摘 要

在这个迅速发展及其快速生活的节奏中的时代中，运输业得以快速发展的同时，家庭轿车以及其他汽车在使用上也来越广泛，以及世界对于石油、煤炭等等传统资源的已经处于严重的匮乏状态，和地球的环境处于日益恶化的状态。

于是，随之而来的是需要一种新型、无污染的 能源动力系统为来代替以往传统能源石油给汽车所提供的能量。首选的自然是使用燃料电池，如今在汽车、公共汽车、电车、火车和飞机上等运输交通方式上都得以广泛使用。燃料电池与传统内燃机相比，它们提供高效、低噪音和接近零排放的电力。但是为了提高燃料电池系统的动力性和功率密度，就要将燃料电池与锂离子电池或超级电容器等新型储能装置进行混合。由于这种混合中的一部分负载能量是由电池/超级电容器提供的，从而使得燃料电池系统得到优化，以便实现更好的燃油经济性和性能。其次单独使用锂电池对其负载提供部分能量时，会导致电池组过热而使得其寿命大幅度缩短，因此需要与超级电容等辅助能量一起使用。超级电容器具有充放电快、功率密度高、功率高等优点。因此，燃料电池、锂电池和超级电容器组成的混合动力系统将作为动力源，这也是本文所要研究的主要内容。

本文讨论了上述混合系统。首先，概述了国内外混合动力电动汽车的发展。其次，探究了燃料电池、锂电池和超级电容的特性，在此基础上构建了等效模型。同时，同时并将转换器DC/DC及DC/AC进行特性分析和建模。

于是，针对传统能量管理策略中存在的不足，本文选择了几种较为先进的能量管理控制策略：状态机控制策略，经典PI控制策略，基于规则的模糊控制，等效消耗最小化策略（ECMS）。对该混合动力系统进行优化。最后，选择两种典型工况UDDS和NEDC在MATLAB上进行仿真。仿真结果表明所提出的几种方案都可以实现功率的合理分配，降低系统的能量损耗，有效改善燃料电池的耗氢量，以及降低燃料电池和锂电池的使用量，从而延长了锂电池的使用寿命。同时对所选的方案进行比较得出更好的能量控制策略。

关键词： 能量管理策略,仿真,行驶工况,电动汽车,优化,混合动力

Abstract

In this era of rapid development and the rhythm of its rapid life, while the transport industry has been developing rapidly, family cars and other cars have also become more and more widely used, and the world for oil, coal and other traditional resources has been in a serious state of scarcity, and the Earth's environment in a deteriorating state.

Thus, a new, pollution-free, energy-powered system is needed to replace the energy provided to cars by conventional oil. The preferred mode of transportation is, of course, fuel cells, which are now widely used in cars, buses, trams, trains and planes. Fuel cells provide power that is more efficient, less noisy and closer to zero emissions than conventional internal combustion engines. But to improve the power and power density of fuel cell systems, they need to be mixed with new energy storage devices such as lithium-ion battery or supercapacitors. Because some of the load energy in this hybrid is provided by the battery / supercapacitor, the fuel cell system is optimized for better fuel economy and performance. Second, when lithium batteries are used alone to power part of their load, they overheat the battery pack and shorten its life considerably, so they need to be used with auxiliary energy such as ultracapacitors. Supercapacitors have the advantages of fast charging and discharging, high power density and high power. Therefore, the hybrid power system composed of fuel cell, lithium battery and supercapacitor will be used as power source, which is the main content of this paper.

In this paper, the above hybrid system is discussed. First, an overview of the development of hybrid electric vehicle at home and abroad. Secondly, the characteristics of fuel cell, lithium battery and supercapacitor are studied, and the equivalent model is constructed. At the same time, the characteristics of DC / DC and DC / AC converters are analyzed and modeled.

