混合动力汽车电功率管理的研究

论文摘要

混合动力汽车是一种可以同时解决石油资源紧张和电动汽车续驶里程短两个问题的车型。然而作为车载电源的储能元件不能完全满足汽车的行驶需求,所以出现了诸如混合动力汽车蓄电池寿命短、混合动力汽车车载电源成本高的问题,这些已经引起了研究人员的注意。由于单一电源所提供的能量必须满足汽车行驶需求所以电源经常处于超负荷的工作状态,导致电池寿命缩短,所以产生了使用复合电源的思路。车载复合电源需要两种或两种以上性能互补的储能元件配合为汽车提供驱动力。本文选取蓄电池与超级电容器作为复合电源,具体分析了车载复合电源的结构、工作原理,选择了超级电容以双向DC-DC变换器与蓄电池及直流母线连接的复合电源结构,通过蓄电池、超级电容器的等效电路分析其工作原理、储能特性,分析了双向DC-DC变换器的buck与boost模式并给出功率转换效率。本文对汽车仿真软件advisor进行了二次开发,对基于advisor平台的丰田Prius汽车仿真模型做出了修改；在原有的Prius整车模型中加入了超级电容器模块,双向DC-DC功率转换器模块和功率控制策略模块,与整车模型中的蓄电池模块组成复合电源；对二次开发的整车模型进行仿真,结果表明整车加速性能提高油耗降低,蓄电池电流大幅下降。本文还研究了逻辑门限控制和模糊控制两种控制策略,建立了两种控制策略的simulink模型。在此基础上,加入超级电容器、蓄电池和DC-DC变换器的模型,组合成复合电源仿真模型；仿真结果表明模糊控制策略的鲁棒性要优于逻辑门限控制策略,并且复合电源中蓄电池的电流进一步下降。将复合电源simulink模型嵌入advisor仿真软件中,分别对J1015、NYCC、UDDS和INDIA URBAN SAMPLE 4种行驶循环仿真工况的仿真结果做了比较。结果表明复合电源混合动力汽车的加速性和电源工作效率都相对单一电池的混合动力汽车大幅提高,燃油消耗量有所下降。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 油电混合动力汽车概况
• 1.1.1 油电混合动力汽车发展现状
• 1.1.2 混合动力汽车按不同条件的分类
• 1.2 混合动力汽车复合电源的研究意义与现状
• 1.2.1 混合动力汽车中的复合电源国外研究现状
• 1.2.2 混合动力汽车中的复合电源国内研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 2 车载复合电源
• 2.1 车载复合电源
• 2.1.1 车载复合电源储能结构
• 2.1.2 车载复合电源工作原理
• 2.2 蓄电池
• 2.2.1 蓄电池分类与概述
• 2.2.2 蓄电池储能性能的评估指标
• 2.3 超级电容
• 2.3.1 双电层超级电容实现原理及与其他储能元件的性能比较
• 2.3.2 超级电容器等效电路及充放电特性
• 2.4 DC-DC电流二象限功率变换器
• 2.4.1 双向buck-boost变换器原理
• 2.4.2 双向buck-boost变换器工作效率特性
• 3 复合电源建模及电源参数匹配
• 3.1 汽车仿真软件advisor
• 3.1.1 advisor仿真软件简介
• 3.1.2 advisor仿真运行过程
• 3.2 基于具体车型和行驶工况的车载复合电源参数匹配
• 3.2.1 目标行驶循环工况
• 3.2.2 根据具体车型和行驶循环的蓄电池参数的确定
• 3.2.3 根据具体车型和行驶循环的超级电容器参数的确定
• 3.3 复合电源建模
• 3.3.1 蓄电池simulink仿真模型
• 3.3.2 超级电容器simulink仿真模型
• 3.3.3 DC-DC变换器建模
• 4 车载复合电源功率控制策略的研究
• 4.1 逻辑门限控制策略
• 4.1.1 逻辑门限控制策略的基本思路
• 4.1.2 逻辑门限控制策略的建模
• 4.1.3 逻辑门限控制策略的仿真结果
• 4.2 模糊控制策略
• 4.2.1 复合电源的模糊控制分析
• 4.2.2 模糊逻辑模型的设计
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