HEV車載復(fù)合電源系統(tǒng)的控制策略優(yōu)化研究.pdf

1、能源危機(jī)、環(huán)境污染引起了世界范圍內(nèi)的汽車動(dòng)力系統(tǒng)革命。為保護(hù)自然環(huán)境、節(jié)約不可再生能源、改善能源使用結(jié)構(gòu),研發(fā)新能源動(dòng)力汽車勢(shì)在必行。在純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車研究高潮的推動(dòng)下,全球汽車行業(yè)正邁向“節(jié)能、減排”的時(shí)代。鑒于目前車載動(dòng)力儲(chǔ)能裝置的發(fā)展現(xiàn)狀,純電動(dòng)汽車的實(shí)用化還有很長(zhǎng)的路要走,今后混合動(dòng)力將成為替代純?nèi)加蛣?dòng)力的重要方式之一,無論哪種方案勝出,車載電源都不可或缺,無論是HEV還是EV都需要一個(gè)先進(jìn)的、結(jié)構(gòu)緊湊的、高能量密度的電

2、能存儲(chǔ)系統(tǒng)來提供高能量和大功率,而目前蓄電池和超級(jí)電容的特性都無法在經(jīng)濟(jì)性的條件下單獨(dú)滿足這種要求;考慮將高比功率的超級(jí)電容與大比能量的蓄電池復(fù)合使用,通過合理的組合結(jié)構(gòu)和能量管理策略,來發(fā)揮兩種不同儲(chǔ)能裝置的特性,彌補(bǔ)單一儲(chǔ)能裝置的技術(shù)瓶頸,降低成本,以提高汽車能源系統(tǒng)的性能,這是本文研究的出發(fā)點(diǎn)。
　　本文首先分析了當(dāng)前廣泛使用的動(dòng)力儲(chǔ)能裝置的性能特點(diǎn),基于比能量、功率密度和大電流快速充放電特性,分析比較了其各自的性能優(yōu)勢(shì)和不

3、足,并結(jié)合車載電源的特殊要求和經(jīng)濟(jì)性,選取鋰電池和超級(jí)電容器作為儲(chǔ)能部件;重點(diǎn)分析了鋰電池的放電特性和容量特性以及超級(jí)電容的充放電特性、內(nèi)阻特性。在此基礎(chǔ)上,探討了復(fù)合電源的三種典型結(jié)構(gòu)和復(fù)合電源的特性,選取了超級(jí)電容串DC/DC與鋰電池并聯(lián)的車載電源結(jié)構(gòu);并對(duì)復(fù)合電源系統(tǒng)的四種工作模式做了深入研究,歸納為充電和放電兩種工作狀態(tài)。然后對(duì)復(fù)合電源的功率分配模型做了分析,確定了復(fù)合電源系統(tǒng)的功率分配因子和物理約束條件;以功率分配因子為控制對(duì)

4、象,制定了基于模糊邏輯的復(fù)合電源能量管理策略,由于放電和充電狀態(tài)控制的側(cè)重點(diǎn)不同,設(shè)計(jì)了放電和充電兩種狀態(tài)的模糊邏輯控制器。完成了復(fù)合電源模糊邏輯控制器和復(fù)合電源系統(tǒng)在ADVISOR中的建模與仿真,并對(duì)模糊邏輯控制策略的結(jié)果進(jìn)行了分析。在上述研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合整體優(yōu)化的思想,以功率分配因子的隸屬度函數(shù)參數(shù)為優(yōu)化對(duì)象,建立了以整車燃料消耗率和再生制動(dòng)能量回收率為優(yōu)化指標(biāo)函數(shù)的復(fù)合電源能量管理數(shù)學(xué)模型。然后以復(fù)合電源系統(tǒng)能量管理的整體優(yōu)化目

5、標(biāo)函數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo),以功率分配因子的模糊子集劃分約束、儲(chǔ)能裝置的SOC狀態(tài)、功率和能量限定為約束條件,利用遺傳算法工具箱(GATBS)結(jié)合ADVISOR對(duì)復(fù)合電源的功率分配因子的優(yōu)化模型進(jìn)行了求解,完成了功率分配因子的隸屬度函數(shù)參數(shù)的優(yōu)化。仿真研究表明,與未優(yōu)化的模糊能量管理策略相比,經(jīng)過優(yōu)化的模糊能量管理策略能夠更有效地降低大電流對(duì)鋰電池組的沖擊,提高了制動(dòng)能量回收率和電源效率,同時(shí)降低了混合動(dòng)力汽車的燃油消耗,延長(zhǎng)了鋰電池組的壽命。