适用于混合动力汽车使用的主动控制式复合电源优化设计理论与自适应控制算法研究

本研究选用双向功率转换器控制下的超级电容作为功率分支，与动力电池并联组成主动控制式复合电源，使系统达到在功率匹配基础上的效率匹配，且整车全寿命周期内的使用费用最少。结合一汽深度混合动力客车产业化实践，重点研究：（1）仿真与实验相结合，探究各部件特性，确定整车混合度与其车载电源合理功率与能量分配比例（P/E）的对应关系；（2）依据部件特性及整车需求，确定主动控制式复合电源布局及选型依据，以P/E为设计指标，研究不同配置的复合电源对整车的节能贡献度，提出基于整车混合度的复合电源参数匹配与优化设计理论；（3）将工况识别技术与多目标优化策略相结合，制定出适用于不同工况的电池组动态峰值功率预测条件下的复合电源自适应优化控制算法，最大限度地发挥超级电容为蓄电池"削峰填谷"的作用，使整车及电源系统性能均达到最佳。

针对混合动力汽车用复合电源构型、参数匹配以及自适应控制等技术难题开展了理论与实践相结合的科研攻关，搭建了满足整车布置空间及线束接口定义的复合电源性能样机，并完成了实车性能试验，取得了关于复合电源设计理论及其评价方法、自适应控制算法、动力电池特性快速测取，以及利用最小二乘和在线参数辨识相结合的方法对电池组SOC进行准确估算等方面的多个标志性成果，主要成果如下:. 1）首次提出了PE函数的概念，建立了车载电源功率需求与其性能表现之间的直接联系，该方法是一种既可以将原始数据中所包含的信息被完整地保存下来，又可以被方便处理的混合动力汽车车载电源工作数据统计格式和方法；建立了基于PE函数和PE矩阵的车用复合电源性能分析方法，实现了以充放电能力、效率和电源寿命综合最优的复合电源参数优化，系统总结出复合电源参数优化流程；.2）在复合电源控制方面，以包含发动机油耗和复合电源电耗在内的动力系统比油耗最低为目标，完成了系统控制参数计算，得到了效率最优的逻辑门限控制参数组；并根据复合电源中超级电容组能量容量较小的特点，提出了基于车速的动态期望超级电容组能量状态值（SOE）的调节算法；引入复合电源能量状态模糊隶属度函数对控制参数进行在线调节，实现了具有电量平衡功能的整车控制策略，搭建了复合电源混合动力汽车整车性能仿真平台，离线仿真结果验证了系统所应达到的预想效果。.3）以所提出的混合动力汽车车载复合电源优化设计理论及自适应控制算法为指导，首次搭建了适用于深度混合动力客车使用的主动控制式复合电源原型样机，并完成了装车试验及性能对比，试验结果表明，所搭建的复合电源在满足原车动力性能要求的基础上，能够使整车燃油经济性进一步提高7%，且使复合电源中电池组寿命得到较大幅度的延长。. 结合项目研究，培养硕士研究生4名，博士研究生2名，在国际学术期刊、国际会议及国内核心期刊上发表论文12篇，所发表的论文中，被SCI收录1篇、核心EI期刊收录4篇、国际会议EI收录6篇，申请国家发明专利和实用新型专利各1项，其中实用新型专利已得到授权。