混合動(dòng)力汽車復(fù)合電源捅量管理系統(tǒng)研究

【摘要】：新能源汽車已經(jīng)成為未來(lái)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(lái)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—。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(wèn)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)致了能源的浪費(fèi)。為此,有必要增加輔助儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)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(wú)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、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(wèn)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(wèn)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(wèn)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ECER13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、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(wèn)題屬于非線性規(guī)劃問(wèn)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(lái)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(lái)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(guò)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、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出荷電狀態(tài)值,實(shí)用性強(qiáng),有效性高。(5)給出了混合動(dòng)力汽車復(fù)合電源能量管理系統(tǒng)總體實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu),對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的軟件和硬件進(jìn)行了詳細(xì)地設(shè)計(jì),開發(fā)出了小功率復(fù)合電源樣機(jī),對(duì)能量管理系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本文中所提出的能量管理系統(tǒng)的實(shí)際可行性。 【關(guān)鍵詞】：混合動(dòng)力汽車 復(fù)合電源 能量管理系統(tǒng) 超級(jí)電容器 功率分配 再生制動(dòng) 能源效率 荷電狀態(tài)
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U469.7
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 緒論13-28
• 1.1 課題研究背景及意義13-15
• 1.2 課題相關(guān)研究綜述15-25
• 1.2.1 復(fù)合電源功率分配控制策略研究綜述15-19
• 1.2.2 復(fù)合電源再生制動(dòng)能量回收控制策略研究綜述19-22
• 1.2.3 復(fù)合電源能源效率最大化優(yōu)化方法研究綜述22
• 1.2.4 復(fù)合電源荷電狀態(tài)預(yù)測(cè)方法研究綜述22-25
• 1.3 論文研究?jī)?nèi)容及組織結(jié)構(gòu)25-28
• 1.3.1 論文研究?jī)?nèi)容25-26
• 1.3.2 論文組織結(jié)構(gòu)26-28
• 第二章 混合動(dòng)力汽車復(fù)合電源功率分配控制及其參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)28-46
• 2.1 引言28-29
• 2.2 復(fù)合電源結(jié)構(gòu)選型與工作模式29-33
• 2.2.1 復(fù)合電源結(jié)構(gòu)選型29-31
• 2.2.2 復(fù)合電源工作模式31-33
• 2.3 自適應(yīng)濾波器功率分配控制策略及其參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)33-38
• 2.3.1 控制策略描述33-34
• 2.3.2 控制策略參數(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化34-37
• 2.3.3 控制策略及其參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)37-38
• 2.4 控制策略仿真驗(yàn)證38-43
• 2.4.1 仿真參數(shù)匹配38-39
• 2.4.2 仿真分析39-43
• 2.5 控制策略性能評(píng)價(jià)43-45
• 2.5.1 UDDS工況下兩種儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作電流分布43-44
• 2.5.2 EUDS工況下兩種儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作電流分布44-45
• 2.6 本章小結(jié)45-46
• 第三章 混合動(dòng)力汽車復(fù)合電源再生制動(dòng)能量回收控制策略研究46-59
• 3.1 引言46-47
• 3.2 復(fù)合電源型混合動(dòng)力汽車再生制動(dòng)原理47
• 3.3 ADVISOR制動(dòng)力分配原理47-48
• 3.4 復(fù)合電源型混合動(dòng)力汽車制動(dòng)力分配策略48-54
• 3.4.1 制動(dòng)力分配因素49-51
• 3.4.2 制動(dòng)力分配策略的制定51-54
• 3.5 制動(dòng)力分配策略仿真驗(yàn)證54-58
• 3.5.1 UDDS工況下的制動(dòng)力分配策略仿真研究54-56
• 3.5.2 EUDS工況下的制動(dòng)力分配策略仿真研究56-58
• 3.6 本章小結(jié)58-59
• 第四章 混合動(dòng)力汽車復(fù)合電源能源效率最大化優(yōu)化設(shè)計(jì)59-74
• 4.1 引言59-60
• 4.2 復(fù)合電源各部件模型解析60-63
• 4.2.1 蓄電池模型60-62
• 4.2.2 超級(jí)電容器模型62-63
• 4.2.3 DC/DC變換器模型63
• 4.3 復(fù)合電源能源效率最大化優(yōu)化設(shè)計(jì)63-65
• 4.4 能源效率最大化優(yōu)化仿真驗(yàn)證65-72
• 4.4.1 UDDS工況下的能源效率優(yōu)化仿真研究66-69
• 4.4.2 EUDS工況下的能源效率優(yōu)化仿真研究69-72
• 4.5 本章小結(jié)72-74
• 第五章 混合動(dòng)力汽車復(fù)合電源荷電狀態(tài)預(yù)測(cè)74-92
• 5.1 引言74-75
• 5.2 混合動(dòng)力汽車電池荷電狀態(tài)的定義及影響因素75-76
• 5.3 極限學(xué)習(xí)機(jī)基本原理76-78
• 5.4 貝葉斯極限學(xué)習(xí)機(jī)基本原理78-79
• 5.5 混合動(dòng)力汽車電池SOC預(yù)測(cè)的BELM方法仿真驗(yàn)證79-87
• 5.5.1 UDDS工況下的電池SOC預(yù)測(cè)BELM方法仿真研究80-84
• 5.5.2 EUDS工況下的電池SOC預(yù)測(cè)BELM方法仿真研究84-87
• 5.6 混合動(dòng)力汽車電池SOC預(yù)測(cè)的BELM方法實(shí)例驗(yàn)證87-91
• 5.6.1 實(shí)例樣本數(shù)據(jù)采集87-88
• 5.6.2 實(shí)例樣本數(shù)據(jù)預(yù)處理88-89
• 5.6.3 實(shí)例研究89-90
• 5.6.4 實(shí)例預(yù)測(cè)模型評(píng)價(jià)90-91
• 5.7 本章小結(jié)91-92
• 第六章 混合動(dòng)力汽車復(fù)合電源能量管理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究92-113
• 6.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)92-93
• 6.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)93-102
• 6.2.1 DC/DC變換器主電路設(shè)計(jì)93-96
• 6.2.2 采樣電路設(shè)計(jì)96-99
• 6.2.3 電源模塊設(shè)計(jì)99-100
• 6.2.4 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)100-102
• 6.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證102-111
• 6.3.1 脈沖電流負(fù)載性能實(shí)驗(yàn)研究102-106
• 6.3.2 不同工況下的供能實(shí)驗(yàn)研究106-110
• 6.3.3 再生制動(dòng)能量回收實(shí)驗(yàn)研究110-111
• 6.4 本章小結(jié)111-113
• 第七章 總結(jié)與展望113-116
• 7.1 創(chuàng)新性成果總結(jié)113-114
• 7.2 下一步工作展望114-116
• 參考文獻(xiàn)116-129
• 致謝129-130
• 攻讀博士期間的學(xué)術(shù)成果130-132

