基于復合儲能的混合動力電動汽車再生制動能量回饋研究

【摘要】：汽車工業(yè)的發(fā)展所帶來的對石油資源需求的急劇增加和對全球環(huán)境造成的嚴重負面影響日益引起了人們的廣泛關(guān)注,因此,面向21世紀研究高效節(jié)能和低污染的混合動力電動汽車是緩解這兩大問題的有效手段,成為汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要方向之一。車輛在城市路況下行駛,由于交通擁擠須頻繁的加速和制動,傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車將制動能量通過制動器以摩擦的形式轉(zhuǎn)化為熱能損失掉,而混合動力電動汽車發(fā)揮了電機的再生制動功能,可在制動過程中對車輛的動能進行回收利用,其在城市工況下行駛時可顯著提高燃油經(jīng)濟性并降低排放。 本文以混合動力電動汽車為研究對象,側(cè)重在關(guān)鍵技術(shù)中相對獨立的儲能系統(tǒng)能量管理進行研究,分析儲能系統(tǒng)對再生制動的約束條件,為實現(xiàn)能量的充分回收與利用,要求考慮儲能系統(tǒng)在比能量和比功率上做出權(quán)衡,來滿足混合動力電動汽車的大功率波動需求。本文設(shè)計了具有較強脈沖性能、充放電效率高、動態(tài)響應(yīng)快的復合儲能系統(tǒng)。主儲能裝置采用動力鉛酸蓄電池組,輔助儲能裝置應(yīng)用具有高比功率的超級電容,超級電容和蓄電池的復合儲能系統(tǒng)兼顧了超級電容的高比功率和蓄電池的高比能量的優(yōu)點,實現(xiàn)混合動力電動汽車對能量和功率要求的分離,充分結(jié)合了兩種儲能裝置的優(yōu)勢。明確了研究目標。 首先,本文深入研究混合動力電動汽車再生制動理論,綜合分析車載能量存儲系統(tǒng),對超級電容和蓄電池的機理與特性進行研究,考慮傳統(tǒng)單一的蓄電池儲能裝置比功率差的缺陷,引入一種新興的儲能元件超級電容進行輔助協(xié)同,將兩者通過功率總線、雙向DC/DC變換器等結(jié)合在一起,確立超級電容與蓄電池的復合儲能系統(tǒng)方案,對其進行參數(shù)匹配?？紤]復合儲能系統(tǒng)均壓控制的必要性,深入研究了雙向半橋DC/DC變換器。 其次,在分析汽車仿真軟件ADVISOR各部分功能和模型的基礎(chǔ)上,對仿真軟件ADVISOR的儲能系統(tǒng)在MATLAB/Simulink環(huán)境下進行二次開發(fā),在數(shù)學理論基礎(chǔ)上,建立超級電容、蓄電池和復合儲能系統(tǒng)仿真模型,并在三種工作模式下,應(yīng)用變速積分PID算法設(shè)計蓄電池和超級電容之間的功率分配控制策略。 最后,將仿真模型嵌入ADVISOR仿真軟件,選定ECE+EUDC典型測試循環(huán)工況進行仿真分析,對比仿真性能,結(jié)果表明,車輛的的制動穩(wěn)定性、蓄電池的性能、再生制動能量利用效率和整車能耗等方面都有一定程度的改善。該復合儲能系統(tǒng)的研究對實現(xiàn)高效的再生制動能量回收有著重要的指導意義。 【關(guān)鍵詞】：混合動力電動汽車 再生制動 超級電容 復合儲能 功率分配策略
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：U469.72
【目錄】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 插圖索引11-13
• 附表索引13-14
• 第1章 緒論14-25
• 1.1 混合動力電動汽車概論14-16
• 1.1.1 混合動力電動汽車研究背景及意義14-15
• 1.1.2 國內(nèi)外混合動力電動汽車的發(fā)展綜述15-16
• 1.2 混合動力電動汽車的分類16-18
• 1.2.1 串聯(lián)式混合動力電動汽車16-17
• 1.2.2 并聯(lián)式混合動力電動汽車17-18
• 1.2.3 混聯(lián)式混合動力電動汽車18
• 1.3 開展混合動力電動汽車研究的必要性和可行性18-20
• 1.3.1 混合動力電動汽車的節(jié)能潛力19
• 1.3.2 混合動力電動汽車的環(huán)保優(yōu)勢19-20
• 1.4 再生制動領(lǐng)域的研究動態(tài)20-23
• 1.4.1 再生制動的研究背景及意義20-21
• 1.4.2 國外再生制動領(lǐng)域的研究狀況21-22
