纯电动汽车能效优化方法研究

关注热度：364 来源：新能源学术论文作者：张抗抗

【摘要】：随着能源与环境问题日益严峻，发展零油耗、零排放的纯电动汽车，被认为是交通领域的有效解决方案之一。电动汽车续航里程低是限制其快速发展的关键因素，能效优化成为纯电动汽车尤为迫切的研究课题。本文围绕电动汽车能效优化的主题，以凸优化方法与多目标优化方法为研究工具，从充电优化与放电优化两个角度对车-网系统填谷充电优化、电动汽车多目标充电优化、电驱动系统转矩分配优化、动力系统参数优化设计与制动回馈策略优化设计等五个问题进行研究。针对车-网系统对充电控制权的争夺问题，设计由凸性电价曲线组成的电价方案，电动汽车自主地优化充电曲线使得充电成本最低时，电网在系统级也达到了发电能效最优的填谷充电效果。首次提出了同时具有协调性(可实现填谷效果)、实用性(不依赖双向通讯与控制网络)与自主性(不要求充电的直接控制权)的填谷充电策略。与无序充电相比，填谷充电策略充电负荷成本降低28%左右。针对电动汽车充电成本与电池寿命的矛盾关系，首先对基于P2D模型的SEI膜生长模型进行简化与改进，定量描述电池容量衰减。再建立多目标充电最优化问题，通过Pareto阵面描述充电成本与电池寿命的竞争关系，从而得到一系列Pareto最优充电曲线，实现电动汽车多目标充电优化。针对广义转矩分配优化问题，首先基于永磁同步电机损耗模型，推导电驱动系统输入输出特性的凸性质。在四轮转矩分配优化方面(空间转矩分配优化)，通过凸优化得到不同电机构型的“等损耗梯度”策略与相同电机构型的“等转矩分配”策略。在“加速-滑行”(PG)策略优化方面(时间转矩分配优化)，通过最优控制问题推导出“定速驾驶”策略是电驱动系统的最优PG策略。同时指出，滑行阶段断开离合器可改变输入输出特性的凸性质，能量流分析表明，提出的PG改进策略的能效优化潜力达8.5%。为试验验证PG策略优化的理论研究成果，本文对纯电动汽车动力系统平台进行设计与开发，并研究开发过程中影响能效水平的两个关键问题，分别是动力系统参数优化设计与制动回馈策略优化设计。前者方面，通过多目标优化解决待优化指标互相矛盾的问题，以Pareto阵面描述指标间的竞争关系；后者方面，兼顾回馈效率与制动效能，设计与对比前驱与后驱车型的多种制动回馈策略，主要研究特点是对策略的约束条件与适用范围进行了明晰界定。

【关键词】：电动汽车 能效优化 凸优化 填谷充电 转矩分配
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.72
【目录】：

