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原文传递插电式混合动力汽车混合能量存储系统的控制研究

论文题名：	插电式混合动力汽车混合能量存储系统的控制研究
关键词：	插电式;混合动力汽车;能量存储系统;磷酸铁锂电池;混沌控制
摘要：	插电式混合动力汽车结合了电动汽车和普通混合动力汽车的优点，兼顾经济性和续驶里程性能。混合能量存储技术是插电式混合动力汽车的关键技术之一，在现有电池技术不能兼顾能量密度和功率密度性能的情况下，利用超级电容功率密度高和循环寿命长的优点，与磷酸铁锂电池组成混合能量存储系统，从而满足插电式混合动力汽车对储能系统的要求。　　本文基于一种插电式混合动力汽车四驱方案，根据整车设计目标，在选定发动机的情况上，匹配电机、匹配变速箱和主减速器等零部件参数。在AVL Cruise平台建立整车模型，对整车的动力性和经济性进行仿真，从整车的设计角度，确定整车对混合能量存储系统的需求，优化设计由超级电容和磷酸铁锂电池组成的混合能量存储系统。本文研究了不同温度下超级电容和磷酸铁锂电池性能，双向直流变换器在混合能量存储系统应用中的控制技术和混合能量存储系统的能量控制策略，进行了混合能量存储系统理论建模、系统仿真和实验验证。　　磷酸铁锂电池采用了频域建模和时域建模的方法。在频率域建模中确定等效电路模型结构，而基于时域的实验数据辨识模型的参数。与45℃相比，25℃下磷酸铁锂电池的放电量降低了2.8％，等效串联内阻增加了65%，最大放电功率降低了40%，5℃下放电量降低了16.4%，等效串联内阻增加了240%，最大放电功率降低了70%。　　针对混合能量存储系统中双向直流变换器在超级电容电压和电池电压范围内工作时出现的分岔和混沌这些不稳定现象，采用带扩展状态跟踪补偿器的峰值电流控制，通过稳定性理论分析，重新配置特征根分布。仿真结果表明带扩展状态跟踪补偿器的峰值电流控制的可行性。另外，将模糊逻辑与PI控制结合应用于直流变换器的控制，改善直流变换器在混合能量存储系统应用中宽工作电压范围内的动态响应速度。　　由于高频功率和峰值功率需求影响电池寿命，能量控制策略利用具有多尺度分析功能的小波变换算法，减轻高频功率和峰值功率需求对电池的影响。分析电池、超级电容和直流变换器的效率，提出超级电容电压管理和能量管理规则，仿真结果表明了在混合能量存储系统中，对电池功率需求的波形得到了改善，混合能量存储系统能量效率提高了。　　通过实验验证磷酸铁锂电池组模型和超级电容模型。根据获得的电池模型，采用扩展卡尔曼滤波算法估计电池SOC，结果表明存在电池SOC初始偏差的情况下，电池SOC估计值与实际值的误差快速缩小，最终收敛到电池SOC实际值。　　直流变换器的实验展示直流变换器在升压模式和降压模式都能稳定工作，在升压模式和降压模式之间稳定切换。搭建了混合能量存储系统实验台架，实验验证了本文的混合能量存储系统方案在峰值功率需求的情况下，通过控制直流变换器，超级电容能快速介入，与电池协同工作，减轻峰值功率对电池的压力，限制电池的最大功率。
作者：	吴志伟
专业：	车辆工程
导师：	殷承良
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文