电动汽车锂电池工作特性等效电路比较研究

分析了锂离子电池的特性和充放电原理,介绍了锂离子的电化学模型、Rint模型、四阶动态模型、PNGV模型、GNL模型以及Thevinin电路模型,分析了各等效电路模型的优缺点,综合分析各种等效电路特点,确定了Thevinin等效电路模型作为电动汽车锂离子电池SOC估算的电池模型的分析方式。     

电动汽车锂电池建模仿真及SOC估计研究

为了提高电动汽车用动力锂电池模型精度及荷电状态(SOC)估算精度,以PNGV等效电路模型架构为基础进行模型改进,考虑SOC估算精度主要受充放电倍率、温度及电池容量变化等的影响,结合改进模型及扩展卡尔曼滤波算法(EKF),对SOC估算输入参数进行加权修正处理,并在Matlab/Simulink中建立仿真模型。实验和仿真对比表明,改进模型能够较好地模拟电池充放电特性,与改进EKF算法的结合对SOC的估算精度较高,可将模型与算法进一步应用于电动汽车电池管理系统的研究中。     

分布式驱动电动汽车EPS设计与联合仿真研究

针对汽车转向的轻便性和稳定性问题,对分布式驱动电动汽车EPS进行了研究。设计了助力电机电流的模糊PID控制算法,建立了以Adams/Car为平台的分布式驱动电动汽车模型,提出了一种基于Car和Matlab/Simulink的机电一体化联合仿真方法,利用联合仿真模型的闭合控制回路对分布式驱动电动汽车的转向轻便性进行了双移线工况仿真,对操纵稳定性进行了转向盘角阶跃输入和低速转向回正仿真试验,分析了转向盘力矩、横摆角速度和车辆侧向加速度响应曲线。仿真研究结果表明:EPS控制下转向轻便性和操纵稳定性分别提高35.5%和13.9%,与PID控制相比,所设计的模糊PID控制提高了汽车转向综合性能。     

考虑行驶工况的电动汽车驱动电机动态温升计算

为给出考虑整车参数和实际工况时系统的电动汽车驱动电机动态温升计算方法,在概括主要研究思路的基础上,给出了电动汽车驱动电机动态温升研究方法的具体实现过程。首先,将实际电机的特性曲线嵌入到在Advisor整车系统中,基于拉格朗日极值定理,建立逆动态电流解耦模型,实现了运行工况下考虑整车参数的电机瞬态电流提取;其次,将工况电流作为Ansys温度场模型的输入,计算了实际行驶时驱动电机的动态温升;最后,搭建实验测试平台进行实验测试。实验结果和仿真结果显示了很好的一致性,证明了所提电动汽车驱动电机动态温升计算方法的准确性和有效性。     

电动汽车动力锂电池模型参数辨识

针对纯电动汽车上动力锂电池等效模型参数辨识的问题,以某纯电动汽车的由87个单体串联的84 Ah的镍钴锰三元锂电池组为研究对象,基于市区行驶的电池数据,选用了二阶RC电池等效模型,辨识了等效模型的参数。基于整体电池数据,选取出了8段在连续的12个(及12个以上)采样周期内相邻两个采样点的电流变化绝对值超过0.2 C的电池数据段,分别对初始开路电压最大和最小的单体进行了参数辨识。以最小二乘法对电流连续变化最长的一段电池数据段作为参数辨识的结果,并结合整体电池数据对辨识得的结果进行了参数的验证。研究结果表明,初始开路电压最大单体的绝对误差平均值为3.62%,初始开路电压最小单体的绝对误差平均值为3.24%,满足工程要求,可运用于工程实践中。     

电动汽车电子差速控制策略研究

轮毂电机具有响应快速、能量利用率高等特点,但轮毂电机驱动的电动汽车由于取消了发动机、变速器、差速器等机构,因而可靠性需要得到保证.针对分布式驱动汽车进行电子差速策略的研究,建立二自由度汽车动力学模型,并在Carsim软件中输入电动汽车的相关参数进行建模;其次,建立了永磁无刷直流电机的电磁转矩方程和电压方程,在电流调节器的选择上采用PID控制器.在对无刷直流电机模型的验证过程中,给定阶跃和正弦波两种测试电压信号,观察所搭建模型的响应特性;再者,搭建了基于阿克曼转向原理建立的电子差速控制和基于直接横摆力矩控制的两种控制器,对建立的两种控制器在低、中、高速并在正弦波输入的工况下进行仿真测试.分析结果表明,在低速时下两种控制器均有较好的控制效果,而高速时采用直接横摆力矩控制的控制器效果更好.     

