电动汽车服务网络环境下的能量管理系统的研究

摘要

随着全球能源和环境问题等压力的日益加大，电动汽车凭借其零排放、节能环保、高度智能化、低噪音和能源来源多样化等优点，逐渐成为了汽车产业领域未来发展的重点方向。在电动汽车领域，由于电能是电动汽车的主要能量来源，因此电动汽车服务网络环境下的能量管理系统现在已经成为了这个领域研究的热点。电动汽车服务网络环境下的能量管理系统包含电池管理系统和服务网络管理中心，电池管理系统主要实现对SOC的估算，服务网络管理中心则通过SOC及电动汽车的空间位置信息实现对电动汽车充换电的空间有序调度。电池管理系统是一种实时监测电池工作状态、保证电池安全可靠工作的工具，其对SOC的准确估算对提高电池的使用效率、延长电池的循环寿命以及实现电动汽车安全经济地运行具有重要意义。电动汽车充换电的有序调度有利于充电负荷的优化分配以及充换电设施合理布局的实现，对提高充换电设施的利用率、降低充电负荷对电网的不利影响、提高电网运行效率具有重要意义。 本文系统分析了电动汽车服务网络环境下能量管理系统的整体架构，对电池管理系统进行了设计，提出了基于修正的安时计量法的SOC估算方法和多目标充换电空间有序调度策略，对电动汽车大规模应用提供了有效的解决方案。 电池的工作过程由于受到了温度、充放电效率、电池老化等因素的影响，呈现出高度的非线性，为电池SOC的估算带来了巨大的困难，增大了SOC的估算误差。针对这些问题，以锂离子电池作为研究对象，在详细分析了SOC的估计方法的基础上，提出了一种修正的安时计量法，对电池的老化因素、充放电效率和温度因子进行了补偿，来提高电池SOC的估算精度。仿真结果表明与传统的安时计量法相比，修正的安时计量法提高了电池SOC估算精度，降低了估算误差。 由于电动汽车充换电位置的随机性，电动汽车用户无序充换电不仅会增加充换电成本，也会对电网的能量管理和运行调度造成不利影响。为了降低无序充换电对电网的不利影响，提出了电动汽车有序充换电空间的调度策略，在电动汽车充电负荷灵活可调的基础上，对电动汽车充换电进行有序调度。建立了以充换电设施的利用率最高、以充电负荷按需分配、以电动汽车用户充换电成本最低、以电动汽车充换电行驶路程和消耗时间最短的目标函数，提出了电动汽车的分配约束、充换电路程约束、充换电站剩余电量约束以及电池充换电安全约束条件。采用粒子群算法进行目标函数的求解，针对约束条件处理问题，提出了双适应度值法的约束问题处理方法。仿真结果表明，电动汽车有序充换电空间调度方法能够在满足电动汽车用户需求和充换电站经济运行的基础上，实现对电动汽车充换电位置的优化分配，验证了方法的有效性。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景及意义

1．2电动汽车服务网络境下的能量管理系统研究现状

1．2．1国内外电池管理系统的研究

1．2．2电动汽车有序充换电空间调度的研究现状

1．3服务网络环境下的能量管理系统的整体框架

1．4论文的主要内容和结构安排

第2章电动汽车服务网络环境下的能量管理系统基本理论与方法

2．1电动汽车服务网络环境下能量管理系统主要功能

2．1．1电池管理系统的主要功能

2．1．2服务网络的主要功能

2．2锂离子电池基本工作原理

2．3锂离子电池的主要性能参数

2．4动力电池的充放电特性

2．4．1电池充电特性

2．4．2电池放电特性

2．5电池剩余电量及SOC估算方法

2．5．1电池剩余电量

2．5．2常用SOC估算方法

2．5．3现有SOC估算方法性能分析

2．6本章小结

第3章服务网络环境下电动汽车电池管理系统设计

3．1电池管理系统分析

3．2电池管理系统总体架构

3．3主控模块

3．3．1电源模块

3．3．2复位模块

3．3．3系统时钟模块

3．3．4 Jtag模块

3．4通信模块

3．5数据采集模块

3．5．1电压采集模块

3．5．2电流采集模块

3．5．3温度采集模块

3．6本章小结

第4章基于修正的安时计量法的SOC估算方法研究

4．1影响SOC估算的主要因素

4．2修正的安时计量法的SOC估算

4．2．1修正型安时计量法模型

4．2．2算法流程图

4．3仿真实验与结果分析

4．4本章小结

第5章服务网络环境下的电动汽车充换电空间有序调度策略

5．1电动汽车充换电空间有序调度策略整体框架

5．2电动汽车空间特性分析

5．2．1电动汽车用户侧分析

5．2．2充换电站侧分析

5．2．3电动汽车充换电的假设

5．3电动汽车充换电站有序充电空间调度模型

5．3．1目标函数

5．3．2约束条件

5．3．3空间调度策略分析与求解

5．4仿真实验与结果分析

5．4．1算例设计与结果分析

5．5本章小结

第6章结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文情况