基于GA的电动汽车HESS能量管理策略研究

发布时间：2020-07-11 21:29

【摘要】：本文针对现有的储能系统无法满足电动汽车行驶过程中大功率以及续航里程的需求,提出一种基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)的混合储能系统(Hybrid Energy Storage System,HESS)能量功率的最优分配策略,该HESS由锂离子电池和超级电容器组成。此能量管理策略对储能系统的不同工作模式进行分类管理,建立能量管理系统输出功率与需求功率误差最小的目标函数。采用遗传算法求解目标函数,获得锂离子电池和超级电容的出力系数,进而优化功率分配,以提高电动汽车储能系统的整体性能。首先分析了目前国内外研究电动汽车HESS能量管理的现状,以及能量管理中存在的难点问题,然后提出改进储能单元的组成结构和控制方法的解决方案。在比较了几种储能系统拓扑结构的基础上,选择了锂离子电池和超级电容分别单独控制再并联的结构。这样的HESS能够较大限度地发挥锂离子电池能量密度高和超级电容器功率密度高的优势。结合双向DC/DC变换器的工作原理及其在HESS的作用,运用软开关技术降低系统的能量传输损耗。分析锂离子电池和超级电容器各自的性能后,分别建立合适的等效电路模型,基于所建立的模型,使用扩展卡尔曼滤波算法和开路电压法估算锂离子电池和超级电容的SOC值;考虑锂离子电池和超级电容器在混合储能系统中的容量比,确定各自的SOC权重系数,加权得到系统整体SOC值。提出了HESS能量管理策略的实现过程。随后,推导出汽车的行驶速度和功率需求的关系表达式,并以各储能单元SOC为参考依据,建立了电动汽车功率需求与HESS各储能单元输出功率之间的目标函数,并用改进后的GA求解这一目标函数,获取各储能单元的出力系数,进而提出一种兼顾功率分配与能量调度的控制策略,优化锂离子电池和超级电容的功率分配。最后在ADVISOR仿真平台上搭建含HESS的电动汽车结构,分别选取美国城市道路循环工况和欧洲城市行驶循环工况对电动汽车进行模拟仿真,并利用粒子群算法作对比仿真。分析仿真结果,以验证基于GA的电动汽车HESS能量管理策略的可行性。再在实验室已有平台上进行模拟实验,以验证本文提出的HESS能量管理策略可以对锂离子电池和超级电容的输出功率进行协调分配,体现其实际应用价值。
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP18;U469.72
【图文】：

波形,谐振电路,半桥,波形

图 2.9 LLC 半桥谐振电路波形谐振电路存在两个谐振频率，这两个频率取决于变谐振过程。如果mL 不参谐振，那么电路的谐振频rf ；当mL 参与谐振过程时，电路的谐振频率可以定12rr rfπL C= 12 ( )mr m rfπL L C=+作频率s mf < f时，LLC 半桥谐振电路的初级电路中通，它的次级电路也无法通过整流二极管完成零电禁止该电路的工作频率低于mf ；当电路的工作频率初级电路的 MOSFET 能够实现零电压开通，只是作在电流连续状态，无法做到零电流关断；当电路，LLC 谐振半桥变换器初级谐振电路的 MOSFET

变化曲线,锂离子电池,中电压,电流变化

特性分析电池 SOC 的准确估算，必须要压、内阻等特性[32]。且对于电电电流、循环次数等情况下，池的等效电路模型之前，有必的充放电特性见的充电方法是先恒流充电后电压电流变化曲线。在充电初渐增大，当锂离子电池的端电时电池的充电电流会逐渐变小如只使用恒流充电，那么电池致锂离子电池燃烧甚至爆炸。

离子电池,内阻,额定容量,循环次数

放电过程中的 OCV。锂离子电池在充放电过程中会产生两个临界电压，充电压记为充电截止电压，放电下限电压记为放电截止电压。如果充电过程离子电池的充电电压高于电池的充电截止电压则称为过充；放电过程中，离子电池的端电压低于设定的放电截止电压则称为过放。过充和过放都会锂离子电池的安全使用。（3）锂离子电池的内阻特性锂离子电池的内阻是指在充放电过程中，其内部存在的阻碍电流流过的作阻的大小决定了锂离子电池在大电流输出时引起电压压降大小，在电动汽动过程中有着决定性影响。额定容量、SOC、充放电循环次数以及温度等响到锂离子电池的内阻，图 3.4 的（a）（b）（c）反映了该关系。

【参考文献】