[01770836]复合电源电动汽车动力系统设计与控制技术研究与应用

本课题来源于山东省重点研发计划项目《复合电源电动汽车动力系统设计与控制技术研究及应用》。动力电池、超级电容本身具有非线性时滞特性,纯电动汽车复合电源动力系统更是一个多输入/多输出、强耦合的非线性系统。动力电池、超级电容的容量由于受到其体积和整车重量的限制,纯电动汽车供电装置能存储的能量有限。因此如何设计控制器提高复合电源动力系统的动态响应能力,合理控制动力电池、超级电容及负载间的功率分配,保证纯电动汽车行驶过程中动力系统连续、高效、平稳运行是其中的难点与关键。 在几种典型市区循环工况下对电动汽车整车需求功率特性的分析表明,储能系统的输出功率应具有瞬时功率大但持续时间不长的特点,表明采用具有高比能量的动力电池和高比功率的超级电容组成的复合电源系统代替单一的动力电池是可行的。对复合电源动力系统子模块效率特性的分析和在整个循环工况下对复合电源电动汽车效率模型的构建与仿真分析结果表明,可以根据循环工况下电动汽车的能耗特性,以整车全局效率最优为目标来切换复合电源电动汽车的工作模式。基于效率最优目标建立了系统效率获取模型和驱动模式识别和切换控制策略模型,制定了纯电动汽车的工作模式切换控制策略,划分了电池和超级电容的工作状态,在效率获取模型的基础上,结合效率优化算法,合理区分各种驱动工况。研究结果表明,所建立的模型和工作模式切换策略是有效的,能够有效提高系统效率。 对超级电容的储能特性和电动汽车再生制动过程电制动与机械制动协调机制的分析表明,采用恒定制动电流控制策略对能量回馈过程进行控制比较可行。综合模糊控制和PI控制的优点,设计了模糊-PI控制器,建立了模糊控制查询表,并对PI控制器的参数进行了整定,在此基础上采用模糊-PI控制算法对再生制动过程中的电枢电流进行控制。理论分析和实验结果表明,采用模糊-PI控制算法对测得的电流进行恒定制动电流控制得到的制动电流不仅响应速度快,而且电流的控制精度也很高,再生制动系统能够很好地满足车辆所需的电制动力,使驾驶员获得更好的驾驶感觉,提高了车辆的制动安全性。建立了蓄电池-超级电容复合电源动力系统及能量管理控制模块的仿真模型,基于模糊理论设计了驱动模糊控制策略,驱动过程采用驱动模糊控制器分配蓄电池与超级电容的输出功率,制动工况下采用制动力分配控制器分配再生制动力与机械制动力的大小。结果表明,所设计的能量管理策略能较好的实现四种工作模式的切换,超级电容能很好地发挥“削峰填谷”的作用;制动工况下能较好确定再生制动力的大小。在UDDS、JA10.15和ECE+EUDC三种典型循环工况下采用复合电源系统的能量消耗率比采用动力电池作为单一电源明显降低,说明所建立的复合电源能量管理策略有效可行。开发完成了复合电源动力系统能量管理控制系统及台架试验系统。 取得的研究成果包括发表论文5篇,其中SCI、EI收录3篇;申请专利10项,其中发明专利4项;制定技术标准2项。 2015 年获得山东省科技进步奖二等奖、2018 年获得山东省专利奖二等奖、2018 年获得山东省机械工业科学技术进步奖一等奖、2018 年获得山东省高等学校科学技术奖二等奖、2018 年获得山东省高等学校科学技术奖三等奖。