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混合動(dòng)力汽車NiMH蓄電池能量管理系統(tǒng)研究    胡明輝

基于純電動(dòng)汽車的制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)    劉博

并聯(lián)混合動(dòng)力汽車傳動(dòng)系統(tǒng)建模及控制策略研究    于俊偉

超級(jí)電容蓄電池復(fù)合電源的研究與仿真    張靖

電動(dòng)汽車前向仿真研究    陳飚

電動(dòng)汽車蓄電池性能仿真與試驗(yàn)    劉磊

混合動(dòng)力城市客車正向建模及仿真軟件研究    張威

輕度混合動(dòng)力汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)建模與仿真    詹迅

基于超級(jí)電容的車輛制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的仿真研究    薛小軍

具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的車用防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）控制器研制    馬瑾

超級(jí)電容器在直流電源系統(tǒng)中的應(yīng)用    劉建新

新型貯能單元超級(jí)電容器    桂長(zhǎng)清

超級(jí)電容器    

超級(jí)電容器材料研究的辯證思維    文建國(guó),周震濤,文衍宣

超級(jí)電容器應(yīng)用設(shè)計(jì)    李薦,鐘暉,鐘海云,戴艷陽(yáng),溫俊杰

超級(jí)電容器簡(jiǎn)介    Bobby Maher;

超級(jí)電容器在汽車啟動(dòng)中的應(yīng)用    王鑫;

