插电式混合动力汽车复合电源系统集成优化方法研究

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1、密级博士学位论文插电式混合动力汽车复合电源系统集成优化方法研究张潇华导师姓名(职称)林程教授答辩委员会主席高峰教授申请学科门类工学论文答辩时间2015年6月11日申请学位专业车辆工程2015年6月11日插电式混合动力汽车复合电源系统集成优化方法研究张潇华2015年6月中图分类号：U469.72UDC分类号：629.3插电式混合动力汽车复合电源系统集成优化方法研究作者姓名张潇华学院名称机械与车辆学院指导教师林程教授答辩委员会主席高峰教授申请学位工学博士学科专业车辆工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年6月ResearchonIntegratedOpti

2、mizationMethodofHybridPowerSystemforPlug-inHybridElectricVehicleCandidateName:XiaohuaZhangSchoolorDepartment:SchoolofMechanicalEngineeringFacultyMentor:Prof.ChengLinChair,ThesisCommittee:Prof.FengGaoDegreeApplied:DoctorofPhilosophyMajor:VehicleEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTe

3、chnologyTheDateofDefence:June,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学博士学位论文摘要面对能源和环境的严峻挑战，插电式混合动力汽车引起广泛的关注。目前满足纯电动汽车使用的高比能量动力电池组和

4、满足混合动力汽车使用的高比功率动力电池组，均难以独立满足插电式混合动力汽车对动力电池组兼顾功率和能量的双重需求。本论文研究将动力电池组和超级电容组成复合电源使用，获得良好的比功率和比能量特性，延长电源系统的服务寿命。开展的具体研究工作包括：复合电源系统拓扑结构的确定是以提高超级电容峰值助力和能量回收的响应能力以及降低动力电池的大电流冲击和提高循环寿命为目标，系统分析、评价了常用几类复合电源系统构型和有无DC/DC变换器参与的控制模式，明确了动力电池系统和DC/DC变换器串联后再与超级电容系统并联并入母线的复合电源系统拓扑结构，建立了复合电源系统数值仿真模型。搭建

5、了性能测试试验平台，设计了复合电源系统部件的测试程序，建立了完整的动力电池和超级电容实验数据库。在此基础上，建立了动力电池和超级电容的动态仿真模型，应用遗传算法提出了模型的参数优化方法。使用AVL-Cruise软件，搭建了装备有动力电池-超级电容组成的复合电源系统的插电式混合动力客车模型。首次提出了一种复合电源系统状态估计的方法。基于复合电源系统能量特性和功率特性解耦的基础上，提出了模糊优化与扩展卡尔曼滤波算法相融合的动力电池荷电状态估计方法和基于工作电压实时预测超级电容状态估计的方法，实现了复合电源系统状态的高精确在线估计。针对不确定的操作条件、老化状态以及不

6、精确的SOC初值等影响因素下进行实验验证。结果表明，动力电池SOC的最大估计误差限制在2%以内，为复合电源系统能量管理提供精确的决策因素。通过建立复合电源系统优化模型的基础上，提出基于动态规划算法和粒子群优化算法相结合的集成优化方法，应用粒子群优化算法确定复合电源参数、动态规划算法优化不同参数配组下的最优控制率，以复合电源系统能量损失、动力电池充/放电电流倍率的峰值和均值等的最小为优化目标，系统评价确定复合电源系统的最优参数组。基于分析PHEV工作模式的基础上，推导了不同工作模式下的能量分配管理策略。进行了基于工况和基于动力性指标的能量和功率需求分析，并提出基于

7、最优参数匹配的复合电源系统能量管理优化策略。基于中国典型城市循环工况和重型商用车辆I北京理工大学博士学位论文瞬态循环工况确定的复合电源系统的电池组容量、超级电容容量和电压等参数，应用动态规划优化算法确定动力电池和超级电容的最佳工作特性和最优控制率，分析复合电源系统的节能机理并提取最优控制规律，制定能量优化管理策略。与传统逻辑门限策略的对比仿真试验结果表明，基于集成优化方法提取的能量管理策略能够有效降低复合电源系统能耗6.48%。同时，对单一动力电池系统和复合电源系统中动力电池的充放电倍率特性进行了仿真对比与分析。结果表明，单一电池系统中的电流会随着负载功率的需求

8、进行充放电，电流呈现出正