摘要3-4
abstract4-10
主要符号对照表10-17
第1章引言17-32
1.1 课题背景与选题意义17-21
1.1.1 电动汽车17-18
1.1.2 车-网系统18-19
1.1.3 课题的提出19-21
1.2 与本课题相关的国内外已有研究现状综述21-30
1.2.1 车-网系统的填谷充电优化21-23
1.2.2 电动汽车充电优化23-25
1.2.3 转矩分配优化25-26
1.2.4 动力系统参数优化设计26-28
1.2.5 制动回馈策略优化设计28-30
1.3 本文研究内容与研究方法30-32
第2章车-网系统的填谷充电优化32-60
2.1 本章引言32-33
2.2 车-网系统描述33-36
2.2.1 原始负荷曲线与发电成本模型33-35
2.2.2 电动汽车数量与车辆出行特征35-36
2.3 系统级充电最优化36-40
2.4 部件级单目标充电优化40-42
2.5 电价方案设计42-49
2.6 鲁棒性分析49-58
2.6.1 系统级的预测偏差影响49-53
2.6.2 部件级有限响应能力的影响53-55
2.6.3 部件级有限响应意愿的影响55-58
2.7 本章小结58-60
第3章电动汽车多目标充电优化60-86
3.1 本章引言60
3.2 电池耐久性模型60-73
3.2.1 锂离子电池 P2D 模型61-68
3.2.2 基于 P2D 模型的副反应模型68-69
3.2.3 P2D 模型仿真分析69-73
3.3 P2D 模型的简化73-80
3.3.1 0维代数模型73-74
3.3.2 改进模型74-77
3.3.3 仿真对比分析77-80
3.4 部件级多目标充电优化80-85
3.4.1 多目标充电优化问题81-83
3.4.2 对系统级填谷效果的影响83-85
3.5 本章小结85-86
第4章电驱动系统转矩分配优化86-109
4.1 本章引言86
4.2 电驱动系统输入输出特性86-92
4.2.1 输入输出特性的表达形式86-87
4.2.2 电机损耗模型87-89
4.2.3 输入输出特性的凸性质89-92
4.3 空间转矩分配优化92-101
4.3.1 “等损耗梯度”策略93-94
4.3.2 “等效率分配”策略94-96
4.3.3 “等转矩分配”策略与“两轮模式”的对比分析96-101
4.4 时间转矩分配优化101-107
4.4.1 最优控制问题定义102-103
4.4.2 最优控制问题求解103-107
4.5 本章小结107-109
第5章动力系统参数多目标优化设计109-125
5.1 本章引言109
5.2 车辆的性能指标定义109-110
5.2.1 最低性能指标109
5.2.2 待优化指标109-110
5.3 多目标优化问题定义与求解方法110-116
5.3.1 最优化问题定义111-112
5.3.2 传动比可行域112-116
5.3.3 求解算法116
5.4 参数优化设计实例116-124
5.4.1 换档逻辑116-117
5.4.2 可选电机117
5.4.3 传动比可行域求解117-120
5.4.4 Pareto 最优解集120-123
5.4.5 最终方案123-124
5.5 本章小结124-125
第6章制动回馈策略优化设计125-147
6.1 本章引言125
6.2 约束条件界定125-129
6.2.1 制动力学简述125-126
6.2.2 制动法规约束条件126-128
6.2.3 解耦控制约束条件128
6.2.4 冗余性约束条件128
6.2.5 可选约束条件128-129
6.3 制动回馈策略评价体系129-131
6.3.1 回馈效率评价129-131
6.3.2 制动效能评价131
6.4 制动回馈策略设计(后驱)131-137
6.4.1 并联制动策略 RP1132-133
6.4.2 并联制动策略 RP2133
6.4.3 串联制动策略 RS1133-135
6.4.4 串联制动策略 RS2135-137
6.5 制动回馈策略设计(前驱)137-141
6.5.1 并联制动策略 FP1138
6.5.2 最优回馈效率的串联制动策略 FS1138-139
6.5.3 兼顾制动效能的串联制动策略 FS2139-140
6.5.4 载荷分配的影响140-141
6.6 策略综合评价与对比141-145
6.6.1 后驱方案141-142
6.6.2 前驱方案142-144
6.6.3 综合对比144-145
6.7 本章小结145-147
第7章动力系统平台开发与试验147-177
7.1 本章引言147
7.2 动力系统平台开发147-152
7.2.1 动力控制系统结构148-149
7.2.2 TTCAN 网络协议结构149
7.2.3 整车控制算法逻辑结构149-150
7.2.4 软件在环仿真平台150-151
7.2.5 MATLAB Simulink 自动代码生成151-152
7.2.6 远程监控系统152
7.3 测功机台架试验与转鼓试验152-159
7.3.1 动力系统参数优化设计验证155-157
7.3.2 制动回馈策略优化设计验证157-159
7.4 P&G 驾驶策略优化验证159-175
7.4.1 动力系统模型修正160-164
7.4.2 能量流仿真分析164-168
7.4.3 P&G 策略的参数分析168-172
7.4.4 转鼓试验验证172-175
7.5 本章小结175-177
第8章总结与展望177-182
8.1 论文工作总结177-180
8.2 展望与建议180-182
参考文献182-196
致谢196-198
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果198-199

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

电动车续程分析模型与驱动策略的优化选择陈家新,孙铭山

我国纯电动汽车的发展方向及能源供给模式的探讨张文亮;武斌;李武峰;来小康;

基于粒子群算法求解多目标优化问题张利彪,周春光,马铭,刘小华

混合动力城市客车制动能量回收系统道路试验张俊智;陆欣;张鹏君;陈鑫;

混合动力城市客车串联式制动能量回馈技术张俊智;薛俊亮;陆欣;李波;张鹏君;

多目标优化问题的蚁群算法研究张勇德,黄莎白

电动城市公交车制动能量回收评价方法仇斌;陈全世;

路面附着系数估算技术发展现状综述余卓平;左建令;张立军;

充电式混合动力电动汽车动力系统的参数匹配武小兰;王军平;曹秉刚;边延胜;

插电式串联混合动力轿车的选型匹配与仿真孙永正;李献菁;邓俊;胡宗杰;李理光;孙文凯;杨安志;

无刷直流电动机(BLDCM)转矩脉动抑制的电流跟踪型PWM控制谢杨梅;

基于粒子群算法的综合暴雨强度公式赵吉武;邹长武;卢晓宁;

永磁无刷直流电机伺服系统全数字化设计吴东苏,马佳,尹泉,万淑芸

厦门海底隧道明洞回填前后结构安全性分析黄明琦;张明聚;李云超;

基于ARM和DSP的无刷直流电动机网络控制调速系统王雷;蒋静坪;

