车用复合电源参数与能量管理策略优化方法

文章提出一种车用复合电源参数与能量管理策略的联合优化方法。根据整车性能指标进行复合电源的基本参数匹配,以确定参数优化区间。以电池全寿命行驶里程和百公里耗电量为优化指标,采用带受控精英策略的多目标优化遗传算法(NSGA-II)对复合电源参数及能量管理策略进行优化,获得相应Pareto解集。通过线性加权法建立优选函数,对Pareto解进行优选,优选结果可使电池全寿命行驶里程提高35.0%,百公里能耗降低14.0%。     

基于交通信息的复合电源系统控制策略优化

为考虑未来行驶车速和道路坡度对整车需求功率的影响,本文中基于交通信息融合对现有复合电源能量管理策略进行优化。首先采用MATLAB/Simulink搭建复合电源仿真模型,而基于交通拥堵情况和行驶车速类型提出了未来短时间车速变化趋势判定方法;接着结合道路坡度和车速变化趋势,设计了可基于交通信息自动修正超级电容输出功率的模糊控制器。最后,在能获取交通信息的前提下,采用该模糊控制器,对基于自适应小波变换-模糊控制的能量管理策略进行优化。结果表明,基于交通信息优化后的控制策略可进一步发挥复合电源的优势,使复合电源的能量消耗减少约2.3%,电池循环寿命提高约2.96%。     

插电式混合动力公交车电池配置和能量管理策略协同优化的研究

本文针对一款插电式混合动力城市客车,以电池购置成本和使用过程中的能耗成本两者构成的综合成本最小化为目标,进行电池电量选择和能量管理策略的协同优化。首先,设计了双环优化流程,外环为不同电量电池组的选择,内环则施行选定电池组下基于庞特里亚金极小值原理(PMP)的能量管理策略。基于中国典型城市客车运行循环进行仿真分析。结果表明,以综合成本最小化为目标的PHEB的最优电池组配置受行驶里程需求、电池单价等多种因素的影响。最后,基于一组选定的电池组,分别应用PMP、动态规划、电量消耗-电量维持策略和等效能耗最小化策略进行能量管理的对比仿真,得到了4种策略的能耗特征。     

考虑电池热管理的复合电源电动汽车功率分配控制策略

为提升高温环境下电源系统的综合效率,通过分析电动汽车热管理和能耗模型,提出一种考虑电池热管理的复合电源电动汽车功率分配控制策略,并在CATC、NEDC工况下分别与单一电源电动汽车和采用常规策略的复合电源电动汽车进行对比仿真。结果表明,相对于单一电源,采用复合电源方案的电动汽车电源系统能量回馈提升3.6%以上,综合能耗降低3.3%以上,电池最终温度下降3.51℃以上;相对于采用常规策略的复合电源电动汽车,考虑电池热管理的复合电源功率分配控制策略提升超级电容参与度,使复合电源系统能量回馈提升1.8%左右,综合能耗降低1.2%左右,电池最终温度降低1.25℃左右,从而验证了该策略的有效性。     

基于马尔科夫链的并联PHEB预测型能量管理策略研究

为使能量管理策略更好地面向实时应用,本文中针对一款装有自动机械式变速器(AMT)的并联插电式混合动力客车(PHEB),展开预测型控制策略的研究,以实现挡位选择和功率分配的协同优化。首先,基于马尔科夫链模型,计算转矩状态转移概率,得到不同预测时域长度的预测车速;在此基础上,进行滚动时域内的功率分配和挡位选择协同优化。其中,在滚动时域内的优化选择含电池SOC和挡位两个状态变量的二维动态规划(DP)算法。分析了不同预测时域长度对预测结果的影响,并对动态规划、基于规则的能量管理策略和预测型策略进行对比。结果表明:与基于DP的能量管理策略相比,本文中提出的预测型策略的能耗增加了17.3%,但与基于规则的能量管理策略比较,预测型策略的能耗降低了29.7%。     

两挡变速器换挡过程最优控制的伪谱法求解

随着新能源汽车的发展,采用多挡位变速器在保证车辆动力性的前提下,可以提高电机效率。为了减小换挡冲击,提升乘坐舒适性,需要对驱动电机和换挡电机进行协调控制。本文中以两挡变速器为研究对象,提出了一种基于Radau伪谱法的变速器换挡策略,选取冲击度和滑摩功作为两挡变速器换挡品质的评价函数,利用插值多项式对换挡过程中系统的状态变量和控制变量进行逼近,由插值多项式的导数值近似代替动力学方程中状态变量的微分值,将换挡过程的最优控制问题转换为非线性规划问题,并利用现有的非线性规划问题求解器进行求解。采用MATLAB软件对两挡变速器的换挡问题进行伪谱法求解,得到了两挡变速器换挡过程的最优控制轨迹,验证了伪谱法的有效性和优异性。     

