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基于锂电池与超级电容的电动汽车混合动力系统能量管理研究

韩凯  
【摘要】:电动汽车因其节能环保的优点受到人们广泛青睐。目前大多数电动汽车以锂电池作为主要能源,然而单独使用锂电池可能导致电池组过热并缩短其寿命,需要配合辅助能源使用。超级电容可以实现快速充放电,而且功率密度大、瞬时功率高,可以与锂电池组成混合动力系统作为动力源。本文针对混合动力系统的能量管理进行了以下研究:首先,概述了本文的研究背景,分析目前国内外能量管理策略的发展现状以及主要研究方法,针对传统能量管理策略中存在的不足,提出了本文的主要研究内容。介绍了实验所采用的电动汽车研究实验平台,并根据各储能单元的工作原理及特性建立了锂电池和超级电容的等效模型,推导了汽车运行所需功率与速度的关系。其次,为了降低混合动力系统的能量损耗,在基于规则的能量管理策略的基础上,设计了两种能量管理策略:基于规则与非线性预测控制的复合能源管理策略以及基于规则与Q-learning增强学习的复合能源管理策略。两种策略中,在汽车处于驱动状态时,分别通过非线性预测控制以及Q-leaming增强学习完成对混合动力系统的能量管理,其他情况则直接根据规则进行能量管理。最后,在MATLAB仿真平台与电动汽车实验平台上选取ECE及UDDS两种工况进行仿真与实验。仿真和实验结果表明,所提出的两种策略都可以实现功率的合理分配,降低系统的能量损耗,减少锂电池的使用,延长锂电池的寿命。同时,基于规则与Q-learning增强学习的复合能源管理策略在能量的实时管理方面效果更好。


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