复合电源纯电动汽车能量管理研究

以动力电池—超级电容复合电源结构的纯电动汽车为研究对象,基于模糊控制理论设计能量管理策略进行功率分配.以某电动汽车为原型,应用Cruise软件搭建复合电源电动汽车整车模型,在Simulink中开发能量管理系统,基于NEDC循环工况进行联合仿真.仿真结果表明,模糊控制分配策略能够很好发挥超级电容"削峰填谷"的作用,优化了双能量源电源系统的工作效率,满足车辆动力性能的同时,明显提升动力电池的荷电状态.基于模糊控制的能量管理策略,对电池寿命提高和车辆行驶里程提升均取得良好控制效果.     

基于ADVISOR的纯电动汽车复合电源系统

以动力电池和超级电容组成的复合电源系统为研究对象,在合理匹配复合电源系统各参数的基础上,建立基于逻辑门限和模糊控制的复合电源系统功率分配策略。利用汽车仿真软件ADVISOR2002并对其二次开发,搭建采用复合电源系统的纯电动汽车模型,结合典型的NEDC道路循环工况分别对此两种功率分配控制策略进行仿真对比分析。结果表明,基于模糊控制策略的复合电源系统可以更好地分配动力电池和超级电容之间的功率,复合电源系统性能明显提升。     

采用NSGA-Ⅱ算法的纯电动汽车复合电源参数匹配及优化

为了解决单一电源驱动电动汽车动力性和经济性不足的缺陷,提出了由锂离子电池和超级电容组成的复合电源,确定了复合电源的拓扑结构,制定了复合电源功率分配控制策略。在简单循环工况下,以整车经济性和动力性为目标,采用NSGA-Ⅱ算法的多目标优化方法,对复合电源参数进行了匹配和优化。搭建了基于d SPACE的在环测试平台,对优化前后复合电源和单一电源的经济性和动力性进行在环测试。实验结果表明,与优化前复合电源相比,优化后复合电源的能量利用率提高了6%;与单一电源相比,优化后复合电源的制动能量回收率提高了3.42%;不同速度区间内,相比单一电源和优化前复合电源,优化后复合电源的动力性提高了3%以上。整车经济性和动力性得到了显著改善和提升,验证了优化方法的合理性和可行性。     

电动汽车复合电源控制策略及其实验研究

对电动汽车复合电源系统原理及其拓扑结构进行了分析和介绍;并依据实验室现有的电动汽车基本的性能指标对复合电源进行参数的匹配,制定了复合电源约束条件;在此基础上,设计了复合电源系统的基于逻辑门限值的控制策略。在Matlab/Simulink环境下对逻辑门限值控制策略进行仿真;并与单动力电池供能仿真做对比。仿真结果表明,在基于逻辑门限值控制策略下的复合电源系统中,超级电容的"削峰填谷"作用得到了有效发挥;且有效地减少了大电流充放电对动力电池的损害。最后在搭建的复合电源电动车试验平台对复合电源的控制策略进行了验证,验证了控制策略的可行性。     

功率分流式混合动力汽车复合电源系统设计

为解决功率分流式混合动力汽车单一蓄电池功率密度小、循环寿命短等问题,引入超级电容-蓄电池复合电源系统,利用AVL-Cruise/Simulink联合仿真平台搭建了功率分流式混合动力汽车的动力系统模型,在基于发动机最优工作曲线的能量管理控制策略中加入了复合电源功率分配策略,该功率分配策略能够缓冲起停发动机、制动工况下的电机工作时的大电流对电池的冲击,使电池尽可能工作在高效率区间来提高车辆的燃油经济性.在此基础上,对蓄电池组和超级电容进行了参数匹配,仿真结果表明蓄电池的放电过程得到了优化,所设计的复合电源系统能够提高车辆的燃油经济性.      

升压型电池-超级电容复合电源的自适应滑模控制

针对升压型电池-超级电容复合电源的输出端超级电容电压不稳定、输入端电池电流波动大等问题,提出了一种自适应滑模控制策略。结合升压变换器的平均状态模型和超级电容特性建立了升压型电池-超级电容复合电源的动态模型。在此基础上,设计自适应观测函数并根据李亚普诺夫函数确定自适应规则。选取合适的滑模面,基于滑模面和自适应规则设计占空比函数。考虑复合电源的工作需求,分别针对恒流和恒压控制设计比例因子。搭建实验台进行测试,实验结果表明:与PI控制策略相比,升压型电池-超级电容复合电源采用自适应滑模控制,能使系统快速达到稳定状态,在恒压控制和恒流控制条件下,系统的调节速度分别提高了88.8%与62.5%;在超级电容电压较低时,采用自适应滑模控制能有效抑制输出电压和电感电流波动,提升系统的安全性和可靠性。     

复合电源电动汽车动力系统建模与仿真

由于蓄电池的功率密度低、能量密度低,以蓄电池作为单一电源的纯电动汽车,动力性和续驶里程因此受到极大的限制.本文将超级电容引入到电动汽车的储能系统中,构建超级电容一蓄电池复合电源系统,利用超级电容高功率密度特性弥补蓄电池的不足.分析了在典型工况下的车辆需求功率对应的电流变化曲线,并根据储能系统的状态划分为单独驱动、共同驱动、预充电和再生制动共四种工作模式,在MATLAB/Simulink环境下建立了纯电动汽车动力系统的仿真模型,包括蓄电池模块、超级电容模块、功率分配模块和驱动模块,根据市区循环工况进行了仿真测试,结果表明采用超级电容一蓄电池储能系统能发挥其高能量密度和高功率密度特性,从而提高车辆的动力性能,使能量利用率提高了近17％.     

