【摘要】：汽車電動化作為緩解環(huán)境污染與能源安全的有效途徑,正逐漸在全球推廣。作為電動汽車的核心部分,儲能系統(tǒng)的特性將影響整車的動力性及經(jīng)濟(jì)性。以鋰離子電池為儲能系統(tǒng)的電動汽車越來越多,在一定程度上減少了環(huán)境污染,但目前電動汽車的續(xù)航里程與電池的耐久性還有待提高,且在電池壽命終止時的置換成本也很高。因此,如何解決電動汽車儲能系統(tǒng)的壽命及成本問題,成為目前電動汽車學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界共同關(guān)心的熱點。超級電容具有功率密度高、使用壽命長和充放電電流大等優(yōu)點,能夠彌補(bǔ)鋰電池的不足。將超級電容與電池聯(lián)合起來組成復(fù)合電源系統(tǒng)(Hybrid Energy Storage System,HESS),是解決上述電動汽車問題的良好方案。本文以某款乘用車為對象,以優(yōu)化整車運行下的電池使用壽命、系統(tǒng)能耗及部件成本為目標(biāo),從復(fù)合電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、部件特性與模型、能量管理策略及參數(shù)匹配優(yōu)化等方面進(jìn)行了分析和研究。在不同構(gòu)型復(fù)合電源系統(tǒng)特性分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合目標(biāo)車型的特點選定合適的復(fù)合電源構(gòu)型,并對其關(guān)鍵部件進(jìn)行試驗及特性分析。包括對鋰離子電池的容量、內(nèi)阻與極化特性進(jìn)行試驗分析,測量電池開路電壓(Open Circuit Voltage,OCV)與荷電狀態(tài)(Battery State of Charge,BSOC)的關(guān)系,對超級電容的容量、內(nèi)阻及充放電特性進(jìn)行分析,最后對雙向DC/DC變換器的效率特性進(jìn)行分析�；谡噮�(shù)與電機(jī)參數(shù),建立了歸一化的電機(jī)效率模型,建立了考慮了充放電內(nèi)阻特性的電池等效Thevenin模型、超級電容經(jīng)典RC模型、整車系統(tǒng)功率平衡模型,進(jìn)行了系統(tǒng)部件的初步參數(shù)匹配,為基于全局優(yōu)化算法進(jìn)行能量管理策略制定和參數(shù)匹配優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。提出一種基于Radau偽譜法的能量管理策略優(yōu)化法,以加入懲罰因子的電池壽命模型為目標(biāo)函數(shù),將復(fù)合電源電動汽車中的電池使用壽命與單一電池能量源在NEDC循環(huán)工況下對比分析,驗證了Radau偽譜法求解復(fù)合電源能量管理策略的可行性�？紤]到復(fù)合電源系統(tǒng)中電池使用壽命和系統(tǒng)能耗往往相互沖突,將上述復(fù)合電源能量管理策略轉(zhuǎn)換為多目標(biāo)優(yōu)化問題,構(gòu)建了包括電池使用壽命和系統(tǒng)能耗的目標(biāo)函數(shù),通過Radau偽譜法進(jìn)行求解,得到相應(yīng)的Pareto最優(yōu)解集。選取解集中具有代表性的電池使用壽命最長、系統(tǒng)能耗最低及二者均衡最優(yōu)三組解,進(jìn)行了基于電池使用壽命與系統(tǒng)能耗的分析討論。均衡最優(yōu)解與單一電池能量源計算結(jié)果的對比分析表明,經(jīng)Radau偽譜法優(yōu)化后的復(fù)合電源系統(tǒng)能量管理策略延長了電池組的使用壽命,同時降低了系統(tǒng)能耗。由于復(fù)合電源能量管理策略與參數(shù)匹配優(yōu)化具有高度耦合性,以基于偽譜法的多目標(biāo)能量管理策略優(yōu)化算法為基礎(chǔ),提出一種參數(shù)匹配優(yōu)化方法。選取電池與超級電容的并聯(lián)數(shù)為優(yōu)化變量,并考慮兩者質(zhì)量變化對復(fù)合電源優(yōu)化結(jié)果的影響,以系統(tǒng)能耗、電池壽命及部件成本為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行參數(shù)匹配。基于多目標(biāo)的參數(shù)匹配結(jié)果分析表明:隨著復(fù)合電源系統(tǒng)成本的增加,系統(tǒng)能耗逐漸增大,而電池使用壽命逐漸延長。設(shè)計人員可根據(jù)對復(fù)合電源系統(tǒng)各目標(biāo)的側(cè)重點不同,賦予三個目標(biāo)不同的權(quán)重系數(shù),即可得到相應(yīng)的最優(yōu)參數(shù)配置。
【圖文】：

善電動汽車在啟動、加速和爬坡時的動力不足[14]。2004 年 7 月，國內(nèi)首部“電容蓄能變頻驅(qū)動式無軌電車”在上海張江投入試運行，該公交車充分利用超級電容的特點，經(jīng) 30s 內(nèi)快速充電后可使車輛時速達(dá)到 44km/h[15]。目前超級電容的國外生產(chǎn)廠商有美國 Maxwell 公司、日本 Elna 公司、Panasonic 公司、韓國 Ness 公司、Korchip公司等，國內(nèi)的生產(chǎn)廠商有遼寧百納、錦州凱美、上海奧威科技、北京合眾匯能等。綜上所述，目前電動汽車上的能量源可大致分為能量型與功率型，文獻(xiàn)[16]采用雷達(dá)圖的形式，描述了目前常用能量源的綜合性能，指標(biāo)包括循環(huán)壽命、單體電壓、電量維持、工作溫度范圍、功率密度、能量密度、可循環(huán)性、安全性、價格/kWh與價格/kW，如圖 1.2 所示，由圖可知目前沒有一種能量源在各個指標(biāo)都具有良好的特性，所以本文將能量型鋰電池和功率型超級電容進(jìn)行組合成復(fù)合電源，以彌補(bǔ)單一能量源電動汽車的不足。

14c) 數(shù)據(jù)采集設(shè)備 d) 鋰電池單體圖 2-2 鋰離子電池實驗測試系統(tǒng)及電池單體Fig.2-2 Lithium-ion battery experiment test system and battery cell電池容量特性池容量指的是在一定條件下電池所能放出來的電量，單位為 Ah。在實響電池容量變化的因素有環(huán)境溫度、充放電電流、放電深度等[40]。由制，在進(jìn)行電池容量試驗時無法將環(huán)境溫度的變化考慮在內(nèi)，故本小電倍率對鋰離子電池容量特性的影響。室溫(23 2℃)環(huán)境下，對單體三元鋰離子電池進(jìn)行恒流-恒壓充電，具率電流將電池充電至終止電壓4.2V時，，改為恒壓充電(恒壓電壓限制為
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U469.72

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本文編號：2595423