基于热特性分析的双电压hev复合电源优化设计与控制

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1、—————————————————————基于热特性分析的双电压HEV复合电源优化设计与控制—————————————————————OptimizationDesignandControlofDual-voltageHEVCompoundPowerBasedonAnalysisofThermalCharacteristics作者姓名：王伟领域（方向）：车辆工程指导教师：于远彬副教授类别：工程硕士答辩日期：2015年6月7日摘要基于热特性分析的双电压HEV复合电源优化设计与控制当前，能源短缺与环境污染问题日益突出，发展节能与新能源汽车被提上日程，但是

2、高压成组电源成本及安全性等问题阻碍了纯电动汽车的发展。为了以最小成本最大程度地改善整车燃油经济性，同时考虑电池的生热问题对其使用性能的影响，本文将原有的传统轻型车改进为采用双电压复合电源的微混车，以提高整车能量利用率。并且，兼顾电池生热问题，通过结构和控制两方面进行优化，实现复合电源系统集成化设计与控制。本文的主要研究工作总结如下：首先，研究了温度对电池使用性能的影响，并从理论入手分析了锂离子电池生热及传热机理，基于电池充放电实验对其温升特性进行了初步分析，论证了基于热特性分析进行复合电源设计的必要性。其次，研究分析复合电源系统各部件特性，确定了双电

3、压复合电源系统构型及基本参数，利用汽车正向仿真软件AVLCruise搭建了采用复合电源的微混车仿真平台，并利用Matlab/Simulink搭建复合电源控制策略，联合仿真得到了电池包在整个循环过程中的充放电电流随时间的变化曲线，并对整车动力性及燃油经济性进行仿真，结果表明，所制定的控制策略能够很好地实现对复合电源系统电压电流的控制，并且整车燃油经济性有所提高。第三，根据锂离子电池生热传热特性，获取相关热物性参数，定义其边界条件，建立了三维锂离子电池电化学-热耦合模型，利用计算流体力学仿真软件Fluent对电池组进行温度场仿真，为其散热结构设计提供理论

4、依据。对比分析当前电池组的传热介质及散热结构，最终采用并行风冷方式，并设计了三种主要散热结构，并对电池组进行流场对比仿真，最终确定了电池组单体布置形式和散热结构。最后，选择合适的DC/DC转换器电路拓扑和电池电容参数，并对系统各部件控制原理进行了研究分析。在循环工况下仿真得到了电池的温升情况，结合复合电源在整车行驶工况下的生热分析，最终确定了复合电源系统总体布置方案及控制。I本文提出的基于热特性进行复合电源系统设计和控制的方法可以很好地改善其工作条件，延长复合电源使用寿命，提高整车燃油经济性，在一定程度上利于实现较好节能效果。关键词：复合电源，电池热

5、特性，控制策略，温度场仿真，结构优化IIAbstractOptimizationDesignandControlofDual-voltageHEVCompoundPowerBasedonAnalysisofThermalCharacteristicsNowadaysenergyshortageandenvironmentalpollutionproblemshavebecomeincreasinglyprominent,developmentofenergy-savingandnewenergyvehiclesisputontheagenda,but

6、costandsafetyissuesofhigh-voltagepowersupplygrouphinderthedevelopmentofpureelectricvehicles.Inordertominimizecosttoimprovevehiclefueleconomyandtakeintoaccountthebatterythermalprobleminfluenceontheirperformance,thispaperimprovedexistingtraditionallightvehiclesformildhybridvehicl

7、ewithdual-voltagecompoundpowerinordertoimprovevehicleenergyefficiencyandconsiderthebatterythermalproblem,analyzedthebatterythermalcharacteristics,optimizedthestructureandcontroltorealizecompoundpowersystemintegrateddesignandcontrol.Themainworksofthispaperaresummarizedasfollows:

8、Firstly,theeffectsoftemperatureonbatteryperformancewas