复合电源系统电动汽车性能敏感度研究

为研究锂电池与超级电容复合电源系统配置和电动汽车性能的关系,提出了单因素变化敏感度分析方法.建立了基于功率跟随式能量控制策略的锂电池与超级电容复合电源系统仿真模型,研究复合电源系统配置变化对电动汽车性能的影响.仿真结果表明:锂电池串联数量对电动汽车性能影响很小,敏感度在-0.041~0.099之间;超级电容串、并联数量对电动汽车最高车速影响较大,敏感度在0.180~0.277之间;超级电容串联数量对电动汽车加速性能影响最大,敏感度在-0.862~-0.650之间;超级电容并联数量对加速性能影响较大,敏感度在-0.289~-0.154之间;复合电源系统配置对能耗影响很小,敏感度在-0.041~0.057之间.实验测试结果验证了结论的有效性,可为改善电动汽车性能提供设计依据.     

纯电动客车超级电容储能系统研究与计算界面设计

为使纯电动客车超级电容储能系统尽可能多地储存制动过程中回收的能量,基于能量约束法提出了满足整车性能和储能要求的超级电容储能系统单体电池连接方法,并通过Matlab/GUI开发了超级电容储能系统设计界面.实车测试表明,利用此方法得到的单体电池连接方式可满足目标要求.     

双参数组合优化的复合电源模式切换控制策略

针对电动汽车多模式复合电源系统的工作模式频繁切换、系统参数优化不易实现的问题,结合超级电容荷电状态、需求功率以及部件效率,提出一种基于平均功率和滞环控制的双参数组合优化切换控制策略。通过实时平均功率跟踪和滞环控制来避免工作模式频繁切换,提高系统稳定性;通过建立双参数组合优化的模拟退火目标函数来优化系统工作效率。对所搭建的复合电源系统仿真模型与实车测试进行比较验证,结果表明:采用双参数组合优化切换控制策略能降低复合电源工作模式切换频率和电池输出频率,有效保证了系统的稳定性和电池安全,从而提高系统效率和延长电池使用寿命;与基线控制策略相比,实车测试时复合电源系统工作效率提高了1.8%。该结果可为电动汽车复合电源系统研究提供参考。     

锂电池-超级电容混合系统能量管理与仿真

为了解决储能蓄电池作为动力源应用电动汽车的单一化等不足,在对锂电池与超级电容的外部工作特性及其储能机理理论研究基础上,提出锂电池-超级电容混合电动汽车能量系统。首先基于超级电容内部化学反应与外部工作特性,提出等效电路模型,并建立了其时域状态空间模型。接下来制定脉冲电流实验方案采集电压实验数据,辨识得到准确的超级电容模型,并通过模型仿真曲线与实验曲线的对比来验证模型的准确性。然后结合电动起实际工况及电池和超级电容储能机理,提出超级电容-电池电动汽车能量管理策略,最后基于超级电容模型和电池模型,在matlab/simulink仿真实验平台搭建起超级电容-电池混合电动汽车能量仿真模型,仿真结果验证管理策略的可行性和准确性。     

复合电源蓄能修井机能量管理策略

针对网电修井机在使用时由于井场供电限制导致的变压器过载、井场短时停电以及下放作业能量浪费等问题,提出了以复合电源作为电动修井机的蓄能器,对修井机的输出功率进行补偿,并针对修井作业工况的特殊性,设计了一种基于局部优化的逻辑门限控制策略。利用MATLAB/Simulink建立主要部件仿真模型并对典型工况进行仿真。仿真结果表明,所设计控制策略能够对各动力源的能量进行合理分配,超级电容的高利用率能够更加充分地发挥其优势,降低蓄电池能量流通与功率输出幅值,延长了蓄电池使用寿命。     

基于锂离子超级电容器的燃料电池混合动力系统能量管理研究

针对目前较为成熟的氢燃料电池汽车动力系统构型和能量管理中存在的不足,提出一种基于锂离子超级电容器和氢燃料电池的模糊控制策略的燃料电池汽车能量管理方法。改进的能量管理方法在传统蓄电池作为辅助电源基础上,运用了锂离子超级电容器,其拥有更大的功率密度和出色的能量密度,可以更好地满足汽车动力性需求。同时将传统功率跟随控制策略进行修改,采用模糊控制策略对新动力系统进行控制,在满足整车动力性的同时有效地提高了燃料经济性,且SOC和燃料电池负载变化情况都有明显改善。     

