纯电动汽车复合电源再生制动与能量管理研究

【摘要】：在石油资源日益枯竭和环境污染加剧的大环境下,纯电动汽车凭借其效率高和污染小等优点,成为目前最具发展潜力的新能源汽车之一。在频繁加速和制动的城市工况下,纯电动汽车中的电机可以充分发挥再生制动功能,对制动能量进行回收再利用,提高运行效率,延长汽车续驶里程。单一铅酸蓄电池储能系统存在功率密度低的缺点,启动、加速和再生制动工况中很难满足电动汽车的大功率充放电需求,影响铅酸蓄电池使用寿命和效率。因此,需要增加一套功率密度更大的辅助储能装置来弥补单一铅酸蓄电池供电的不足。超级电容是一种功率密度高、充放电速度快以及使用寿命长的新型储能装置,与铅酸蓄电池组成复合电源储能装置可实现优势互补,显著改善电动汽车储能系统性能。本文对纯电动汽车再生制动系统及复合电源能量管理关键技术进行研究。首先,本文在分析铅酸蓄电池和超级电容工作特性的基础上,确定本文所用复合电源结构,并进行参数匹配。对永磁直流电机驱动下的再生制动系统进行理论分析,依据ECE制动法规和电机最大再生制动力,提出分段式前、后轮制动力分配方案,提高制动能量的回收效率;分别研究再生制动过程中铅酸蓄电池和超级电容充电回路控制方法,以保障制动能量回收的安全性和快速性。在MATLAB中建模仿真,分别验证制动力分配方案和充电控制方法的有效性。其次,对ADVISOR软件中汽车模型进行二次开发,包括中国典型城市工况的添加和车载复合电源模块的修改。针对频繁加减速工况下超级电容端电压降落较快的问题,在分析复合电源功率需求基础上,提出基于车速修正的模糊控制策略对复合电源能量进行分配。在ADVISOR中建模仿真,仿真结果表明车速修正模糊控制能更好地优化铅酸蓄电池充放电电流,延长铅酸蓄电池使用寿命。最后,搭建小功率复合电源能量管理实验系统,对系统硬件电路和软件进行设计和测试。对复合电源系统进行实验研究,实验结果验证了所选复合电源结构在脉冲负载下的实用性以及所提能量分配策略的优越性。 【关键词】：纯电动汽车 复合电源 再生制动 能量管理
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 纯电动汽车发展现状11-13
• 1.2.1 国外纯电动汽车发展现状11-12
• 1.2.2 国内纯电动汽车发展现状12-13
• 1.3 车载复合电源研究动态13-15
• 1.3.1 车载复合电源国外研究动态13-14
• 1.3.2 车载复合电源国内研究动态14-15
• 1.4 再生制动领域研究动态15-16
• 1.5 本文主要研究内容16-18
• 第二章 复合电源核心部件分析与参数匹配18-35
• 2.1 铅酸蓄电池工作原理及特性分析18-21
• 2.1.1 常见车用蓄电池18-19
• 2.1.2 铅酸蓄电池工作原理19
• 2.1.3 铅酸蓄电池工作特性19-21
• 2.2 超级电容工作原理及特性分析21-25
• 2.2.1 超级电容工作原理21-23
• 2.2.2 超级电容特性分析23-24
• 2.2.3 超级电容均压技术24-25
• 2.3 车载复合电源结构分析25-27
• 2.4 复合电源功率变换器结构与关键参数计算27-32
• 2.4.1 复合电源功率变换器结构27-28
• 2.4.2 双向DC/DC变换器关键参数计算28-32
• 2.5 车载复合电源参数匹配32-34
• 2.5.1 铅酸电池参数匹配32-33
• 2.5.2 超级电容参数匹配33-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第三章 复合电源型纯电动汽车再生制动系统研究35-54
• 3.1 再生制动能量回收影响因素35-37
• 3.2 再生制动过程理论分析37-40
• 3.2.1 永磁直流电机运行状态37-39
• 3.2.2 永磁直流电机再生制动理论分析39-40
• 3.3 电动汽车制动力分配方案40-49
• 3.3.1 传统汽车制动力分配方案41-43
• 3.3.2 基于ECE制动法规的分段式制动力分配方案43-46
• 3.3.3 分段式制动力分配方案仿真与结果分析46-49
• 3.4 车载复合电源再生制动控制方法研究49-53
• 3.4.1 蓄电池充电回路控制方法研究与仿真分析49-51
• 3.4.2 超级电容充电回路控制方法研究与仿真分析51-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第四章 复合电源能量管理系统控制策略与仿真分析54-73
• 4.1 电动汽车仿真软件ADVISOR54-58
• 4.1.1 ADVISOR软件简介54-55
• 4.1.2 ADVISOR二次开发55-58
• 4.2 车载复合电源功率需求分析58-60
• 4.3 车载复合电源模糊控制策略研究60-63
• 4.3.1 模糊控制理论简介60-61
• 4.3.2 车载复合电源模糊控制器设计61-63
• 4.4 基于车速修正的模糊控制策略63-66
• 4.4.1 控制策略参数分析63-65
• 4.4.2 车速修正型模糊控制分析与建模65-66
• 4.5 电动汽车整车仿真分析与控制策略性能评价66-72
• 4.5.1 电动汽车整车仿真与结果分析67-70
• 4.5.2 车速修正模糊控制策略性能评价70-72
• 4.6 本章小结72-73
• 第五章 复合电源能量管理系统软硬件设计与实验研究73-87
• 5.1 复合电源能量管理系统硬件电路设计73-77
• 5.1.1 双向DC/DC变换器电路设计73-74
• 5.1.2 信号采样电路与辅助电源设计74-77
• 5.2 复合电源能量管理系统软件设计77-79
• 5.3 复合电源实验系统组成方案79-80
• 5.4 复合电源实验系统性能验证80-86
• 5.4.1 双向DC/DC变换器性能测试80-82
• 5.4.2 电压电流采样电路性能测试82-83
• 5.4.3 脉冲负载下复合电源实验验证83-84
• 5.4.4 车速修正模糊控制下复合电源实验验证84-86
• 5.5 本章小结86-87
• 第六章 总结与展望87-89
• 6.1 全文总结87-88
• 6.2 工作展望88-89
• 参考文献89-94
• 致谢94-95
• 攻读硕士学位期间的学术成果95

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