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

【摘要】：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)。 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)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,旨在探索適合于混合動力汽車的車載儲能技術(shù),并在車載復(fù)合儲能源的合理優(yōu)化匹配和控制方面提供一定的指導(dǎo),為混合動力汽車突破電源技術(shù)瓶頸創(chuàng)造基礎(chǔ)條件。 【關(guān)鍵詞】：混合動力汽車 復(fù)合儲能系統(tǒng) 模型建立 參數(shù)匹配 控制策略
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：U469.72
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-13
• 第1章 緒論13-29
• 1.1 課題研究的目的和意義13-14
• 1.2 混合動力汽車儲能技術(shù)現(xiàn)狀14-16
• 1.3 國內(nèi)外復(fù)合儲能技術(shù)研究狀況16-22
• 1.3.1 HEV復(fù)合儲能技術(shù)研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3.2 EV與FCEV復(fù)合儲能技術(shù)研究現(xiàn)狀18-21
• 1.3.3 其它應(yīng)用領(lǐng)域復(fù)合儲能技術(shù)研究現(xiàn)狀21-22
• 1.4 復(fù)合儲能系統(tǒng)組合方式與匹配結(jié)構(gòu)22-25
• 1.4.1 復(fù)合儲能系統(tǒng)組合方式22-24
• 1.4.2 復(fù)合儲能系統(tǒng)匹配結(jié)構(gòu)24-25
• 1.5 復(fù)合儲能系統(tǒng)參數(shù)匹配與控制策略研究狀況25-28
• 1.5.1 復(fù)合儲能系統(tǒng)參數(shù)匹配26-27
• 1.5.2 復(fù)合儲能系統(tǒng)控制策略27-28
• 1.6 本文的主要研究內(nèi)容28-29
• 第2章 基于EMR的復(fù)合儲能混合動力汽車建模29-45
• 2.1 引言29
• 2.2 能量宏觀表達(dá)法概述29-30
• 2.3 基于EMR的混合動力汽車建模30-35
• 2.3.1 發(fā)動機(jī)和道路負(fù)載等源模塊建模30-31
• 2.3.2 逆變器建模31-32
• 2.3.3 電機(jī)建模32-33
• 2.3.4 軸及傳動系統(tǒng)建模33-35
• 2.4 基于反轉(zhuǎn)規(guī)則的混合動力汽車EMR控制系統(tǒng)35-37
• 2.4.1 調(diào)節(jié)鏈和控制鏈35-36
• 2.4.2 整車EMR模型的反轉(zhuǎn)36-37
• 2.5 復(fù)合儲能系統(tǒng)的EMR建模37-44
• 2.5.1 復(fù)合儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)37-38
• 2.5.2 各單元部件建模38-43
• 2.5.3 EMR模型的反轉(zhuǎn)43-44
• 2.6 本章小結(jié)44-45
• 第3章 混合動力汽車復(fù)合儲能系統(tǒng)的參數(shù)匹配45-73
• 3.1 引言45
• 3.2 混合動力汽車整車性能需求分析45-53
• 3.2.1 整車控制策略及分析47-49
• 3.2.2 循環(huán)工況對儲能源參數(shù)匹配的影響分析49-53
• 3.3 基于循環(huán)工況的復(fù)合儲能系統(tǒng)參數(shù)匹配53-55
• 3.3.1 功率需求角度匹配53-54
• 3.3.2 能量需求角度匹配54-55
• 3.4 復(fù)合儲能系統(tǒng)參數(shù)匹配優(yōu)化方法55-57
• 3.4.1 優(yōu)化問題的提出55-57
• 3.4.2 優(yōu)化方法描述57
• 3.5 復(fù)合儲能系統(tǒng)參數(shù)匹配的步驟57-58
• 3.6 不同混合度HEV復(fù)合儲能系統(tǒng)的參數(shù)匹配58-71
• 3.6.1 混合動力汽車混合度分析58-60
• 3.6.2 重度混合動力汽車儲能源參數(shù)匹配與分析60-61
• 3.6.3 重度混合動力汽車儲能源優(yōu)化匹配結(jié)果與分析61-66
• 3.6.4 中度混合動力汽車儲能源優(yōu)化匹配結(jié)果與分析66-68
• 3.6.5 輕度混合動力汽車儲能源優(yōu)化匹配結(jié)果與分析68-71
• 3.7 本章小結(jié)71-73
• 第4章 混合動力汽車復(fù)合儲能系統(tǒng)控制策略研究73-100
• 4.1 引言73
• 4.2 能量流動模式分析73-76
• 4.2.1 混合動力汽車工作模式73
• 4.2.2 復(fù)合儲能混合動力汽車能量流動模式73-75
• 4.2.3 復(fù)合儲能系統(tǒng)內(nèi)部能量流動模式75-76
• 4.3 非線性比例因子分配控制策略76-86
• 4.3.1 控制目標(biāo)77
• 4.3.2 非線性比例因子分配控制策略描述77-80
• 4.3.3 仿真結(jié)果與分析80-86
• 4.4 基于效率優(yōu)化控制策略86-99
• 4.4.1 復(fù)合儲能HEV系統(tǒng)效率分析86-92
• 4.4.2 基于效率優(yōu)化的控制策略描述92-96
• 4.4.3 仿真結(jié)果與分析96-99
• 4.5 本章小結(jié)99-100
• 第5章 復(fù)合儲能系統(tǒng)實驗研究100-111
• 5.1 引言100
• 5.2 雙向DC/DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作模式分析100-102
• 5.3 基于EMR的復(fù)合儲能系統(tǒng)實驗102-105
• 5.3.1 實驗方案及實驗臺架102-103
• 5.3.2 基于EMR的控制方案及實現(xiàn)103-105
• 5.4 實驗結(jié)果與分析105-110
• 5.4.1 基本模式實驗106-107
• 5.4.2 特定工況實驗107-110
• 5.5 本章小結(jié)110-111
• 結(jié)論111-113
• 參考文獻(xiàn)113-121
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果121-123
• 致謝123-124
• 個人簡歷124

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電動汽車動力系統(tǒng)的參數(shù)匹配及優(yōu)化研究    孫濤

增程式電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配及基于遺傳算法的傳動比優(yōu)化研究    李俊偉

并聯(lián)混合動力汽車總成參數(shù)匹配及優(yōu)化研究    饒陽