基于混合动力汽车复合电源及能量回馈研究

论文摘要

随着世界经济的不断发展,能源和环境等方面的问题日益突出,混合动力汽车成为这时代汽车行业中的主旋律,因此得到各国政府和汽车生产商的高度重视。随着混合动力汽车的不断研究和开发,动力电池功率不足的瓶颈问题极大的制约着混合动力汽车的发展。混合动力汽车可以大幅度地降低燃油消耗、减少汽车排放,特别适合中国大城市交通普遍拥堵,汽车频繁制动的交通工况。超级电容能在短时间内提供和吸收大的功率,而且能量回收效率高、充放电次数高、循环寿命长、工作温度区域宽;其使用的基础材料价格也很便宜,适合频繁加速和减速的城市交通工况,但超级电容只能储存少量的能量。电池有储存大能量的能力,但功率输出较低,不能进行大电流充放电,决定了电池不能在短时间内提供大功率。将超级电容与蓄电池结合起来使用,由蓄电池提供整车运行期间电机需求的平均电功率,而超级电容则提供电机需求的峰值功率,这样可以充分发挥蓄电池比能量大和超级电容比功率高的优势。本文以复合电源为研究对象,在介绍了复合电源的结构和基本原理的基础上,分析了混合动力汽车铅酸蓄电池和超级电容的工作原理和充放电特性,对混合动力汽车铅酸蓄电池能源系统参数和制动时超级电容参数进行了研究,在复合电源双向DC/DC变换器工作原理的基础上,对其参数进行了设计,设计了变换器的软硬件。制定了复合电源的三种控制策略,并对控制策略进行优化,最后,对其中两种优化后的控制策略进行模拟仿真,比较相同工况下,哪种控制策略更优。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 混合动力电动汽车概述
• 1.1.1 混合动力电动汽车的特点
• 1.1.2 混合动力电动汽车的研究现状
• 1.1.3 混合动力电动汽车的基本类型
• 1.2 混合动力汽车动力电池的现状与发展
• 1.2.1 传统电池
• 1.2.2 超级电容
• 1.2.3 复合电源技术及发展现状
• 1.3 研究复合动力电池的研究意义
• 1.4 本文的目的意义及主要内容
• 第二章 复合电源的结构和基本原理
• 2.1 复合电源结构及组合方式
• 2.1.1 高比能量电池与超级电容的组合
• 2.1.2 高比能量电池、超级电容与飞轮的组合
• 2.2 复合电源基本原理及控制电路
• 2.2.1 复合电源电流检测
• 2.2.2 复合电源电压检测
• 2.2.3 温度检测
• 2.3 本章小结
• 第三章 混合动力电动汽车车用铅酸蓄电池研究
• 3.1 混合动力汽车车用动力电池的特征要求
• 3.2 铅酸蓄电池工作原理及其电特性
• 3.2.1 铅酸蓄电池工作原理
• 3.2.2 铅酸蓄电池充放电与内阻特性
• 3.3 混合动力电动汽车铅酸蓄电池能源系统参数研究
• 3.3.1 混合动力电动汽车匀速行使功率参数研究
• 3.3.2 混合动力汽车纯电动行使所需电能研究
• 3.4 铅酸蓄电池SOC的估算方法
• 3.4.1 铅酸蓄电池SOC的定义
• 3.4.2 影响铅酸蓄电池SOC的主要因素
• 3.4.3 铅酸蓄电池SOC的典型估算方法
• 3.5 本章小结
• 第四章 超级电容工作原理与制动分析
• 4.1 超级电容器的原理及特性
• 4.1.1 超级电容器的结构原理
• 4.1.2 超级电容的性能特点
• 4.1.3 超级电容模型
• 4.2 超级电容充放电特性
• 4.3 超级电容的充放电效率特性
• 4.4 超级电容与铅酸电池复合电源系统结构与工作模式
• 4.4.1 复合电源储能系统的基本结构
• 4.4.2 超级电容与铅酸蓄电池组成复合电源系统工作模式
• 4.5 基于再生制动超级电容参数研究
• 4.5.1 混合动力电动汽车动力学模型
• 4.5.2 混合动力汽车制动模型
• 4.5.3 超级电容容量
• 4.6 本章小结
• 第五章 复合电源双向DC/DC变换器
• 5.1 双向半桥变换器的工作原理
• 5.1.1 无源低损boost升压电路工作原理
• 5.1.2 无源低损buck升压电路工作原理
• 5.2 双向半桥变换器参数的设计
• 5.2.1 开关元件的选择
• 5.2.2 输入输出电容的计算
• 5.2.3 额定功率储能电感L的设计
• 5.2.4 并联缓冲电容C的设计
• 5.2.5 串联缓冲电感L1的设计
• 5.3 双向半桥驱动与控制硬、软件设计
• 5.3.1 驱动原理
• 5.3.2 控制硬件电路设计
• 5.3.3 软件设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 复合电源在运行状态下的控制策略与优化仿真
• 6.1 混合动力汽车控制策略
• 6.1.1 逻辑门限控制策略
• 6.1.2 扭矩均衡分配控制策略
• 6.1.3 模糊逻辑控制策略
• 6.2 控制策略的优化
• 6.2.1 电机工作区间优化
• 6.2.2 发动机控制优化
• 6.2.3 电池SOC区间优化
• 6.3 基于ADVISOR的HEV复合电源控制系统优化仿真
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 读硕士学位期间发表论文与成果