【摘要】：我國的汽車保有量正隨著經(jīng)濟(jì)的騰飛而快速增長,但龐大的汽車使用量使得人類面臨的環(huán)境和能源問題日益尖銳,大力發(fā)展新能源汽車已經(jīng)成為世界各國一致的戰(zhàn)略選擇和汽車行業(yè)變革的必然趨勢。而插電式混合動力汽車既可以利用傳統(tǒng)汽車工業(yè)中的各項(xiàng)技術(shù)成果,又能在一定程度上減少排放、降低油耗、保證續(xù)航里程,這使其成為了混合動力汽車向純電動汽車過渡的理想車型。由于受到設(shè)計(jì)制造工藝、組成材料、能量密度、安全性能、動力電池管理系統(tǒng)等方面的制約,電池在成本、壽命、質(zhì)量、安全性等方面依然存在著問題,這無疑會影響到整車的購買成本、使用成本和使用年限。從目前新能源汽車的產(chǎn)品來看,動力電池組的壽命仍然不能滿足人們的預(yù)期。當(dāng)動力電池組壽命終止時,消費(fèi)者主要有以下三個選擇:一是根據(jù)質(zhì)保期限,與整車生產(chǎn)企業(yè)協(xié)商更換動力電池或由消費(fèi)者自行更換電池,但目前動力電池的質(zhì)保期限均比新能源汽車產(chǎn)品的壽命要短,且更換成本會給整車生產(chǎn)企業(yè)和消費(fèi)者帶來二次成本消費(fèi);二是報(bào)廢電池,把插電式混合動力汽車作為傳統(tǒng)燃油車?yán)^續(xù)使用,這會導(dǎo)致整車在使用時間內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性降低;三是繼續(xù)使用電池,這會增加電池在大功率放電時發(fā)生安全事故的頻率。目前主流的插電式混合動力汽車能量管理策略大都沒有考慮電池壽命衰減這一因素,但它卻是影響整車成本及性能的一個重要參數(shù)。因此,在制定插電式混合動力汽車能量管理控制策略時,有必要從電池壽命模型入手,使用發(fā)動機(jī)來調(diào)節(jié)電池的工作狀態(tài),以改善動力電池的使用壽命、優(yōu)化整車設(shè)計(jì)和降低消費(fèi)者用車成本。本文主要從以下兩個方面在控制策略中引入電池壽命衰減:一是在保證整車動力性的前提下,通過發(fā)動機(jī)調(diào)整電池的工作狀態(tài),減少電池大倍率充放電的頻率;二是使控制策略中電池的充放電功率限值與其壽命狀態(tài)相匹配,進(jìn)一步延長電池的使用壽命�；谝陨涎芯磕康暮退悸�,本文主要進(jìn)行的研究內(nèi)容如下:(1)通過查閱相關(guān)文獻(xiàn),分析總結(jié)了目標(biāo)車型的控制策略和電池容量衰退模型的發(fā)展和研究現(xiàn)狀。并基于車用動力電池壽命不能滿足消費(fèi)者需求,過早更換電池又會帶來不必要的二次成本消費(fèi)這一問題,確定了本文的主要研究內(nèi)容及章節(jié)之間的邏輯結(jié)構(gòu)。(2)分析了研究車型的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu),并根據(jù)原型車參數(shù)和動力性能指標(biāo)對驅(qū)動電機(jī)、發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、電池組和傳動系統(tǒng)的傳動比進(jìn)行參數(shù)匹配,在此基礎(chǔ)上建立了發(fā)動機(jī)、驅(qū)動電機(jī)和發(fā)電機(jī)的數(shù)值模型和三元鋰離子動力電池單體PNGV模型。(3)分析了鋰離子動力電池的工作原理、壽命的主要影響因素、壽命衰減機(jī)理和壽命測試試驗(yàn)數(shù)據(jù),建立了包含循環(huán)壽命和日歷壽命的三元鋰離子動力電池容量衰減模型,并對模型的精度進(jìn)行了驗(yàn)證。(4)從減少電池高倍率充放電頻率的角度,在CD-CS控制策略中引入電池壽命衰減。主要實(shí)現(xiàn)方法如下:根據(jù)下限效率法確定了發(fā)動機(jī)高效工作區(qū)下限,發(fā)動機(jī)高效工作區(qū)上限是最大轉(zhuǎn)矩曲線。考慮到充放電倍率對電池組壽命衰減速率、電池中各電池單體容量一致性的影響,確定了電池組的充放電倍率,從而確定了電池組的充放電功率閾值。(5)從使控制策略中電池的充放電功率閾值與電池的壽命狀態(tài)相匹配的角度,進(jìn)一步在控制策略中引入電池的壽命衰減。并使用MATLAB/Simulink中搭建的整車模型對不同控制策略下的整車使用壽命、油耗、使用成本進(jìn)行了仿真。分析結(jié)果證明了考慮電池壽命衰減的能量管理控制策略既能在一定程度上延長電池的使用壽命,又能在一定程度上降低整車的使用成本。
【圖文】：

倍率正相關(guān)的趨勢，即放電倍率越大，電池單體之間的容量差異性越大。因此，單純地從降低成組對電池壽命的影響方面考慮，電池組的放電倍率應(yīng)該在大于0.5C 的范圍內(nèi)越小越好。但電池組的放電功率限值還應(yīng)該滿足整車動力性的要求，由 2.3.1 章節(jié)中的循環(huán)工況負(fù)荷功率分布圖可知，18kW 以內(nèi)的放電功率需求在NYCC、1015、NEDC 三種循環(huán)工況的放電時間歷程中所占的比例均在 90%以上，大于 18kW 的放電功率求減少�？紤]到傳遞過程中的能量損失，最終將電池組的放電倍率限制在 0.9C，即電池組的最大放電功率Bat max_DP 定為 18.89kW。121==( )=1NiiNiiCOVXNXN （4.1）式中： 表示標(biāo)準(zhǔn)偏差； 是平均值；iX 此時表示各動力電池單體的容量，Ah。

4 考慮電池壽命的 PHEV 能量管理控制策略電倍率恒流充電的各動力電池的容量一致性，試驗(yàn)結(jié)果如圖 4.4 所示，從圖中可以看出各電池單體間容量的一致性隨著充電倍率的增大而變差。因此，需要對制動模式下驅(qū)動電機(jī)的發(fā)電功率進(jìn)行限制，這就需要首先分析整車對驅(qū)動電機(jī)/車載電源的充電需求功率。為了得到 NEDC 循環(huán)工況中的充電功率分布情況，，利用MATLAB/Simulink 建立 PHEV 在制動模式下的后向仿真模型，用此模型計(jì)算出整車在 NEDC 循環(huán)工況下的充電功率需求，結(jié)合式（2.4）得出整車在 NEDC 循環(huán)工況下的充電功率需求分布，如圖 4.5 所示。由圖 4.5 可以得出：整車的最大充電功率需求是 16kW，小于 10kW 的充電需求功率占比 90%，5kW 以內(nèi)的充電功率需求占比 85%，即大部分時間內(nèi)整車的充電功率需求不超過 5kW。兼顧充電倍率對電池成組差異性和整車充電功率需求，最終選擇電池組的充電倍率為 0.35C，由此可以計(jì)算出動力電池組的最大充電功率Bat max_CP 為 7.35kW。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM912

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2597492