基于分层动态优化控制的纯电动汽车复合能源动力系统能量管理策略研究

纯电动汽车具有环保、节能、高效等显著优点，已引起国内外专家的广泛关注。但蓄电池的比功率低，循环次数有限，动态响应具有一定的时滞，难以满足电动汽车负载实时变化的要求，需要配置超级电容共同构成复合电源动力系统。其动力系统是一个多输入多输出、强耦合的非线性系统，如何提高动力系统的动态响应能力，并合理控制能量流，保证动力系统高效平稳运行是其中的难点与关键。为解决这个问题，本课题提出基于模糊逻辑及动态规划的分层优化控制方法。首先基于数值方法建立蓄电池、超级电容等子系统的动态模型，在此基础上分析动力系统在各个典型工作模式下存在的负载平稳、负载突增、负载突减、能量回馈等多个运行状态，针对各个运行状态建立动力系统的能量流模型；然后为各个能量流模型设计底层模糊逻辑控制策略，最后设计上层基于动态规划优化的自适应模糊逻辑控制器，通过对底层控制策略进行自适应切换优化能量流，以达到系统快速高效稳定运行的目的。

纯电动汽车具有环保、节能、高效等显著优点，发展纯电动汽车成为缓解能源短缺和环境污染的重要途径。但蓄电池的比功率低，循环次数有限，动态响应具有一定的时滞，难以满足电动汽车负载实时变化的要求，需要配置超级电容共同构成复合电源动力系统。其动力系统是一个多输入多输出、强耦合的非线性系统，如何提高动力系统的动态响应能力，并合理控制能量流，保证动力系统高效平稳运行是其中的难点与关键。本课题提出基于模糊控制的分层动态优化控制方法。首先基于典型市区循环工况对电动汽车整车需求功率特性进行分析，表明储能系统的输出功率应具有瞬时功率大但持续时间不长的特点，采用具有高比能量的动力电池和高比功率的超级电容组成的复合电源系统代替单一的动力电池是可行的。其次建立纯电动汽车复合电源动力系统及蓄电池、超级电容等子系统的动态特性模型，在此基础上分析动力系统在各种典型循环工况下存在的负载平稳、负载突增、负载突减、能量回馈等多个运行状态；根据复合电源电动汽车的能耗特性及蓄电池、超级电容的动态特性，划分了复合电源动力系统的工作模式，并基于效率最优目标建立了动力系统效率获取模型，在效率获取模型的基础上，结合效率优化算法，合理的识别和划分了各种工作模式及其切换规律；基于模糊控制和PI控制方法设计了模糊-PI控制模块，使再生制动系统的制动电流具有较高的控制精度和较快的响应速度，使驾驶员获得更好的驾驶感觉，提高车辆的制动安全性；基于模糊控制方法设计了复合电源动力系统能量管理控制策略。结果表明，采用复合电源系统的能量消耗率比采用动力电池作为单一电源明显降低，说明所建立的复合电源能量管理策略有效可行，能实现复合电源动力系统安全高效运行。