考虑电池热效应的插电式混合动力汽车多目标能量管理策略研究.pdfVIP

硕士学位论文

2023年5月28日

摘要

插电式混合动力汽车结合了纯电动汽车与混合动力汽车各自的性能优势，在

传统内燃机汽车面临技术换代，纯电动汽车尚存在安全性与里程焦虑等问题的背

景之下，搭载着两套驱动部件的插电式混合动力汽车可作为过渡时期的重要方案。

混合动力技术的突破进展将在低碳能源转型中发挥重大的影响力。

能量管理技术作为插电式混合动力技术的关键环节，是保证整车燃油经济性

等性能实现效率最大化的前提与基础。一套成熟的能量管理体系可以充分协调动

力源之间的功率分配关系，让发动机与电机等部件均处于最佳工作区间。在不断

提高节油率的同时，能量管理策略还需要考虑电池部件的使用寿命成本，对电池

温度环境加以关注。本文针对一款并联式插电混合动力汽车，以燃油经济性与电

池温升作为待优化目标，开展了考虑电池热效应的多目标能量管理控制策略的研

究，主要完成以下工作：

(1)插电式混合动力汽车建模与验证。建立以数值模型为主的混合动力系统

模型、车辆动力学模型、驾驶员模型和动力传动模型的前向仿真模型。为评估汽

车行驶过程中的电池热交换动态，建立电池温度计算模型。通过车速跟随仿真，

验证前向模型的有效性，为控制策略的开发提供仿真平台。

(2)典型高速工况构建与验证。选用低频采集数据作为样本数据库，完成工

况信息的预处理，综合分析运动学片段的特征参数相关性，对全体特征参数进行

PCA主成分分析，实现参数的降维。应用K-means聚类分析方法对运动学片段完

成聚类后得到四类工况簇，按照聚类中心选取原则，选择代表性工况片段构建了

典型高速工况。通过与其他典型工况进行统计特征比较，证实构建工况的合理性，

为后续工况预测和仿真试验等环节提供数据基础。

(3)NEDCWLTC

多组工况下的电池温升仿真试验。在构建工况、和下进行

电池温升试验，观察电池在行程中的温度变化情况。针对仿真过程中出现的热累

积问题，提出“需求功率提前预测”和“多目标能量管理策略”的解决对策。

(4)短期工况预测模型建立与验证。以构建工况作为样本数据，基于随机马

尔科夫过程建立工况预测模型。对其速度和加速度信息进行离散化处理，计算全

体离散车速信息下的加速度转移概率矩阵，进而在工况全局下建立基于马尔科夫

I

链的工况预测模型。对预测时域取34，5，6，s时的模型进行RMSE检验，证实了预

测模型良好的精准度。

(5)权衡最优等效因子序列提取。兼顾整车经济性与电池温升指标制定多目

标能量管理方案，考虑到传统加权法将多目标问题转化为单一目标的不足，采用

Pareto前沿集对多目标之间的冲突关系进行综合考量。在等效燃油消耗最小策略

中引入多目标任务，通过选取等效因子作为多目标决策变量，利用带精英策略的

多目标遗传算法对其进行迭代寻优，提取得到工况全局下的权衡最优等效因子序

列。

(6)融合需求功率预测的多目标优化导向ECMS控制策略制定。为解决被动

调节等效因子方法固有的控制决策迟滞性问题，在等效因子提取算法中融入短期

功率预测模块。使用未来局部预测信息对等效因子进行动态调整，使其满足未来

一定时域内的功率平衡需求，具备提前适应工况信息的能力。在构建工况下对比

该策略的经济性、电池温度控制效果和电量维持能力，证明策略的合理性与有效

性。通过对比提议策略分别采用预测功率信息与实际功率信息所得到的控制结果，

论证该项策略应对功率误差扰动的鲁棒性，随后选用不同工况循环证实其良好的

工况适应能力。

关键词：能量管理，工况预测，多目标优化，等效燃油消耗最小策略，电池

温度控制

II

ABSTRACT

Plug-inhybridvehicles(PHEV)combinetheadvantagesofelectricvehiclesand

hybridelectricvehicles,intheco