基于余热利用的燃料电池汽车能量管理策略*

针对锂离子电容器高能量密度和高功率密度的特点,提出一种燃料电池-锂离子电容器新型动力系统构型,设计了基于庞特里亚金极小值原理(PMP)的能量管理策略。考虑锂离子电容器荷电状态(SOC)、燃料电池功率变化率和燃料电池余热利用对各能量源输出性能的影响,建立相应的能量管理策略,并综合分析了不同策略对整车经济性的影响。仿真结果表明:限制SOC和功率变化可在一定程度上提升燃料电池和锂离子电容器的耐久性;考虑燃料电池余热的能量管理策略可以有效降低氢气消耗量,改善整车的经济性。     

基于工况的纯电动大型客车复合电源参数匹配设计

为更好匹配由动力电池和超级电容器组成的复合电源参数,提出一种基于纯电动大型客车典型工况下的参数匹配方法。首先,根据车辆续驶里程设计要求初步配置动力电池组参数;其次,由动力电池组参数配置超级电容器组参数;最后,根据4种典型工况中最大需求功率和车辆运行中需求能量、功率要求和电压要求,提出匹配超级电容器组的3个约束条件以优化复合电源参数。     

复合电源式混合动力公交车功率分配策略研究

利用AVL/Cruise仿真软件建立了复合电源混合动力汽车模型,针对复合电源与单一电池性能的差异,基于模糊控制的思想,在MATLAB/Simulink下设计了整车功率分配策略与电池、超级电容SOC平衡策略,提出了基于车速的超级电容期望SOC平衡方法。通过仿真,验证了控制策略,达到了预期的控制效果。与采用逻辑门限的控制策略相比,电池的使用率降低了85.6%,燃油经济性提升了2%,可在不影响经济性的前提下延长复合电源中的电池寿命。     

基于电池寿命预测控制的履带车辆能量管理

为改善串联式混合动力履带车辆在复杂行驶环境中的燃油经济性和动力性,本文中提出了一种考虑电池寿命影响的基于非线性模型预测控制的能量管理策略。首先,考虑到电池不同输出功率会对电池温度产生影响,建立电池的2阶RC模型、热电耦合模型和寿命模型。然后,基于电池的2阶RC模型建立了用以描述车辆前功率链未来动态的预测模型,同时考虑到电池寿命的影响,设计了一种基于非线性模型预测控制的能量管理策略。提出了一种电耗与油耗之间转换因子的计算方式,使转换因子能够自适应车辆不同的行驶工况和能量管理策略。最后,搭建了仿真及硬件在环测试平台,在3种典型工况下验证了本文中所提出的能量管理策略的有效性。     

混合动力汽车复合电源参数优化与试验研究

提出了混合动力汽车用复合电源系统的构型及其控制策略,分析确定了满足整车动力性能要求和工程约束下复合电源参数的范围.以动力性指标为约束,能耗最小、电源成本最低和电池峰值电流最小为目标函数,采用NSGA-Ⅱ算法对复合电源参数进行了多目标优化.仿真结果验证了优化的有效性.对复合电源和单一电池的功能样机进行了循环工况试验.结果...     

新型双电池系统能量管理策略及电池循环寿命模型

针对双电池系统(高能量型+高功率型锂电池),在Matlab/Simulink Statefl ow环境中模拟验证了设计的基于规则的能量管理策略。通过Real-Time Workshop生成AVL Cruise软件可调用的DLL文件后,实现了涉及双电池系统充/放电过程的AVL Cruise/Matlab整车行驶工况联合仿真。根据高能量型锂电池的循环寿命测试试验,考虑了充放电量、电池温度和放电倍率的影响,提出了循环寿命经验模型。在完成模型参数化之后,进行了对比分析,结果表明双电池系统具有循环寿命优势。     

基于增益功率燃油系数的HEV能量管理策略

为了优化等效燃油最小能量管理策略的节油效果，以适用于工程批量应用为导向，制定基于增益功率燃油系数的混合动力汽车(HEV)能量管理策略。基于瞬时优化原理，提出基于增益功率燃油系数的工作模式决策机制，根据电机发电或电动引起的发动机功率与燃油消耗率的变化关系，分别给出电机充电和放电模式下增益功率燃油系数的计算方法。考虑发动机扭矩瞬态快速变化对油耗的影响和电机及电池包充放电效率特性，提出发动机高效区域扭矩滞回控制方法，建立基于增益功率燃油系数的能量管理策略算法架构。基于MATLAB/Simulink搭建控制策略软件模型，通过转鼓试验台进行实车试验验证。研究结果表明：相对于等效燃油最小能量管理策略，基于增益功率燃油系数的能量管理策略提升了节油率和舒适性，在全球轻型汽车测试循环(WLTC)工况下的百公里油耗降低了约4.8%，发动机的启停次数降低了约53%；相对于有效燃油消耗率(BSFC)最优工作点控制方法，发动机高效区域滞回控制方法降低百公里油耗约1.8%；与采用基于动态规划的全局优化能量管理策略的仿真结果对比，在不能提前预知工况的条件下，制定的能量管理策略在WLTC工况与新标欧洲测试循环(NEDC)工况下的油耗与理论最优值差距均较小。     

