【摘要】：我國(guó)的汽車(chē)保有量正隨著經(jīng)濟(jì)的騰飛而快速增長(zhǎng),但龐大的汽車(chē)使用量使得人類(lèi)面臨的環(huán)境和能源問(wèn)題日益尖銳,大力發(fā)展新能源汽車(chē)已經(jīng)成為世界各國(guó)一致的戰(zhàn)略選擇和汽車(chē)行業(yè)變革的必然趨勢(shì)。而插電式混合動(dòng)力汽車(chē)既可以利用傳統(tǒng)汽車(chē)工業(yè)中的各項(xiàng)技術(shù)成果,又能在一定程度上減少排放、降低油耗、保證續(xù)航里程,這使其成為了混合動(dòng)力汽車(chē)向純電動(dòng)汽車(chē)過(guò)渡的理想車(chē)型。由于受到設(shè)計(jì)制造工藝、組成材料、能量密度、安全性能、動(dòng)力電池管理系統(tǒng)等方面的制約,電池在成本、壽命、質(zhì)量、安全性等方面依然存在著問(wèn)題,這無(wú)疑會(huì)影響到整車(chē)的購(gòu)買(mǎi)成本、使用成本和使用年限。從目前新能源汽車(chē)的產(chǎn)品來(lái)看,動(dòng)力電池組的壽命仍然不能滿(mǎn)足人們的預(yù)期。當(dāng)動(dòng)力電池組壽命終止時(shí),消費(fèi)者主要有以下三個(gè)選擇:一是根據(jù)質(zhì)保期限,與整車(chē)生產(chǎn)企業(yè)協(xié)商更換動(dòng)力電池或由消費(fèi)者自行更換電池,但目前動(dòng)力電池的質(zhì)保期限均比新能源汽車(chē)產(chǎn)品的壽命要短,且更換成本會(huì)給整車(chē)生產(chǎn)企業(yè)和消費(fèi)者帶來(lái)二次成本消費(fèi);二是報(bào)廢電池,把插電式混合動(dòng)力汽車(chē)作為傳統(tǒng)燃油車(chē)?yán)^續(xù)使用,這會(huì)導(dǎo)致整車(chē)在使用時(shí)間內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性降低;三是繼續(xù)使用電池,這會(huì)增加電池在大功率放電時(shí)發(fā)生安全事故的頻率。目前主流的插電式混合動(dòng)力汽車(chē)能量管理策略大都沒(méi)有考慮電池壽命衰減這一因素,但它卻是影響整車(chē)成本及性能的一個(gè)重要參數(shù)。因此,在制定插電式混合動(dòng)力汽車(chē)能量管理控制策略時(shí),有必要從電池壽命模型入手,使用發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)電池的工作狀態(tài),以改善動(dòng)力電池的使用壽命、優(yōu)化整車(chē)設(shè)計(jì)和降低消費(fèi)者用車(chē)成本。本文主要從以下兩個(gè)方面在控制策略中引入電池壽命衰減:一是在保證整車(chē)動(dòng)力性的前提下,通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整電池的工作狀態(tài),減少電池大倍率充放電的頻率;二是使控制策略中電池的充放電功率限值與其壽命狀態(tài)相匹配,進(jìn)一步延長(zhǎng)電池的使用壽命�；谝陨涎芯磕康暮退悸�,本文主要進(jìn)行的研究?jī)?nèi)容如下:(1)通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn),分析總結(jié)了目標(biāo)車(chē)型的控制策略和電池容量衰退模型的發(fā)展和研究現(xiàn)狀。并基于車(chē)用動(dòng)力電池壽命不能滿(mǎn)足消費(fèi)者需求,過(guò)早更換電池又會(huì)帶來(lái)不必要的二次成本消費(fèi)這一問(wèn)題,確定了本文的主要研究?jī)?nèi)容及章節(jié)之間的邏輯結(jié)構(gòu)。(2)分析了研究車(chē)型的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu),并根據(jù)原型車(chē)參數(shù)和動(dòng)力性能指標(biāo)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電池組和傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比進(jìn)行參數(shù)匹配,在此基礎(chǔ)上建立了發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和發(fā)電機(jī)的數(shù)值模型和三元鋰離子動(dòng)力電池單體PNGV模型。(3)分析了鋰離子動(dòng)力電池的工作原理、壽命的主要影響因素、壽命衰減機(jī)理和壽命測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù),建立了包含循環(huán)壽命和日歷壽命的三元鋰離子動(dòng)力電池容量衰減模型,并對(duì)模型的精度進(jìn)行了驗(yàn)證。(4)從減少電池高倍率充放電頻率的角度,在CD-CS控制策略中引入電池壽命衰減。主要實(shí)現(xiàn)方法如下:根據(jù)下限效率法確定了發(fā)動(dòng)機(jī)高效工作區(qū)下限,發(fā)動(dòng)機(jī)高效工作區(qū)上限是最大轉(zhuǎn)矩曲線�？紤]到充放電倍率對(duì)電池組壽命衰減速率、電池中各電池單體容量一致性的影響,確定了電池組的充放電倍率,從而確定了電池組的充放電功率閾值。(5)從使控制策略中電池的充放電功率閾值與電池的壽命狀態(tài)相匹配的角度,進(jìn)一步在控制策略中引入電池的壽命衰減。并使用MATLAB/Simulink中搭建的整車(chē)模型對(duì)不同控制策略下的整車(chē)使用壽命、油耗、使用成本進(jìn)行了仿真。分析結(jié)果證明了考慮電池壽命衰減的能量管理控制策略既能在一定程度上延長(zhǎng)電池的使用壽命,又能在一定程度上降低整車(chē)的使用成本。
【圖文】：

