复合能量源电动汽车能量管理策略研究

摘要

自2015年《中国制造2025》规划正式发布之后，电动汽车产业成了社会各界广泛关注的焦点。锂电池具有高能量密度方面的优势，作为动力源被广泛应用在电动车中。然而由于其内部能量存储结构的限制，无法满足车辆在频繁加速、制动过程中的混沌和暂态功率输出，且锂电池的充电时间较长，循环寿命有限。复合能量源系统将高功率密度的超级电容与高能量密度的锂电池有机地结合在一起，弥补了单独使用锂电池作为动力源所造成的技术缺陷。 本文的研究对象为由锂电池和超级电容构成的复合能量源系统，首先分析复合能量源系统组成与拓扑结构，提出基于小波变换和模糊控制的能量管理策略，利用动态规划算法获取整个工况循环下系统总能耗最优的全局最优解，根据能耗最优情况下锂电池输出功率分布的规律，对模糊控制过程进一步优化。通过ADVISOR仿真软件和电动汽车硬件测试台架分别对能量管理策略进行验证。主要研究内容如下： （1）复合能量源系统组成与拓扑结构分析。首先分析锂电池和超级电容的工作特性并建立其数学模型，选取合适的系统拓扑结构，在ADVISOR仿真软件中构建复合能量源系统仿真模型。 （2）基于小波变换和模糊控制的能量管理策略研究。提出基于小波变换的功率分流策略，从分解车辆功率需求信号的角度出发，利用小波变换提取功率需求信号中的高频混沌分量并将其分配给超级电容，通过模糊控制器对小波变换的结果进行优化，以此保证系统中能量合理流动。 （3）基于动态规划的二次能量优化分配策略。利用动态规划算法，将超级电容剩余电量作为状态变量，以整个工况循环下锂电池和超级电容的能耗最小为优化目标，获取全局最优解。分析动态规划最优解中锂电池功率输出的分布规律，对模糊控制器的模糊规则进一步优化。 （4）设计仿真及台架实验。利用ADVISOR仿真软件验证上述能量管理策略，选取典型的UDDS和ECE工况数据，验证能量管理策略的有效性；搭建台架测试平台，设计台架测试方案，对论文中的能量管理策略进行台架实验验证。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题研究背景及研究意义

1.2电动汽车的发展概况

1.3复合能量源系统发展现状

1.4电动汽车能量管理策略研究现状

1.5本文主要研究内容

第2章 复合能量源系统组成与拓扑结构分析

2.1锂电池工作特性分析

2.1.1锂电池数学模型

2.1.2锂电池充放电特性分析

2.1.3锂电池开路电压和内阻特性

2.2超级电容工作特性分析

2.2.1超级电容数学模型

2.2.2超级电容充放电特性分析

2.2.3超级电容内阻和容量特性

2.3复合能量源系统拓扑结构分析

2.3.1 DC-DC工作特性分析

2.3.2 系统拓扑结构选择

2.4电动汽车能量管理策略的基本问题

2.4.1电动汽车功率需求分析

2.4.2电动汽车能量管理策略目标

2.4.3复合能量源仿真模型

2.5本章小结

第3章 电动汽车能量管理策略研究与应用

3.1基于小波变换的功率分流策略

3.1.1小波变换的可行性分析

3.1.2小波变换的理论基础

3.1.3基于小波变换的复合能量源功率分流策略

3.2小波模糊控制能量管理策略研究

3.2.1模糊控制器的优势

3.2.2模糊控制器结构设计

3.2.3模糊控制器输入输出语言变量

3.2.4模糊控制器隶属度函数

3.2.5模糊控制器规则制定

3.2.6小波模糊控制仿真实验

3.3基于动态规划的二次能量优化分配策略

3.3.1动态规划简介

3.3.2动态规划问题描述

3.3.3动态规划求解过程

3.3.4基于动态规划算法的模糊控制器二次优化

3.3.5优化规则的提取

3.3.6仿真实验验证

3.4本章小结

第4章 能量管理策略台架实验设计

4.1 台架测试平台搭建

4.1.1台架测试平台构成

4.1.2台架测试方案设计

4.2 上位机监控软件设计

4.2.1上位机监控软件功能设计

4.2.2上位机监控软件程序设计

4.3实验结果分析

4.4本章小结

第5章 全文总结与展望

5.1全文总结

5.2研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间获得与论文相关的科研成果