纯电动汽车能量管理关键技术及高压安全策略研究

【摘要】：纯电动汽车能量管理系统是纯电动汽车整车能量分配与优化、纯电动汽车动力电池管理系统、纯电动汽车制动能量回收系统的集成。以能量管理为主线，运用模糊控制理论对纯电动汽车能量管理系统的关键技术进行了深入的研究，并将研究成果应用到实际产品中。纯电动汽车高压安全技术是纯电动汽车的关键技术之一。首先，分析了高压安全系统的构成及功能，并针对绝缘检测模块中无源绝缘电阻检测方法的弊端，研究了有源绝缘电阻检测方法。第二，根据纯电动汽车高压安全系统要求设计了纯电动汽车高压安全软启动电路，并应用到实际产品中。 纯电动汽车续驶里程受限是制约纯电动汽车产业化的关键问题，根据纯电动汽车的驾驶特性，将纯电动汽车分为三种驾驶模式，动力模式、经济模式、常规模式。动力模式注重提高车辆的动力性能，电机控制系统对于加速踏板响应更为迅速，驱动电机输出当前转速下更高的转矩值，使得车辆具备更好的加速能力和爬坡能力；经济模式则以最大的续驶里程为控制目标，在满足车辆基本行驶条件的前提下，电池系统、电机系统尽量工作在高效区，最大限度的延长车辆的续驶里程；常规模式为正常驾驶模式。运用模糊控制的方法设计了整车控制器，并经过Matlab软件仿真和实车试验来证明结果有效性。 纯电动汽车动力电池管理系统是能量管理系统的核心，其中采集系统是数据信息获取的通道，它的信息准确与否直接影响到车辆的运行安全以及剩余续驶里程的估算。然而针对在信号采集及传输过程中经常出现时滞问题，运用常时滞T-S模糊系统状态反馈控制方法，给出了非线性常时滞T-S模糊系统的相关稳定性条件，设计了稳定性控制器并经过试验验证，很好的解决了纯电动汽车电池管理系统采集系统数据采集及传输过程时滞问题。针对更为复杂的纯电动汽车远程监控系统中无线图像传输时滞问题，研究了基于Roesser模型的二维离散系统稳定性控制理论。此外，针对纯电动汽车动力电池管理系统采集系统执行器故障可能导致系统不稳定的问题，提出了一种基于T-S模糊系统的可靠性控制器设计方案，该控制器采用了不同的控制架构，从而引入更多控制增益矩阵变量，并通过线性矩阵不等式给出可靠控制器设计条件，降低了控制系统的保守性，并通过仿真验证。 纯电动汽车制动能量回收系统能够有效的延长车辆的续驶里程，构建了纯电动汽车制动能量回收系统的模型，应用基于最小制动力分配策略，降低了车辆的能量消耗率，提高了车辆的制动回收能量和能量利用效率，并在双能量型纯电动汽车进行系统建模与仿真。 针对纯电动汽车高压绝缘电阻检测电路特点，分析了无源绝缘电阻检测方法存在的不足，提出了有源绝缘电阻检测方法，该方法有效地解决了正负母线对地对称绝缘电阻无法测量的问题。此外，为保护纯电动汽车高压零部件使用安全，设计了高压软启动电路，并应用于实际产品中。 【关键词】：能量管理 高压安全 优化控制 时滞 执行器故障 制动能量回收
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-31
• 1.1 纯电动汽车发展现状11-16
• 1.2 纯电动汽车产业化关键技术16-28
• 1.2.1 动力电池成组及管理技术16-23
• 1.2.2 驱动电机及控制技术23-25
• 1.2.3 整车控制优化及能量管理技术25-26
• 1.2.4 纯电动汽车整车高压安全技术26-28
• 1.3 纯电动汽车能量管理系统及高压安全系统的研究现状28-29
• 1.4 本文的研究内容及主要工作29-31
• 第2章 纯电动汽车能量管理系统理论基础31-65
• 2.1 纯电动汽车系统构成及工作原理31-34
• 2.1.1 纯电动汽车系统构成31-32
• 2.1.2 纯电动汽车工作原理32-34
• 2.2 纯电动汽车动力性分析34-37
• 2.3 纯电动汽车行驶工况分析37-43
• 2.4 纯电动汽车能量管理关键技术理论分析43-63
• 2.4.1 模糊控制理论概述43-47
• 2.4.2 二维离散 Roesser 模型系统稳定性分析理论47-58
• 2.4.3 带有执行器故障的 T-S 模糊系统可靠性控制理论58-63
• 2.5 小结63-65
• 第3章 纯电动汽车能量管理系统关键技术研究65-103
• 3.1 纯电动汽车能量优化分配策略65-71
• 3.1.1 概述65
• 3.1.2 基于模糊控制的纯电动汽车整车优化控制策略65-69
• 3.1.3 试验验证69-70
• 3.1.4 结论70-71
• 3.2 纯电动汽车电池信息采集系统时滞问题的稳定性控制71-84
• 3.2.1 概述71-73
• 3.2.2 纯电动汽车电池信息采集系统时滞问题的稳定性控制73-84
• 3.3 带有执行器故障的纯电动汽车电池信息采集系统的可靠性控制84-88
• 3.3.1 带有执行器故障电池信息采集系统可靠性控制器设计85-87
• 3.3.2 结论87-88
• 3.4 双能量型纯电动汽车制动能量回收技术研究88-101
• 3.4.1 双能量型纯电动汽车结构及参数设计88-96
• 3.4.2 双能量型纯电动汽车制动能量回收系统研究96-101
• 3.5 小结101-103
• 第4章 纯电动汽车高压安全控制策略研究103-114
• 4.1 纯电动汽车高压安全控制系统研究103-107
• 4.1.1 纯电动汽车高压安全系统的功能104
• 4.1.2 纯电动汽车高压电安全诊断与控制策略104-105
• 4.1.3 纯电动汽车高压部件软启动控制电路设计105-107
• 4.2 纯电动汽车绝缘电阻检测方法107-113
• 4.2.1 无缘接地绝缘电阻检测方法107-109
• 4.2.2 有源绝缘电阻检测方法109-111
• 4.2.3 有源绝缘检测模块开发111-113
• 4.3 小结113-114
• 结论114-117
• 1. 全文总结114-115
• 2. 本文的主要创新点115
• 3. 研究工作展望115-117
• 参考文献117-126
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单126-127
• 致谢127

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