基于云模型和电池退化模型的插电式混合动力电动汽车能量管理策略研究

In this project, energy management strategy (EMS) is selected as the research object, which is the core technology of plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) design. In order to make full use of external charging electric energy and to ensure battery longevity, study on EMS of PHEVs based on cloud model and battery degradation model is proposed. Considering the EMS is restricted by the drivetrain component sizes, a method of drivetrain component parameter matching in PHEV using multi-objective optimization technology is presented. Study on the relationship between the battery charge/discharge cycle and battery energy and capacity degradation, a battery degradation model reflecting different driving mode is constructed, so that the battery health factors are considered quantitatively in the EMS. Because of complex system configuration, it is difficult to found precise mathematics model of PHEV drivetrain. Using this characteristic, a PHEV EMS based on cloud model is presented to design a control system with stronger robustness, better real-time dynamics. Considering drivetrain component sizing and EMS design influence each other, an approach is provided to optimize simultaneously component sizes and control strategy parameters based on cloud model and battery degradation model, in the hope of obtaining an excellent control system with low cost, less exhaust emission and better robustness and lay the foundation for the PHEV industrialization.

围绕能量管理策略这一核心技术，为了在充分利用外部充电电能的同时保证车载动力电池的使用寿命，提出基于云模型和电池退化模型的插电式混合动力电动汽车能量管理策略研究。考虑能量管理策略的制定受动力系统元件尺寸大小的制约，提出采用多目标优化技术对动力系统元件尺寸进行优化匹配。研究电池充放电循环与电池能量和容量退化的关系，构建能够反映整车不同驱动模式的电池退化模型，以便在制定能量管理策略时定量地考虑电池的退化因素。针对动力系统结构复杂、建立精确数学模型困难的特点，引入云模型理论构建其能量管理策略，以便设计出鲁棒性、实时性和系统动态特性好的控制系统。考虑动力系统元件尺寸与整车能量管理策略相互制约、影响，提出采用优化算法同步优化动力系统元件尺寸和设计基于云模型和电池退化模型的能量管理策略，以期设计出整车制造和使用成本低、尾气排放量少、鲁棒性好的高性能控制系统，为插电式混合动力电动汽车产业化奠定基础。

插电式混合动力电动汽车是最有发展前景的混合动力电动汽车驱动模式，是向最终的清洁能源汽车过渡的最佳方案之一。能量管理策略是整车控制的核心，是实现混合动力汽车低油耗和低排放等目标的关键所在。本项目围绕能量管理策略这一核心技术，为了在充分利用外部充电电能的同时保证车载动力电池的使用寿命，提出基于云模型和电池退化模型的插电式混合动力电动汽车能量管理策略研究。首先，考虑能量管理策略的制定受动力系统元件尺寸大小的制约，提出采用多目标优化技术对动力系统元件尺寸进行优化匹配，仿真结果表明所提出的优化匹配方法在满足整车动力性能要求的基础上能显著减少动力系统成本。然后，研究电池充放电循环与电池能量和容量退化的关系，构建能够反映整车典型工作模式的电池退化模型，以便在制定能量管理策略时定量地考虑电池的退化因素。实验表明，在整车的典型工作模式下电池的退化与环境温度、放电倍率和电池工作时最小SOC的设定值相关。接着，针对插电式混合动力电动汽车动力系统结构复杂、建立精确数学模型困难的特点，引入云模型理论构建其能量管理策略，仿真实验表明有效地解决随机性和模糊性共存的问题，基于云模型的能量管理系统动态特性好，具有更强的鲁棒性。最后，考虑动力系统元件尺寸与整车能量管理策略相互制约、影响，提出采用优化算法同步优化动力系统元件尺寸和设计能量管理策略。仿真结果表明，这种同步优化匹配方法能够在保证整车动力性能的基础上计出整车制造和使用成本低、尾气排放量少、鲁棒性好的高性能控制系统。本项目的研究为插电式混合动力电动汽车的研发提供技术参考。