So, aiming at the deficiency of the traditional energy management strategy, this paper chooses several Advanced Energy Management Control Strategies: State Machine Control Strategy, classic Pi Control Strategy, rule-based mode and control, frequency decoupling and state machine control, equivalent consumption minimization (ECMS) , external energy maximization (EEMS) . The hybrid system is optimized. Finally, two typical operating conditions UDDS and NEDC are selected for simulation in Matlab. The simulation results show that the proposed schemes can achieve reasonable power distribution, reduce the energy loss of the system, effectively improve the hydrogen consumption of fuel cells, and reduce the use of fuel cells and lithium batteries, therefore, the service life of lithium battery is prolonged. At the same time, the better energy control strategy is obtained by comparing the selected schemes.

Keywords: Energy management strategy, simulation, driving conditions, ev, optimization, hybrid

目录

摘要 I

Abstract 2

第1章 绪论 1

1.1研究背景与意义 1

1.2 国内外电动汽车发展及现状 2

1.2.1 国外混合动力电动汽车发展状况 2

1.2.2我国混合动力电动汽车发展状况 3

1.2.3能量管理策略国内外研究现状 4

1.3本文主要研究内容及章节安排 5

第2章 混合动力系统 6

2.1燃料电池 6

2.2 锂电池、超级电容和转换器 8

2.2.1 锂电池特性 11

2.2.2.1磷酸铁离子电池充放电特性分析 12

2.2.2.2 放电容量保持率 13

2.2.2.3锂电池模型 14

2.2.3超级电容 15

2.2.3.1超级电容特性 15

2.2.3.2超级电容充放电特性 17

2.2.3.3超级电容模型 19

2.2.4 DC/DC 变换器模型 20

2.2.5 DC/AC 变换器模型 21

第3章 能量管理策略（EMS） 23

3.1状态机控制策略 24

3.2 经典PI控制策略 26

3.3等效消耗最小策略（ECMS） 26

3.4 模糊控制策略 27

3.4.1模糊能量管理控制器设计 27

3.4.2 基于模糊规则控制策略 28

3.4.3基于模糊控制的能量管理策略 29

3.4.4隶属度函数的确定 30

3.4.5去模糊化 32

第4 章 仿真结果与分析 33

4.1工况分析 33

4.2对比分析仿真结果 35

第5章 总结与展望 39

致谢 40

参考文献 41

第1章 绪论

1.1研究背景与意义

当下，随着汽车数量的不断增多，能源消耗不断比例不断提高，石油资源已日趋紧缺。对于当今这个正在倡导绿色生态文明的世界大环境之下，那种使用传统能源的燃油汽车在这个时代下已经不能够适应现在的发展。因此全世界的每个国家的科学家都不谋而合的为了寻找能够替代石油的产品而付出巨大的努力，从而希望能够使汽车这一项产业的发展能够有更进一步的突破。

作为汽车行业在当今时代所追求的共同趋势—节能减排，新能源汽车在当今发展趋势之下，混合动力汽车的数量连年增加，其在汽车工业中的份额也在持续增长。目前，混合动力汽车是汽车工业研发的重要领域之一，未来发展空间较大，具有广阔的市场前景。

混合和动力系统的汽车首先会保证石油燃料的消耗降低，其次对续航能力具有相当强的保证能力，所以混合和动力系统的汽车作为燃烧消耗油料的汽车的替代品在现阶段是非常可取的一种方法措施。但是混合和动力系统的汽车发展并不完善从而需要在时间的持久和距离的久远上进行更多的研究和深造以便为了汽车的续航能力得到有效的保证。同时混合和动力系统的汽车也应该在其操作方式上向安全便捷方面上进行转变，来达到在汽车在驾驶时的行驶速度得以保证的同时在其快速驾驶的过程中可以使用控制装置来完成无缝切换的条件。

在混合动力系统的汽车中的燃料电池系统的动力性以及功率密度有待提高，故而选择把燃料电池与锂离子电池或者超级电容器等其他的新型的具有储能效能的装置器件进行混合(混合动力系统是指两个或两个以上的电源系统、锂燃料电池超级电容器等)。