基于超级电容的混合动力液压挖掘机储能系统研究

论文摘要

本文针对并联式中型混合动力挖掘机的应用特点,分析了混合动力系统中的充放电工况特征,建立了与之相适应的基于一种新型电储能器件——超级电容的储能系统,并针对该系统在应用中需要解决的问题进行了分析说明和优化解决,提出了一套系统化的能量管理方案。主要研究的内容如下：1.通过比较和分析混合动力挖掘机及其储能系统和元件的实质和特点,提出了基于超级电容的混合动力储能系统,并阐述了在应用中应当遵循的思路和需要解决的问题。2.在试验的基础上提出和分析了混合动力挖掘机动力系统的特征和实质,对电储能系统对应的充放电工况进行了仿真和分析,并提出了基于超级电容的混合动力挖掘机储能系统的选型方法和应用方案。3.在对超级电容的物理实质进行说明的基础之上,通过比较和分析超级电容的各种物理模型的特点,提出了应用于混合动力挖掘机系统的超级电容理论模型。并以MAXWELL公司生产的超级电容模块为试验对象,对超级电容进行了参数辨识测试,验证了对象的模型和参数。对参数的动态特性进行了合理地分析,并提出了相应的应用建议。4.针对超级电容储能系统中需要解决的均压和稳压的现实问题,在分析能量利用特点和比较各种均压稳压方案的基础之上,提出了一种创新性的整体均衡模块间串并联切换结构的解决方案,并通过计算和仿真证明了其有效性。5.建立了基于超级电容的储能系统的信息管理和监控系统,主要针对超级电容的SOC, SOH实时估算进行了合理分析并提出了解决办法,并对储能系统相关的数据采集,整机通信,人机界面和故障报警和保护等一般功能进行了设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 混合动力液压挖掘机
• 1.1.1 混合动力液压挖掘机的研究背景
• 1.1.2 液压挖掘机油电混合动力系统的原理
• 1.1.3 混合动力液压挖掘机结构方案的分类
• 1.1.4 混合动力液压挖掘机的应用发展和研究概况
• 1.2 混合动力液压挖掘机储能系统
• 1.2.1 混合动力液压挖掘机储能系统的分析及要求
• 1.2.2 混合动力液压挖掘机储能元件的分析和选择
• 1.2.3 超级电容优势的应用具体分析
• 1.2.4 超级电容组的应用要求和电源监控管理方案
• 1.3 课题研究意义及主要研究内容
• 1.3.1 课题的研究意义
• 1.3.2 本文的主要研究内容
• 第二章 混合动力系统工况分析和超级电容选型设计
• 2.1 并联式混合动力挖掘机的结构介绍
• 2.2 整体工况分析说明
• 2.2.1 液压挖掘机的工况分析说明
• 2.2.2 并联式混合动力挖掘机充放电能量需求分析
• 2.3 基于超级电容的储能系统设计和参数选择
• 2.3.1 超级电容选型的一般条件归纳
• 2.3.2 超级电容组应用的选型方法
• 2.4 本章小结
• 第三章 超级电容模型的参数辨识与特性分析
• 3.1 超级电容单元的理论模型
• 3.2 试验方案设计
• 3.3 参数测试结果及分析
• 3.3.1 参考容量测试
• 3.3.2 直流等效内阻测试
• 3.3.3 漏电流测试
• 3.4 本章小结
• 第四章 超级电容模块间均压和稳压方案的研究
• 4.1 超级电容组均压问题的研究
• 4.1.1 各串联单元电压不均衡引起的原因及分析
• 4.1.2 均压的解决方案
• 4.2 超级电容稳压问题的研究
• 4.2.1 超级电容的稳压问题的分析
• 4.2.2 稳压方案的比较和分析
• 4.3 基于均衡串并联组合切换的解决方案
• 4.3.1 解决方案的目标说明和分析
• 4.3.2 均衡串并联控制方案的实现
• 4.4 本章小结
• 第五章 超级电容组的信息监控管理系统
• 5.1 超级电容组的整体信息管理方案
• 5.2 剩余能量状态实时预测
• 5.2.1 SOC的定义及估算意义
• 5.2.2 超级电容SOC估算
• 5.3 储能模块的健康状态
• 5.3.1 超级电容寿命健康状态SOH的定义
• 5.3.2 超级电容SOH估算方法
• 5.4 数据采集模块
• 5.4.1 电压测量
• 5.4.2 电流测量
• 5.4.3 温度测量
• 5.5 CAN通信和人机界面
• 5.5.1 CAN通信模块组成原理
• 5.5.2 CAN通信模块的软件设计
• 5.5.3 人机界面设计
• 5.6 故障报警和保护功能
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 不足和展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果