基于ECMS和Radau伪谱拼接法的多模式HEV能量管理策略优化

为解决现有能量管理策略在评估多模式混合动力汽车燃油经济性时易出现模式切换、发动机起停和离合器分离与接合过于频繁的问题,针对串并联式PHEV混合动力系统,通过等效燃油消耗最小策略(ECMS)确定全球统一轻型车辆测试循环(WLTC)工况下的模式切换序列,并基于该结果,应用Radau伪谱拼接法(RPKM)求解最优模式切换时刻...     

纯电动汽车复合储能系统能量管理策略

针对纯电动汽车单电池系统功率密度低、大电流充放电能力差等问题,设计了锂电池-飞轮电池复合储能系统,提出了基于工况识别的自适应小波变换-模糊控制能量管理策略,将需求功率分解成低频成分和高频成分,并分别将其分配给锂电池和飞轮电池。最后,将所提策略与逻辑门限能量管理策略进行比较分析。结果表明：所提出的自适应小波变换-模糊控制能量管理策略可以有效减缓锂电池受到的峰值电流冲击,延长其使用寿命,增强纯电动汽 车的整体性能。     

基于BP神经网络的锂电池剩余寿命预测

准确的电池状态估算与剩余使用寿命预测能让用户及时获取电池信息并更新失效电池,保障整个电池组的安全高效运行。文章为精确地预测锂离子电池剩余寿命,引入了BP神经网络算法,并利用NASA电池循环寿命实验数据进行验证。     

增程式电动环卫车能量管理策略仿真研究

基于Matlab/Simulink搭建了增程式电动环卫车正向仿真模型,在我国典型城市公交工况下,对增程器的开关模式、持续运行模式、恒定功率输出模式和功率随动输出模式等4种能量管理策略进行100 km的连续仿真,结果表明,增程器开关模式和持续运行模式均可使电池组SOC维持在合理的区间,但恒定功率输出模式比功率随动输出模式的等效百公里油耗小,最小为29.13 L;设置较小的增程器输出功率能够使电池SOC变化平稳,避免电池组的频繁充、放电现象。     

燃料电池轿车能量源混合度仿真优化

对某款燃料电池轿车能量源(包括燃料电池和动力蓄电池)的不同功率配置对整车氢燃料经济性和动力性能的影响进行研究。首先,基于性能测试数据和工作机理分析,建立了动力系统关键部件数学模型,采用实车能量管理策略,搭建燃料电池轿车动力系统前向仿真模型。其次,定义了燃料电池轿车能量源混合度,并开发了混合度自适应的能量管理策略。最后,通过仿真分析了混合度的选取对燃料电池轿车氢燃料经济性和动力性的影响,为确定燃料电池轿车的最佳能源配置提供依据。     

考虑电池电-热-放电深度的并联PHEV能量管理策略研究

在插电式混合动力汽车(PHEV)能量管理策略的设计中考虑电池老化的影响对提升整车的经济性意义重大。针对配置自动机械式变速器的并联PHEV,考虑影响电池老化的电-热-放电深度三重耦合因素并利用模型预测控制(MPC),实现挡位选择和转矩分配的协同、实时优化。首先,根据车速谱与电池老化动力学辨识电池在整个行程的最优放电深度。其次,基于最优放电深度建立电池放电规划和预测时域的参考SOC,并利用庞特里亚金最小值原理(PMP)求解滚动时域内的优化问题。与未考虑电池寿命的MPC、采用固定挡位的一维模型预测控制(1DMPC)和基于动态规划优化方法的MPC等多种方法进行对比。结果表明:(1)优化并联PHEV的挡位可有效降低电池老化成本;(2)与采用规则型换挡策略的1D-MPC相比,对挡位选择和转矩分配同时进行优化的二维模型预测控制(2D-MPC)有利于降低电池核心温度和电池的老化成本;(3)与基于规则的CD-CS策略相比,提出的2D-MPC可将总成本(能耗成本和电池寿命损失成本之和)降低28.2%。     

基于小波变换的燃料电池混合动力系统多能源管理策略研究

设计了一种由燃料电池、超级电容和锂离子电池组成的新型混合动力系统;提出了一种基于小波变换的燃料电池混合动力能量管理策略,实现了按功率需求的变化频率对燃料电池、超级电容和锂离子电池进行能量分配,从而改善了系统的性能,延长了部件寿命;进行了该系统的建模和仿真,结果表明该方法可以很好地实现功率分配,满足设计要求。