考虑锂电池功耗的复合电源电动汽车能量管理策略研究

发布时间：2020-08-06 11:29

【摘要】：传统燃油汽车的尾气排放是大气主要污染源之一,纯电动汽车属于零排放清洁型汽车,因此发展纯电动汽车是解决机动车尾气污染问题的根本途径。动力电池是纯电动汽车的主要储能部件,但受限于其当前的技术水平,电动汽车的动力性能和续驶里程等性能指标尚不十分理想。而超级电容具有功率密度高、充放电速度快及循环寿命长等优势,将其与动力电池并联组合构成复合电源,可以优势互补以解决电动汽车的部分现存问题。在此基础上设计高效优化的能量管理策略,复合电源高效工作既满足车辆动力需求,同时降低锂电池工作负担及功率损耗,保障电动汽车的高效运行。首先,设计特性实验探究锂电池和超级电容的电压特性、容量特性、老化特性及自放电特性等,并根据实验数据分别建立RC等效电路模型;本文以复合电源电动汽车为研究对象,结合车辆性能指标与功率需求配置电机、储能系统等参数,建立基于复合电源的电动汽车模型。本文设计了考虑锂电池SOC、电池端电压及超级电容SOC等多因素的基于双模糊器的优化能量管理策略,并通过仿真实验分析该控制策略的可行性。模糊能量管理策略控制思路简单,实用性及可移植性好,因此被广泛使用。由于模糊控制规则依赖于工程经验的局限性,为了进一步优化能量管理,本文以降低动力电池的功率损耗和峰值功率为优化目标,设计了考虑电池功率损耗的二次型优化算法和基于庞特里亚金极小值定理的能量管理策略,并分别通过工况仿真实验验证了控制算法的有效性。在上述两种控制策略的基础上,基于庞特里亚金极小值理论的控制策略进一步考虑了超级电容的能量状态SOE,在线调整协态变量λ实时优化能量管理。在MTALAB/ADVISOR中建立基于复合电源的电动汽车整车模型,将不同控制策略下的优化结果进行对比分析,结果表明基于庞特里亚金极小值的控制策略可以有效降低动力锂电池工作的峰值功率、减少能量损耗及温升,保障电池的安全高效工作,对延长电池循环寿命有重要意义。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.72
【图文】：

复合电源,电动汽车,车型

逦（ｂ）上海瑞华复合电源客车逡逑图２复合电源电动汽车部分车型逡逑国内外对复合电源的研究为时已久而且从未间断，图２为目前在售的复合电逡逑源电动汽车的部分车型。马自达、Ｈａｔ汽车［ｎ］开发出搭载铅酸电池和超级电容为逡逑复合储能系统的电动汽车，并验证了其综合性能优于单储能系统的电动汽车。国逡逑内研究机构与各大车企也十分关注复合电源电动汽车的发展：其中吉林大学等在逡逑复合电源技术理论研究成果突出；海马汽车设计的搭载复合电源（超级电容组和逡逑４逡逑

超级电容,工作原理图

逦邋Ｉ邋正极邋ｕｍ邋负极逡逑？邋ＦｅＰＣＵ邋？邋锂离子石塑层逡逑图２－１锂电池工作原理图逡逑超级电容主要由活性炭多孔电极和电解液组成，依靠双电层和氧化还原过程逡逑储存电能，如图２－２所示。超级电容充放电过程不涉及化学变化且没有记忆效应，逡逑因此超级电容可以输出瞬时大功率以满足整车所需的峰值功率需求，也可快速吸逡逑收制动过程中的回收能量，而且超级电容可以实现快速充放电且深度充放电循环逡逑使用可达到几十万次［３４］。逡逑１＋邋￣１逡逑？１？＂逦＂＂＂？［ｅ逡逑田９逦？ｅ逡逑？ｅ逦？０逡逑极化电极逦由逦极化电极逡逑——逦？９邋吧邋？ｅ邋逦逡逑？ｅ邋解邋ｅｅ逡逑？９逦ａｅ逡逑？邋９逦；？逦？邋ｅ逡逑？０逦？邋０逡逑？９逦ｅ邋ｅ逡逑？邋０逦？邋？逡逑？９逦？邋ｅ逡逑？９逦？邋ｅ逡逑逦？Ｊ？逦ａｌｅ逡逑电解液界面逡逑图２－２超级电容工作原理图逡逑２．２锂电池与超级电容的特性测试及分析逡逑２．２．１测试平台逡逑本文选用磷酸铁锂电池和超级电容作为测试对象，依托实验室现有实验平台逡逑进行特性测试。图２－３为单体实验平台由左至右分别为上位机监控、拜特逡逑ＢＴＳ５１０Ｃ８设备、巨孚温控箱组成；图２－４为电池组测试平台由左至右分别为巨逡逑孚温控箱、美凯麟充放电设备、上位机监控组成。逡逑上位机监控安装Ｆｏｒｍａｌ邋Ｃｏｎｔｒｏｌ软件与充放电设备进行通讯

实验测试,单体,平台,充放电

山东大学硕士学位论文逡逑序控制充放电设备对测试对象进行充放电。拜特ＮＢＴ５Ｖ１单体恒流充放电等多种充放电工作模式，测试电压范围可以采集并记录电压、电流、温度、累计容量等数据，麟ＭＣＴ８－１００－０５可以实现电池组的多模式充放电，并等数据，测试精度为±０．１％。巨孚温控箱可以实现调控温设定不同温度值并将锂电池或超级电容等测试对象放置温度稳定后再进行不同温度下的外特性测试。逡逑

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