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混合动力轿车用复合电源参数匹配与优化设计研究

作　者: 刘杰
导　师: 闵海涛
学　校: 吉林大学
专　业: 车辆工程
关键词: 混合动力车 复合电源 NSGA_Ⅱ 多目标优化
分类号: TN86
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 98次
引　用: 2次
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内容摘要


混合动力汽车(HEV)是当下解决日益严重的环境问题和能源紧缺的最具市场发展前景的车型,良好的电源性能是其发挥节能作用的基础和保障。然而,汽车加速、制动时电池的大电流充放电严重损害其寿命,这成为了影响混合动力汽车市场化的重要因素之一。超级电容是一种新生电源,具有比功率大、效率高、寿命长的优点,将二者组合起来应用到汽车上,可实现两者的优势互补,弥补单一电池的不足。本文结合某企业对外合作项目“混合动力轿车复合电源关键技术研究”,展开研究工作,针对单一电源无法很好的满足车载需求的问题,在研究了混合动力汽车载电源的性能需求,重点进行了以燃油经济性和成本最小化为目标的复合电源参数多目标优化匹配。论文的主要内容包括以下方面：1.复合电源系统仿真模型和整车仿真平台的搭建。对比分析复合电源的连接形式,选择了DC-DC在超级电容支路上的设计构型。研究了复合电源各部件的特性和模型的基础上,建立复合电源模型,并将模型嵌入到复合电源混合动力汽车仿真平台,为后续的设计做了铺垫。2.设计参数的约束范围研究。针对原车,运用ADVISOR仿真软件仿真分析整车对电源的功率和能量需求,并结合设计目标,得出电源的功率能量比(P/E)需求约束,然后结合工程设计约束的分析了电池和电容的容量比例系数的可行解范围。3.参数的多目标优化设计。运用精英策略非支配遗传基因算法,采用混合交叉、变异的约束处理方法,以整车燃油经济性最好、电源成本最低和电池最大电流最小为优化目标,对复合电源参数进行多目标优化设计。仿真证明,所涉及复合电源汽车在保持加速性能的基础上,燃油经济性提高了5%,完成了设计目标。4.复合电源系统实验研究。搭建了复合电源样机和单一电池样机,通过工况实验验证了所匹配的复合电源参数的可行性,并对比了单一电池和复合电源中电池的负荷,结果表明电容很好的完成了对电池“削峰填谷”的作用,承担了大部分的峰值充放电电流,电池的电流减小,有利于电池寿命的延长；电池的电压变化平缓,有利于soc值的估计；复合电源系统的能量损耗减小,提高了系统的效率。本文运用多目标遗传基因算法,以燃油经济性、电源成本和电池最大电流最小为目标,针对混合动力轿车匹配了满足约束要求的复合电源,并验证了复合电源在降低电池负荷上的优势,为不同类别、不同性能需求的复合电源参数匹配提供了参考。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第1章 绪论  10-20
  1.1 车载电源发展现状  10-17
    1.1.1 动力电池发展现状  10-12
    1.1.2 超级电容发展现状  12-14
    1.1.3 超级电容在汽车上的应用  14-16
    1.1.4 复合电源研究现状  16-17
  1.2 复合电源研究意义  17-18
  1.3 本文主要内容  18-20
第2章 复合电源系统建模和整车仿真平台搭建  20-36
  2.1 复合电源构型选择  20-22
  2.2 复合电源部件特性  22-29
    2.2.1 动力电池特性  22-25
    2.2.2 超级电容特性  25-28
    2.2.3 DC-DC特性  28-29
  2.3 复合电源系统建模  29-33
    2.3.1 镍氢电池模型  29-31
    2.3.2 超级电容模型  31-32
    2.3.3 复合电源系统模型  32-33
  2.4 整车仿真平台  33-34
  2.5 本章小结  34-36
第3章 复合电源系统参数匹配  36-44
  3.1 复合电源参数设计  36-40
    3.1.1 车载电源性能需求  36-39
    3.1.2 电池和电容数量确定  39-40
  3.2 工程约束优化  40-42
  3.3 本章小结  42-44
第4章 复合电源系统参数多目标优化设计  44-58
  4.1 多目标优化简介  44-46
    4.1.1 Pareto解集  44-46
  4.2 ADVISOR优化工具和优化算法  46-47
  4.3 精英策略非支配遗传基因算法  47-50
    4.3.1 基因算法的约束处理方法  48-49
    4.3.2 改进后的NSGA-Ⅱ  49-50
  4.4 复合电源参数优化  50-56
    4.4.1 优化目标  50-51
    4.4.2 电源的成本分析  51-52
    4.4.3 优化变量  52-53
    4.4.4 优化约束条件  53
    4.4.5 优化结果与分析  53-56
  4.5 本章小结  56-58
第5章 复合电源系统实验研究  58-64
  5.1 实验台架构成  58-59
  5.2 实验分析  59-63
    5.2.1 实验方案  59
    5.2.2 结果分析  59-63
  5.3 本章小结  63-64
第6章 全文总结  64-66
  6.1 全文工作总结  64
  6.2 工作展望  64-66
参考文献  66-70
致谢  70

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电设备、电信设备 > 电源
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