LCC型无线恒流/恒压充电系统的控制

为了满足电动汽车动力锂电池的充电需求，提出了一种恒流/恒压切换控制，通过调整逆变级的移相角实现该控制策略。为了适应负载的变化，提高控制性能，将整流级之前的电路用戴维南等效与降阶处理，简化控制模型，通过最小二乘法辨识整流级的输入电压和电流基波，确定等效负载。使用该等效电路与简化模型，分别设计了恒流输出和恒压输出时的PI控制器，实现电动汽车动力锂电池“先恒流后恒压”的充电需求，最后在MATLAB/Simulink中搭建了仿真模型，验证了理论分析和控制方法的正确性和可行性。     

电动汽车电池测试系统建模与仿真

针对电动汽车运行过程中产生的谐波会造成电池放电不均匀及导致电池使用寿命减短的问题,为了快速地测试不同电感电容对直流母线谐波的抑制效果,在Simulink下搭建了以电池模型为核心的电池测试系统模型.通过对现有3种常用电池等效电路模型的对比和二阶RC模型的分析,详细描述了电池二阶RC模型中各个部分的作用.采用电池实际放电时采集到的数据,通过最小二乘法对电池开路电压与SOC之间非线性关系进行了曲线拟合,同时对等效电路中的电阻电容参数进行了辨识;介绍了矢量控制算法的原理并采用该控制算法对电机驱动系统进行了建模;最后,建立了整个系统的模型,并设计了两个实验进行了验证.实验结果表明,从所建立的电池测试系统模型得到的数据与实际系统得到的数据相似,该模型可以用来仿真电动汽车运行实际电路.     

智能车辆巡航建模与硬件在环试验

采用软计算方法设计了智能车辆巡航的神经网络-模糊控制模型。模型采用两输入、单输出方式,两输入分别为车间距离和两车相对车速,单输出为油门量或者刹车量。为了获取模型训练和仿真的数据,设计了车辆跟随试验,试验采用GPS和蓝牙无线通信模块来实时获得两车间的相对距离和相对车速。利用试验数据对CANFIS（collective adaptive neuro-fuzzy inference system）模型进行离线训练,建立了巡航车间距离模型。根据建立的模型设计了控制器,并基于实时仿真平台DSPACE1103进行了硬件在环试验。仿真结果和试验结果对比表明,建立的模型具有一定的合理性,较好地体现了车辆系统的非线性特性。     

部分输入非持续激励下车辆模型系统辨识

车速和转向盘转角是用于操纵稳定性研究的车辆模型的两个输入,但是在单次试验中两个输入难以同时作为持续激励输入,由此导致了部分输入非持续激励条件下所得到的辨识模型不完整。为了解决这一问题,通过对一组蛇行试验进行不同模型结构的系统辨识,分析以车速为非持续激励输入下车辆系统模型的结构特征,提出基于Wiener模型的非线性辨识模型结构。这一模型结构包括以转向盘转角为单输入的线性辨识模型以及以车速作为变量的非线性函数。基于子空间方法获得最低试验车速下的线性辨识模型,对不同车速下的蛇行试验数据进行相关分析,获得线性系统输出残差与车速之间的关系,使用最小二乘的方法拟合出非线性函数,从而最终形成统一的非线性辨识模型。经过实车试验验证,非线性辨识模型可以适用于不同车速下的操纵稳定性研究,其精度满足使用要求。而由于辨识建模所使用的试验均为国家标准试验,使得这一方法具有了良好的工程应用价值。     

