純電動大客車復(fù)合電源系統(tǒng)能量管理關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、本論文將針對純電動大客車只使用單一能源所帶來起步慢、電池能量損耗大、電池壽命短、制動能量回收不充分的問題，將動力電池和超級電容器有機結(jié)合，組成復(fù)合電源加以解決。主要研究內(nèi)容有:
　　 (1)復(fù)合電源性能分析、建模及參數(shù)辨識
　　 動力電池性能分析、SOC估算、建模及參數(shù)辨識。動力電池性能測試包括模塊電池和模塊電池組性能測試，含常溫放電性能、低溫放電性能、高溫放電性能、和常溫放電倍率放電性能測試。通過測試，得到模塊電池和模

2、塊電池組的放電容量與溫度、放電倍率之間的關(guān)系。基于PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估算電池的SOC，建立模塊電池模型。通過模塊電池性能試驗對電池模型進行參數(shù)辨識。
　　 超級電容器性能分析、建模及參數(shù)辨識。分析了超級電容器性能，建立一種改進型的超級電容動態(tài)等效電路模型。分別在不同的放電電流下，進行測試記錄了放電時間和電壓數(shù)據(jù)后，計算超級電容器模型中理想電容值和等效串聯(lián)電阻值，實現(xiàn)超級電容器參數(shù)辨識。
　　 (2)復(fù)合電源功率能量比參數(shù)匹配

3、設(shè)計與優(yōu)化
　　 為了更好地匹配由動力電池和超級電容器組成的復(fù)合電源參數(shù)，提出一種基于功率能量比參數(shù)匹配方法。根據(jù)復(fù)合電源中電池的能量要求和4種典型工況中對超級電容器的功率和能量要求，得到3條約束方程式。建立優(yōu)化目標函數(shù)，優(yōu)化設(shè)計方案，使復(fù)合電源的功率能量比達到車輛性能要求。
　　 (3)復(fù)合電源能量均衡管理
　　 非耗散性電池組或超級電容器組能量均衡是將高能模塊電池或超級電容器的能量轉(zhuǎn)移到中間儲能體上，再將轉(zhuǎn)移

4、的能量轉(zhuǎn)移到低能模塊電池上，這種方式可以最大限度地減少能量的損耗。本課題設(shè)計出的電池組和超級電容器組能量均衡電路，通過控制電路控制開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，將高能量電池或超級電容器上的能量存儲在電感或電容上，再通過控制電路將電感或電容上能量轉(zhuǎn)移到低能量的電池或超級電容器上。設(shè)計的電路能夠?qū)崿F(xiàn)任意2組電池或超級電容器進行能量均衡，均衡效率高，能量損耗低。
　　 (4)復(fù)合電源能量控制策略設(shè)計
　　 根據(jù)車輛需求功率和復(fù)合電源當前

5、的容量狀態(tài)，設(shè)計出合理、科學(xué)的復(fù)合電源功率分配控制策略。分別考慮模糊控制和NSGA-Ⅱ控制算法建立相應(yīng)的控制策略，仿真得到2種控制方案的結(jié)果。比較2種控制策略的結(jié)果，得出采用NSGA-Ⅱ算法控制復(fù)合電源能量流動效果更好，但其控制算法復(fù)雜，工程應(yīng)用困難，而模糊控制在工程應(yīng)用上較易實現(xiàn)的結(jié)論。
　　 (5)臺架與整車試驗
　　 在復(fù)合電源臺架上進行復(fù)合電源充放電試驗、充放電均衡測試和簡單工況模擬試驗。通過整車進行車輛加速性能

6、、最高車速和制動能量回收試驗。數(shù)據(jù)表明車輛在動力性能和續(xù)駛里程方面都能達到設(shè)計要求，驗證了復(fù)合電源參數(shù)匹配方法正確，能量控制策略有效。
　　 本論文的創(chuàng)新之處在于:
　　 (1)電池是高度非線性系統(tǒng)，目前沒有能在所有工作范圍內(nèi)都能描述電池特性的數(shù)學(xué)模型?；赑ID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估算磷酸鐵鋰電池的SOC值，設(shè)定電池的電壓、放電電流、電池累積放電容量和電池電極溫度4個變量為模型輸入量，電池剩余容量為模型輸出量，建立動力電池SOC的

7、PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。
　　 (2)提出一種基于典型工況下，考慮動力電池組能量、超級電容器組功率和超級電容器能量的復(fù)合電源系統(tǒng)功率能量比參數(shù)匹配方法。
　　 (3)通過控制電路控制開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，將高能量電池或超級電容器上的能量存儲在中間儲能體上，再通過控制電路將中間儲能體上能量轉(zhuǎn)移到低能量的電池或超電容器上。設(shè)計的電路能夠?qū)崿F(xiàn)任意2組電池或超級電容器進行能量均衡，均衡效果好。
　　 (4)提出2種復(fù)合電源能量