• 1.4.3 國內(nèi)再生制動領(lǐng)域的研究狀況22-23
• 1.5 本課題的研究意義和主要內(nèi)容23-24
• 1.5.1 課題的研究意義23
• 1.5.2 論文主要研究內(nèi)容23-24
• 1.6 本章小結(jié)24-25
• 第2章 混合動力電動汽車再生制動的理論基礎(chǔ)25-38
• 2.1 制動能量回收的必要性25-26
• 2.2 再生制動系統(tǒng)構(gòu)成和原理26-29
• 2.2.1 再生制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)26-27
• 2.2.2 再生制動基本原理27-28
• 2.2.3 再生制動的影響因素28-29
• 2.3 制動過程理論分析29-33
• 2.3.1 制動能量分析29-30
• 2.3.2 再生制動能量回饋的理論計算30-31
• 2.3.3 汽車制動過程31-33
• 2.3.4 汽車制動時車輪的滑移率33
• 2.3.5 附著力系數(shù)與滑移率的關(guān)系33
• 2.4 車輛制動力分配33-36
• 2.4.1 傳統(tǒng)汽車制動力分配34-35
• 2.4.2 混合動力電動汽車再生制動過程的制動力分配35
• 2.4.3 制動規(guī)程35-36
• 2.5 再生制動系統(tǒng)制動力分配原則36-37
• 2.6 本章小結(jié)37-38
• 第3章 超級電容和蓄電池的再生制動復合儲能系統(tǒng)38-51
• 3.1 HEV車載能量回饋儲能系統(tǒng)的綜合分析38-39
• 3.2 HEV動力電池和超級電容的機理與特性研究39-43
• 3.2.1 鉛酸蓄電池工作原理39
• 3.2.2 鉛酸蓄電池的電特性與本征參數(shù)39-42
• 3.2.3 超級電容的機理與特性42-43
• 3.3 超級電容再生制動能量回收的主要技術(shù)問題43-45
• 3.3.1 均壓控制的必要性43-44
• 3.3.2 雙向半橋DC/DC變換器工作原理44-45
• 3.4 超級電容與蓄電池的再生制動復合儲能系統(tǒng)方案設(shè)計45-47
• 3.4.1 復合儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確立45-46
• 3.4.2 復合儲能系統(tǒng)SOC的估算46-47
• 3.5 復合儲能系統(tǒng)的參數(shù)匹配47-50
• 3.5.1 蓄電池組參數(shù)匹配48
• 3.5.2 超級電容儲能陣列參數(shù)匹配48-50
• 3.6 本章小結(jié)50-51
• 第4章 基于ADVISOR的復合儲能系統(tǒng)建模51-63
• 4.1 混合動力電動汽車仿真軟件ADVISOR51-54
• 4.1.1 ADVISOR簡介51
• 4.1.2 ADVISOR軟件的功能和用途51-52
• 4.1.3 ADVISOR的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理52
• 4.1.4 ADVISOR的操作界面52-54
• 4.2 蓄電池組、超級電容和復合儲能系統(tǒng)模型54-57
• 4.2.1 蓄電池理論計算與仿真模型54-56
• 4.2.2 超級電容的理論模型與仿真模型56-57
• 4.2.3 復合儲能系統(tǒng)模型57
• 4.3 復合儲能系統(tǒng)的控制策略57-62
• 4.3.1 復合儲能系統(tǒng)控制目標57-58
• 4.3.2 復合儲能系統(tǒng)控制策略的制定58-62
• 4.4 本章小結(jié)62-63
• 第5章 復合儲能系統(tǒng)再生制動仿真分析63-70
• 5.1 ADVISOR中HEV的仿真方法63-64
• 5.2 復合儲能系統(tǒng)模型及控制策略在ADVISOR中的嵌入64-65
• 5.3 測試循環(huán)工況的選擇65-66
• 5.4 仿真結(jié)果分析66-69
• 5.4.1 制動力分配曲線66-67
• 5.4.2 電流變化曲線67-68
• 5.4.3 復合儲能系統(tǒng)SOC值變化曲線68-69
• 5.5 仿真結(jié)論69
• 5.6 本章小結(jié)69-70
• 總結(jié)70-72
• 參考文獻72-75
• 致謝75-76
• 附錄A 攻讀學位期間所發(fā)表的學術(shù)論文目錄76

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