详情

原文传递基于耦合有余热回收系统的混合动力汽车的能量管理策略探索及对比分析

论文题名：	基于耦合有余热回收系统的混合动力汽车的能量管理策略探索及对比分析
关键词：	混合动力汽车;余热回收系统;能量管理策略;粒子群算法;路况识别
摘要：	随着全球能源和环境问题日益突出，开发低能耗、低排放的新型汽车成为当今汽车工业发展的首要任务。混合动力汽车（HEV,hybridelectricvehicle）作为从传统燃油车向纯电动汽车过渡的重要桥梁，对于应对环境污染和资源短缺具有重要意义。而余热回收技术可以将发动机的排气废热转化为可用的机械能和电能，使整车的系统效率和节能潜力进一步提升。因此，将高效的余热回收系统（WHRS,wasteheatrecoverysystem）耦合到混合动力汽车中，对降低整车燃油消耗具有十分重要的意义。　　耦合有余热回收系统的混合动力汽车（HEV-WHR集成系统）的能量管理策略是影响该集成系统性能优劣的关键，合理有效的能量管理策略可以提高整车的系统效率和节能潜力。由于HEV-WHR集成系统是一个集电气、机械、热量能流为一体的非线性动态系统，其自身及各部件之间的协调工作极为复杂，因此，分析这种多能流复杂系统的节能潜力需要一种更为全面和量化的评价方法；同时,车辆行驶工况具有随机性，这增加了能量管理策略的设计难度，目前的研究大多只分析了某一种控制策略以及某一个特定路况，而缺少对不同策略的综合对比，以及不同路况的适应性分析，这部分缺失有待完善。基于目前存在的问题，本文的主要工作如下：　　首先，本文对单轴并联式混合动力汽车及余热回收系统的结构进行了选型及介绍，对HEV-WHR集成系统的不同工作模式和基于目标性能的整车动力需求进行了详细的分析、计算。结合计算结果，对集成系统中各主要动力部件（发动机、电机、动力电池、余热回收系统等）进行了选型、参数匹配和动态建模。　　而后，为了全面评估耦合余热回收系统对混合动力汽车能耗的综合影响，本文提出了一种量化评价方法，该方法不仅考虑了耦合余热回收系统所产生的负面集成特性（增加的车辆重量和升高的排气背压）对整车能耗的影响，还评估了集成余热回收系统而导致的发动机、电机性能改变对系统能耗的影响，以及余热回收系统自身做功对整车节能潜力的贡献值。　　最后，本文在全工况下探索了三种针对整车的能量管理策略，分别是基于规则的能量管理策略、基于瞬时优化的能量管理策略、基于全局优化的能量管理策略，其中涉及了粒子群算法、路况识别技术、动态规划算法及模型预测算法等先进控制算法。本文通过计算在三种不同能量管理策略下的纯混合动力系统和HEV-WHR集成系统的系统效率，对三种控制策略的综合性能进行了对比分析。在全工况范围下，基于规则的策略相对简单、控制算法单一、达不到过强的优化效果；基于瞬时优化的策略只能保证当前时刻的转矩分配最优，不能保证全局最优；而基于全局优化的策略可以保证在连续时间段内转矩分配序列都能达到最优，但其存在预测不准、控制不稳等问题。因此，未来可以探索一种兼具三种策略优点的能量管理策略，如基于深度强化学习的策略。
作者：	高妍
专业：	动力机械及工程
导师：	舒歌群
授予学位：	硕士
授予学位单位：	天津大学
学位年度：	2021