基于复合电源恒流控制的电动车再生制动系统研究

超级电容具有功率密度大的特点,将其作为电动车的辅助电源,能够弥补动力电池功率密度低的缺陷。以电动车再生制动系统为研究对象,建立由直流无刷电动机和Buck-Boost型DC-DC变换器、超级电容组及控制器组成的复合电源的电动车再生制动系统的数学模型。为对电动车再生制动系统模型进行验证,设计开发再生制动模拟试验系统,采用小功率直流无刷轮毂电动机驱动系统模拟电动车驱动系统,采用飞轮惯性矩模拟电动车惯性负载。在此基础上对再生制动系统数学模型进行仿真计算和试验验证,结果表明所建立的数学模型准确有效。以制动过程中制动力矩波动范围小为目标,采用恒流控制策略对电枢电流进行控制。仿真结果表明,由动力电池和超级电容组成的电动车复合电源,能够有效吸收再生制动能量,所采用的恒流控制策略能够实现制动过程中的制动力矩稳定及较高的能量回收效率。     

基于扩展卡尔曼滤波的锂离子电池荷电状态估计

针对电池荷电状态（SOC）难以准确估计的问题，采用扩展卡尔曼滤波方法来提高SOC的估计精度。首先以磷酸铁锂电池为研究对象，建立了电池的PNGV等效电路模型，并采用充放电实验和离线辨识的方法得到模型中的参数，得到了开路电压、欧姆内阻、极化内阻和极化电容与SOC的多项式函数关系；然后，对模型进行验证，并分析了模型的准确性；最后，在实际工况下，运用扩展卡尔曼滤波方法估计锂离子电池的SOC值，并与安时法计算的SOC值进行比较。结果表明，PNGV模型结合扩展卡尔曼滤波方法估计的锂离子电池SOC值的最大误差仅为2.78%，提高了电池SOC的估计精度。     

基于扩展卡尔曼滤波算法的燃料电池车用锂离子动力电池荷电状态估计

针对燃料电池汽车用锂离子动力蓄电池建立一个简单物理模型和一个复杂物理模型,它们分别以不同等效电路来描述电池的动态特性,然后将这两个物理模型中各物理量和状态量之间的关系表达成离散化的状态空间方程.在此基础上,利用在燃料电池汽车实车运行过程中测得的包括电流、电压等数据,基于扩展卡尔曼滤波算法对锂离子动力电池的荷电状态进行估计,并对利用两种模型进行估计的结果进行比较分析.分析结果表明,基于电池等效电路模型的卡尔曼滤波电池荷电状态估计算法是有效的,并且电池模型对估计结果的影响较大,利用精确的电池模型容易达到较高的估计精度.     

动力蓄电池包挤压失效仿真与实验

为提高动力蓄电池包挤压仿真的精度，将延性损伤准则引入到有限元仿真，通过单轴拉伸试验、纯剪切试验与缺口件拉伸试验与有限元仿真，获得了某动力蓄电池包结构所用材料6061-T6铝合金的延性损伤参数。型材三点弯曲试验、动力蓄电池包挤压试验与有限元仿真的结果表明：输入延性损伤参数的有限元仿真结果与试验结果误差小，能较为准确地模拟铝合金损伤对结构承载性能的影响；不考虑材料失效的结果与试验结果误差较大。     

ENERGY MANAGEMENT STRATEGY FOR PARALLEL HYBRID ELECTRIC VEHICLES

Energy management strategy (EMS) is the core of the real-time control algorithm of the hybrid electric vehicle (HEV). A novel EMS using the logic threshold approach with incorporation of a stand-by optimization algorithm is proposed. The aim of it is to minimize the engine fuel consumption and maintain the battery state of charge (SOC) in its operation range, while satisfying the vehicle performance and drivability requirements. The hybrid powertrain bench test is carried out to collect data of the engine, motor and battery pack, which are used in the EMS to control the powertrain. Computer simulation model of the HEV is established in the MATLAB/Simulink environment according to the bench test results. Simulation results are presented for behaviors of the engine, motor and battery. The proposed EMS is implemented for a real parallel hybrid car control system and validated by vehicle field tests.     