超级电容直流电源的研究

针对目前小型电器电源充电缓慢的问题,提出了将超级电容直接作为小型电器的直流电源,以实现大电流快速充电和稳定放电的良好性能。在未来作为便携式电器设备的直流电源,具有很好的发展前景。通过对超级电容的结构原理进行分析,验证了其作为电源的可行性。对Boost电路进行了理论分析,选用Boost电路作为超级电容供电电路中DC/DC控制部分的拓扑结构,选用PID控制器对主电路进行了控制。最后,在Matlab/Simulink环境下搭建了仿真模型并与实际测试电路的试验数据进行了对比,验证了控制策略的可行性和高效性。     

纯电动汽车上下电及电池管理系统故障控制策略

为有效执行整车能量控制策略,实现动力电池系统的优化管理并保障其安全性,文中根据纯电动汽车动力系统结构特点设计了一种电池管理系统,分析了整车高压上、下电过程中各控制节点的响应原则,提出了整车正常上、下电及紧急下电的控制策略,定义了电池管理系统的故障等级,并设计故障阈值表以实现故障情况控制策略;采用Stateflow/Simulink对整车上、下电及电池管理系统故障进行控制逻辑建模与仿真分析,并在实车静态及新欧洲标准行驶循环(NEDC)工况下进行验证.仿真和试验结果表明,绝缘上电及HVIL故障下电的处理符合控制逻辑,绝缘故障下电处理保证了高压安全,上、下电控制逻辑更加有利于整车能量控制.     

基于改进工作模式的复合电源能量管理研究

针对峰值电流影响蓄电池寿命问题,利用超级电容比功率高,不受大电流充放电影响等优势,与蓄电池组合成复合电源,通过在传统复合电源的工作模式中增加超级电容器组单独工作的改进工作模式,制定逻辑门限控制策略来解决这一问题,并在高级车辆仿真软件ADVISOR中进行仿真验证。结果证明该方法使流过蓄电池的电流幅值降低了36.6%,有效的延长蓄电池的循环使用寿命。     

电动汽车的多模式复合电源能量管理自适应优化

为提高电动汽车的多模式复合电源系统效率,提出一种能量管理自适应优化方法。对多模式复合电源工作模式进行分析,设计超级电容自适应参考电压。建立复合电源系统效率优化目标函数,并结合电池荷电状态和超级电容电压设计电池输出功率补偿规则和能量管理自适应优化方法。搭建多模式复合电源系统仿真模型和测试平台进行测试。测试结果表明:在UDDS和NEDC路况下,与滞环控制相比,采用能量管理自适应优化的多模式复合电源系统效率分别提高1.13%和1.02%。采用能量管理自适应优化的多模式复合电源不仅能自适应选择工作模式和完成电池输出功率补偿,而且避免了电池输出功率突然增大,保证了电池安全。     

超级电容在电动车中的应用研究

介绍了超级电容的机理与特点,概述了国内外超级电容在电动车中的应用研究现状,通过分析比较超级电容在电动车中应用的拓扑结构及控制策略,设计了一种新型的超级电容-蓄电池复合电源电动车控制系统（包括一个双向DC／DC变换器和一个三相全桥逆变器）．实验结果表明,该复合电源电动车能兼顾蓄电池和超级电容的优点,可以更好地满足电动车启动和加速性能的要求,并能提高电动车制动能量回收的效率,增加续驶里程．以超级电容为惟一能源的电动车可以作为固定线路车使用,但配套设施还需要完善,所以发展趋势并不乐观．     

一种混联式液压混合动力系统及控制策略

混合动力系统的拓扑结构和控制策略决定了整车的性能.文中提出了一种适合城市公交工况的基于地面扭矩耦合方式的混联式液压混合动力系统,以及以满足车辆瞬时动力需求为基础、以全局经济性最优为目标的整车能量管理策略;借鉴研究混杂系统的方法和思路,采用了分层递阶控制以简化系统的结构;基于Matlab/Simulink/Statflow联合仿真技术,建立整车前向模型,并选择ECE城市循环工况对整车的经济性和动力性进行分析.结果表明,文中所提出的液压混合动力系统及控制策略可明显改善发动机的输出特性,有效地提高整车的燃油经济性和瞬时动力性.     

串联电传动履带推土机功率跟随控制策略研究

分析了发动机与发电机组及超级电容工作特性,建立了串联式电传动履带推土机发动机-发电机组和超级电容的数学模型,提出了一种基于最佳燃油消耗曲线的功率跟随控制策略. 通过发动机及发电机的台架试验数据建立系统各部件的仿真模型,对提出的控制策略进行仿真验证,并分析了燃油经济性. 结果表明,在设定的推土机作业工况下,与传统机械结构的原型机相比,采用最佳燃油消耗曲线的功率跟随控制策略节油率达22.3%.