.2 雙能量源純電動(dòng)汽車能量控制系統(tǒng)建模65-66
• 4.3 雙能量源純電動(dòng)汽車控制策略66-80
• 4.3.1 模糊控制策略66-75
• 4.3.1.1 模糊控制器組成66-70
• 4.3.1.2 模糊控制器結(jié)構(gòu)70
• 4.3.1.3 模糊控制策略的制定70-71
• 4.3.1.4 雙能量源模糊控制器設(shè)計(jì)71-75
• 4.3.2 模糊PI控制75-80
• 4.3.2.1 模糊PI控制器結(jié)構(gòu)76-77
• 4.3.2.2 自適應(yīng)模糊PI控制基本原理77-78
• 4.3.2.3 自適應(yīng)模糊PI控制器的設(shè)計(jì)78-79
• 4.3.2.4 建立自適應(yīng)模糊PI控制器仿真模型79-80
• 4.4 雙能量源純電動(dòng)汽車能量分配策略仿真80-87
• 4.4.1 單能量源與雙能量源模糊控制仿真80-82
• 4.4.2 雙能量源存儲(chǔ)系統(tǒng)能量分配策略仿真82-87
• 4.5 本章小結(jié)87-88
• 第5章 雙能量源純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程預(yù)測88-112
• 5.1 電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程影響因素88-89
• 5.2 續(xù)駛里程的計(jì)算89
• 5.3 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)續(xù)駛里程預(yù)測89-100
• 5.3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型89-90
• 5.3.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的原理及步驟90-95
• 5.3.3 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的續(xù)駛里程預(yù)測95-100
• 5.4 基于PSO支持向量機(jī)的續(xù)駛里程預(yù)測100-110
• 5.4.1 支持向量回歸機(jī)基本原理100-103
• 5.4.2 粒子群優(yōu)化算法103-106
• 5.4.3 基于PSO—SVM算法的續(xù)駛里程預(yù)測106-110
• 5.5 本章小結(jié)110-112
• 第6章 總結(jié)與展望112-116
• 6.1 總結(jié)112-114
• 6.2 展望114-116
• 參考文獻(xiàn)116-128
• 作者簡介及在學(xué)期間所取得的科研成果128-130
• 致謝130

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細(xì)分市場純電動(dòng)汽車研發(fā)與推廣    徐占林;

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淄博市低速純電動(dòng)汽車發(fā)展的幾點(diǎn)思考    車勝新;

純電動(dòng)汽車的控制策略與實(shí)現(xiàn)    馬洪濤;葉倩;

重慶公交發(fā)展純電動(dòng)汽車的一次嘗試    廖濤;

純電動(dòng)汽車泊車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)    胡杰強(qiáng);王智晶;

純電動(dòng)汽車電機(jī)控制器傳導(dǎo)性電磁干擾的抑制    陶銀鵬;余強(qiáng);朱德祥;

應(yīng)著力發(fā)展純電動(dòng)汽車    媒體評論員 陳健敏

共建純電動(dòng)汽車示范基地及產(chǎn)業(yè)園    姜小莉

加速長沙純電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化    長沙市政協(xié)副主席 謝明德

新疆首批純電動(dòng)汽車投入使用    石懷平

山西榆次將建純電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)園    記者 楊麗英　張春亮

政策推進(jìn)難掩純電動(dòng)汽車發(fā)展困境    本報(bào)記者 劉國棟

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續(xù)航300公里純電動(dòng)汽車兩年內(nèi)推出    本報(bào)記者 童曙泉

陸地方舟：中國純電動(dòng)汽車領(lǐng)域真正的領(lǐng)跑者    張龍飛

純電動(dòng)汽車或插電式混動(dòng) 誰才是當(dāng)前購車首選？    本報(bào)記者 王禁

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純電動(dòng)汽車能量管理關(guān)鍵技術(shù)問題的研究    石慶升

純電動(dòng)汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)理研究與設(shè)計(jì)    曾群

基于鋰離子動(dòng)力電池的純電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)控制策略與優(yōu)化    董冰

雙能量源純電動(dòng)汽車能量管理關(guān)鍵技術(shù)的研究    杜爽

純電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)穩(wěn)定性與諧波特性研究    李晶

兩檔雙離合器自動(dòng)變速器的純電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制技術(shù)研究    顧強(qiáng)

純電動(dòng)汽車電液復(fù)合再生制動(dòng)研究    劉志強(qiáng)

純電動(dòng)汽車中電驅(qū)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其控制策略研究    吳家龍

微型純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)    岳崇會(huì)

純電動(dòng)汽車突然失壓的應(yīng)急控制策略研究    樂登

純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)與仿真研究    楊文興

純電動(dòng)汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及故障診斷方法研究    吳建榮

微型純電動(dòng)汽車動(dòng)力性能參數(shù)匹配及仿真研究    王方

純電動(dòng)汽車整車能量建模與仿真分析    劉清虎

純電動(dòng)汽車整車性能建模與仿真    姚海峰

純電動(dòng)汽車電控系統(tǒng)研制    孫淼

北京純電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建研究    劉燕玲