基于扩展H∞粒子滤波算法的动力电池寿命预测方法

动力电池的性能随着使用会出现不可避免的老化,直接影响着电动汽车的性能和使用。在动力电池使用过程中对其进行剩余寿命的预测,可以确定动力电池的最佳维修和更换时机,进而有效延长动力电池寿命,增加电动汽车的续驶里程。因此,采用扩展H_∞粒子滤波算法进行动力电池的剩余寿命预测。进行锂离子动力电池循环老化试验,获取其全寿命周期的容量衰减数据。采用双指数拟合的方法建立电池容量衰减模型,并验证其准确性。将模型参数作为状态量,采用扩展H_∞粒子滤波算法对模型参数进行实时估计与更新,获得剩余循环次数以及预测结果的可信度。仿真结果表明,基于扩展H_∞粒子滤波算法得到的动力电池剩余寿命预测结果与基于粒子滤波得到的预测结果相比更加精确。     

一种适用于应急工程车液力传动匹配的逆向算法

发动机和液力变矩器的动力匹配对应急救援排障工程车动力性的研究具有重要意义。两者匹配的理论算法已经相对成熟,但目前算法存在对人员经验要求高、效率低的问题,针对上述问题,提出一种适用于应急救援工程车的发动机与液力变矩器逆向匹配算法,首先根据整车参数及设计指标计算确定发动机型号,再选取工程车起步、高速行驶、高效运行以及换挡四种特殊工况进行计算,得出两者共同输出特性,然后计算出变矩器的原始特性数据进行拟合,直接获取目标变矩器的原始特性曲线,以此为参考确定变矩器型号。为验证算法可行性,使用该算法对某型号的应急救援排障工程车进行计算,选定发动机与变矩器型号,使用Matlab/Simulink和Recurdyn中Soil-Tire工具包建立整车数学模型及三维模型进行联合仿真,得出发动机与液力变矩器共同工作的输出曲线及车速输出曲线,验证理论结果可以满足车辆需求。     

SEMI-ACTIVE CONTROL OF VEHICLE SUSPENSION WITH MAGNETO-RHEOLOGICAL DAMPERS:PART III——EXPERIMENTAL VALIDATION

A hardware-in-the-loop (HIL) test and simulation platform is developed in the laboratory, so as to validate the performance characteristics of the proposed skyhook-based asymmetric semi-active controller in Part I, and examine the validity of the proposed MR-damper model in a system surrounding. A real-time monitor is designed to assess and monitor the responses of the quarter-vehicle model in the HIL platform, and to select the excitation, controller synthesis, and the output displays. A drive current circuit hardware employing PID feedback technique is developed to compensate for the time delays from the servo-controller and drive current circuit, in which a small resistance is integrated in the current amplifier circuit to provide the feedback signal. The experiments were performed to measure the responses of the quarter-vehicle MR-suspension models with fixed current and the proposed semi-active MR-damping variations, under harmonic, rounded pulse and random road excitations. The measured data were compared with the corresponding model results to examine the model and controller validity, and revealed generally good agreements in the model and tested results and very little sensitivity of the tested responses to variations in the sprung mass. The HIL test results validate the effectiveness of the proposed skyhook-based semi-active asymmetric controller and its high robustness against the vehicle load variations in view of the intelligent vehicle suspension design.     

氢燃料电池客车动力传动系统参数匹配研究

基于传动系部件参数直接影响车辆性能的事实,以车辆项目开发参数为目标,对某款氢燃料电池客车的动力传动系统进行了参数匹配研究;综合CRUISE与MATLAB软件的优点,通过软件交付的方法建立了该车型动力传动系统仿真模型,对整车进行在线仿真分析及试验验证。仿真结果表明:氢燃料电池客车最高车速、加速度、峰值扭矩等参数满足氢燃料电池客车所需的目标动力性能,客车动力传动系统的经济性能在满足要求的前提下并保留一定的裕量;氢燃料电池堆工作点发电策略有效,动力传动系统参数匹配合理,验证了氢燃料电池客车零部件参数选型的匹配策略。