基于粒子群算法的电动汽车混合储能系统能量管理策略研究

发布时间：2017-09-14 15:03

  本文关键词：基于粒子群算法的电动汽车混合储能系统能量管理策略研究

  更多相关文章： 混合储能系统 粒子群算法 能量分层管理策略 SOC估算

【摘要】：电动汽车因其节能环保越来越受到人们的青睐。传统的电动汽车以单一的蓄电池或超级电容器作为储能器件,很难同时满足电动汽车不同工况下的能量和功率需求。本文设计了一种由锂离子电池和超级电容器组成的混合储能系统,提出一种能量分层管理策略,使汽车行驶所需求的功率在各储能单元之间协调分配,提高了电动汽车储能的整体性能。主要做了以下几个方面的工作:第一,概述了本文的研究背景,分析目前国内外研究电动汽车混合储能系统能量管理的现状和电动汽车能量管理中存在的难点问题,提出本文要解决的问题。第二,比较了几种常见的储能系统的拓扑结构,通过对比分析,选择了“锂离子电池通过双向DC/DC变换器与超级电容器并联”的结构,该结构可以充分发挥超级电容器的性能优势,还分析了双向DC/DC变换器的工作原理和在混合储能系统中的作用,并研究了降低双向DC/DC变换器能量传递损耗的措施。第三,准确估算各储能系统荷电状态(State of Charge,SOC)是进行能量分层管理的前提。首先分别分析了锂离子电池和超级电容器的工作原理、充放电特性以及内阻特性,并根据锂离子电池和超级电容器的特性建立了合适的等效模型,在此基础上分别用无迹卡尔曼滤波法估算锂离子电池SOC和用开路电压法估算超级电容器的SOC。最后还研究了一种计算混合储能系统总体SOC的方法。第四,首先概述了储能系统拓扑结构、各储能单元SOC与能量分层管理之间得关系,建立了汽车的行驶速度和功率需求的曲线方程,在准确估算各储能单元的SOC基础上,构建汽车功率需求与储能系统SOC之间的目标函数,并用粒子群算法求解这一目标函数,获取各储能单元的出力系数,进而提出一种分层管理策略,即能量管理层和功率管理层,在满足汽车功率需求的前提下实现需求功率在锂离子电池和超级电容器之间协调分配。最后在Matlab的ADVISOR仿真平台上分别选取美国城市道路循环工况(Urban Dynamometer Driving Schedule,UDDS)和欧洲城市行驶循环工况(European Urban Driving Schedule,EUDS)对电动汽车进行模拟仿真。通过比较分析混合储能系统中的锂离子电池和单一锂离子电池的电流,间接反映出功率分配情况。结果表明本文提出的能量分层管理管理策略可以对混合储能系统的功率进行协调分配,具有一定的理论意义和实际应用价值。
【关键词】：混合储能系统 粒子群算法 能量分层管理策略 SOC估算
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 引言8-15
• 1.1 研究的背景及意义8-10
• 1.2 国内外在电动汽车能量管理上的研究现状10-13
• 1.2.1 国内的研究现状10-11
• 1.2.2 国外的研究现状11-13
• 1.3 电动汽车储能系统能量管理研究中的难点问题13-14
• 1.4 本文的主要研究内容14-15
• 第2章 电动汽车混合储能系统拓扑结构15-22
• 2.1 几种常用的混合储能系统拓扑结构15-17
• 2.2 双向DC/DC变换器原理17-18
• 2.3 降低双向DC/DC变换器能量传递损耗措施18-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第3章 混合储能系统各储能单元SOC估算22-38
• 3.1 锂离子电池的SOC估算22-31
• 3.1.1 锂离子电池特性分析22-25
• 3.1.2 建立锂离子电池模型25-27
• 3.1.3 模型参数辨识27-28
• 3.1.4 利用无迹卡尔曼算法估算锂离子电池SOC28-31
• 3.2 超级电容器的SOC估算31-36
• 3.2.1 超级电容器特性分析31-34
• 3.2.2 超级电容器模型的建立34-35
• 3.2.3 建立开路电压与超级电容器SOC的函数关系35-36
• 3.3 混合储能系统总体SOC估算36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 混合储能系统能量分层管理策略38-52
• 4.1 拓扑结构、SOC与分层管理策略之间的关系38
• 4.2 建立汽车行驶速度与功率需求的曲线方程38-39
• 4.3 构建满足能量和功率需求的目标函数39-40
• 4.4 用粒子群算法求解目标函数40-46
• 4.4.1 粒子群算法简介41-42
• 4.4.2 粒子群算法参数42-43
• 4.4.3 目标函数的求解43-46
• 4.5 能量分层管理策略46-50
• 4.5.1 能量层管理策略48
• 4.5.2 功率层管理策略48-50
• 4.6 本章小结50-52
• 第5章 仿真实验及结果分析52-57
• 5.1 参数设定52-53
• 5.2 仿真结果及分析53-56
• 5.2.1 在UDDS循环工况周期下仿真结果53-54
• 5.2.2 在EUDS循环工况周期下仿真结果54-56
• 5.3 本章小结56-57
• 第6章 全文总结与工作展望57-59
• 6.1 全文总结57-58
• 6.2 工作展望58-59
• 参考文献59-62
• 致谢62-63
• 附录63

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本文编号：850674