倍率正相關(guān)的趨勢(shì)，即放電倍率越大，電池單體之間的容量差異性越大。因此，單純地從降低成組對(duì)電池壽命的影響方面考慮，電池組的放電倍率應(yīng)該在大于0.5C 的范圍內(nèi)越小越好。但電池組的放電功率限值還應(yīng)該滿(mǎn)足整車(chē)動(dòng)力性的要求，由 2.3.1 章節(jié)中的循環(huán)工況負(fù)荷功率分布圖可知，18kW 以?xún)?nèi)的放電功率需求在NYCC、1015、NEDC 三種循環(huán)工況的放電時(shí)間歷程中所占的比例均在 90%以上，大于 18kW 的放電功率求減少�？紤]到傳遞過(guò)程中的能量損失，最終將電池組的放電倍率限制在 0.9C，即電池組的最大放電功率Bat max_DP 定為 18.89kW。121==( )=1NiiNiiCOVXNXN （4.1）式中： 表示標(biāo)準(zhǔn)偏差； 是平均值；iX 此時(shí)表示各動(dòng)力電池單體的容量，Ah。

4 考慮電池壽命的 PHEV 能量管理控制策略電倍率恒流充電的各動(dòng)力電池的容量一致性，試驗(yàn)結(jié)果如圖 4.4 所示，從圖中可以看出各電池單體間容量的一致性隨著充電倍率的增大而變差。因此，需要對(duì)制動(dòng)模式下驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)電功率進(jìn)行限制，這就需要首先分析整車(chē)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)/車(chē)載電源的充電需求功率。為了得到 NEDC 循環(huán)工況中的充電功率分布情況，，利用MATLAB/Simulink 建立 PHEV 在制動(dòng)模式下的后向仿真模型，用此模型計(jì)算出整車(chē)在 NEDC 循環(huán)工況下的充電功率需求，結(jié)合式（2.4）得出整車(chē)在 NEDC 循環(huán)工況下的充電功率需求分布，如圖 4.5 所示。由圖 4.5 可以得出：整車(chē)的最大充電功率需求是 16kW，小于 10kW 的充電需求功率占比 90%，5kW 以?xún)?nèi)的充電功率需求占比 85%，即大部分時(shí)間內(nèi)整車(chē)的充電功率需求不超過(guò) 5kW。兼顧充電倍率對(duì)電池成組差異性和整車(chē)充電功率需求，最終選擇電池組的充電倍率為 0.35C，由此可以計(jì)算出動(dòng)力電池組的最大充電功率Bat max_CP 為 7.35kW。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TM912

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2597492