替代能源中的超級(jí)電容器介紹    Matt Reynolds;

超級(jí)電容器電極材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展    陳新麗;李偉善;

超級(jí)電容器串聯(lián)應(yīng)用中的均壓?jiǎn)栴}以及解決途徑    常建中;

新型超級(jí)電容器納米電極材料的研究    馬衍偉;張熊;余鵬;陳堯;

超級(jí)電容器電極材料的最新研究進(jìn)展    張易寧;何騰云;

聚苯乙烯基層次孔碳的活化及其在超級(jí)電容器中的應(yīng)用    鐘輝;曾慶聰;吳丁財(cái);符若文;

扣式超級(jí)電容器組的研制    趙家昌;賴春艷;戴揚(yáng);解晶瑩;

超級(jí)電容器與通信備用電源    單既成;陳維英;

單層石墨用作超級(jí)電容器的研究    王燕;吳英鵬;黃毅;馬延風(fēng);陳永勝;

超級(jí)電容器電極材料的設(shè)計(jì)、制備及性質(zhì)研究    趙健偉;倪文彬;王登超;黃忠杰;

基于薄液層反應(yīng)的新型超級(jí)電容器——多孔碳電極材料的影響    張琦;鄭明森;董全峰;田昭武;

新型超級(jí)電容器石墨烯電極材料的研究    馬衍偉;

超級(jí)電容器二氧化錳電極材料的研究進(jìn)展    劉不厭;彭喬;孫玥;

超級(jí)電容器：正在升起的新興行業(yè)    趙文

超級(jí)電容器產(chǎn)業(yè)化腳步加快 市場(chǎng)前景廣闊    國(guó)際電氣電子工程師學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員 于凌宇

超級(jí)電容器專利預(yù)警分析    許柏松

天津力神：打破超級(jí)電容器技術(shù)壟斷    

高能鎳碳超級(jí)電容器誕生記    本報(bào)記者 宗寶泉　通訊員 應(yīng)明陽(yáng)

超級(jí)電容器在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用    山西 劉紅強(qiáng) 編譯

超級(jí)電容器的原理與功能    云南 徐軍藝 編譯

美用黏土開發(fā)出高溫超級(jí)電容器    常麗君

超級(jí)電容器研發(fā)的進(jìn)展    遼寧 張應(yīng)建 編譯

超級(jí)電容器的分類與優(yōu)缺點(diǎn)    貴州 周威 編譯

超級(jí)電容器模塊化技術(shù)的研究    李海東

碳基超級(jí)電容器單體性能相關(guān)理論與應(yīng)用技術(shù)研究    孫誼

智能超級(jí)電容器    陳旭麗

混合動(dòng)力汽車復(fù)合電源捅量管理系統(tǒng)研究    王琪

混合儲(chǔ)能系統(tǒng)在含風(fēng)電電網(wǎng)中的應(yīng)用研究    王利猛

混合型超級(jí)電容器關(guān)鍵材料的設(shè)計(jì)及器件構(gòu)造    申來(lái)法

混合型超級(jí)電容器的建模與制備研究    宋金巖

超級(jí)電容器用新型電極材料的研究    王新宇

混合型超級(jí)電容器的相關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)研究    張莉

超級(jí)電容器直流儲(chǔ)能系統(tǒng)分析與控制技術(shù)的研究    張慧妍

超級(jí)電容器電源模塊電壓均衡技術(shù)及結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)的研究    鄧歡歡

超級(jí)電容器串并聯(lián)技術(shù)的研究    張彬

超級(jí)電容器直流電源的研制及應(yīng)用    范偉

超級(jí)電容器電壓均衡系統(tǒng)的研究    張寧

超級(jí)電容器的性能研究與狀態(tài)分析    金英華

印制式石墨烯基微型超級(jí)電容器的研究    肖毓秀

過(guò)渡金屬氧化物電極材料的制備及電化學(xué)儲(chǔ)能性能的研究    李陸

氧化鎳電極的多孔化構(gòu)筑及電化學(xué)性能    黃美玲

α相鈷氫氧化物的可控制備及其超級(jí)電容性能    劉嵐

高性能鎳基超級(jí)電容器電極材料的制備研究    王蘭