基于单片机的无刷直流电动机控制系统设计卢静,陈非凡,张高飞,施涌潮

基于粒子群算法的无刷直流电机调速系统应用研究陈昊;厉虹;

纯电动汽车的评价方法研究陈勇;

基于TPU模块的无刷直流电机控制器席军强,陈慧岩,桑全禄,马寿延

单轴并联式混合动力城市客车再生制动挡位决策陈泳丹;席军强;陈慧岩;

电动汽车有序充电建设方案的探讨寇英刚;金胜利;

电动汽车与智能电网双向互动的动态经济调度白晓清;韦化;陈英杰;黄锋;

GIS在电动汽车充换电设施建设运行中的应用谢添卉;李武峰;柏德胜;崔宇;罗小英;

异常工况下的焦炉作业优化调度方法胡波;吴敏;杨静;朱华琦;

Multiobjective Static Output-Feedback Control with Control Input Constraint for a Class of Nonlinear Systems

云南电动汽车发展及充电设施建设研究杨家全;崔玉峰;

基于刚度与模态分析的客车结构轻量化研究周云郊;兰凤崇;陈吉清;李宇彤;裘芝敏;

SLBLDCM调速控制器的建模与仿真研究荣军;丁跃浇;张敏;李一鸣;陈曦;

高压无刷直流电动机控制器尖峰电流的抑制李新华;张智伟;庄百兴;武洁;

插电式混合动力微型汽车的研发马鸿军;袁洪川;

基于混合系统理论的混合动力客车控制策略和参数优化研究尹安东

节水型农业种植结构优化研究王玉宝

基于子串的文本分割与主题标注研究陈曦

基于汽车产业的新能源多层次发展研究杨宇

高品质商用车动力学建模关键问题研究齐海政

质子交换膜燃料电池电堆的热力耦合封装力学研究林鹏

永磁同步直驱型全功率风机变流器及其控制汪令祥

面向装备保障的多准则决策相关方法和技术研究凌海风

多目标拟态物理学优化算法及其应用研究王艳

基于物理参数辨识的结构损伤识别方法研究王延伟

两轮自平衡电动车的关键技术研究霍亮

基于粒子群算法的NoC映射问题研究刘洋

基于DSP的交流永磁同步伺服电机控制系统的实现周程勇

基于DSP的无刷直流电机的控制研究刘兴艳

多目标粒子群优化算法及其应用裴胜玉

粒子群算法拓扑结构的研究刘文仟

基于矢量控制的纯电动汽车永磁同步电机驱动系统研究王迪

基于DSP的永磁同步电动机模糊PI矢量控制系统的研究李若霆

基于改进多目标粒子群算法的鲁棒控制方法研究何海娟

永磁同步电机最大转矩电流比控制徐佳园

电动汽车传动系参数设计及动力性仿真姬芬竹;高峰;吴志新;

锂离子动力电池特性研究王震坡,孙逢春

不一致性对动力电池组使用寿命影响的分析王震坡;孙逢春;林程;

电动汽车再生制动控制策略研究李国斐;林逸;何洪文;

微型混合动力车的研究概况及趋势刘嘉;李理光;吴志军;邓俊;

串联式混合动力客车制动能量回收的研究刘凌;李雪峰;汪伟;唐广笛;

基于转子磁场定向控制的永磁同步电机制动过程分析陈荣,邓智泉,严仰光

法国和意大利电动汽车考察报告国家电网公司电动汽车考察团;

浅析中国电动汽车产业发展的配套政策吴英姿;王康;卫振林;欣玫;

带有神经网络估计器的模糊直接转矩控制李艳,邵曰祥,邵世煌,方建安

基于CRUISE软件的AMT车辆性能仿真分析与实验研究赵海峰

电动汽车再生制动稳定性研究赵国柱

电动车动力学建模与仿真研究杨超

基于混合度的串联混合动力客车特性参数设计唐磊

关键词： 电动汽车

[ 学术论文搜索 ] [ 加入收藏 ] [ 告诉好友 ] [ 打印本文 ] [ 违规举报 ] [ 关闭窗口 ]

• 纯电动汽车供能策略研究	• 纯电动汽车充电机系统稳定性研究
• 基于四轮轮毂电机的纯电动汽车驱动控制策略研究	• 纯电动汽车充电桩的无桥PFC控制算法和EMI抑制研
• 纯电动汽车的电机与变速器匹配	• 基于PIC单片机和CAN总线的纯电动汽车电池管理系
• 纯电动汽车产业关键技术演进分析——专利引文分	• 纯电动汽车整车能量建模与仿真分析
• 基于消费者视角的纯电动汽车购买决策影响因素及	• 纯电动汽车锂离子电池管理系统的研究
• 纯电动汽车驱动电机应用概述	• 基于Cruise的增程式纯电动汽车仿真匹配分析