太阳能电动车超级电容充放电系统的研究与开发

论文摘要

自20世纪以来,汽车行业蓬勃发展,汽车也走进了千家万户。然而,随着汽车保有量的急剧攀升以及石油资源的不断开采,能源危机成为了人类思考的新问题,太阳能、超级电容都开始应用于电动汽车领域。本文就是基于蓄电池、超级电容、光伏电池三种能源的组合,对太阳能电动车进行了相关知识的研究与开发。首先,论文对国内外现有的三种能源在电动汽车上的应用进行了概述和比较。针对将超级电容的高比功率与蓄电池的高比能量相结合,缩短蓄电池大电流放电时间,改善电动汽车起动/加速性能,提出了太阳能电动车的总体结构设计。以BOOST电路为光伏电池最大功率跟踪器的主电路和以电流双象限DC/DC作为超级电容能量双向流动的主电路。设计了复合能源的流动控制系统以及整体的控制软件设计。其次,对以BOOST电路为主电路的光伏电池最大功率跟踪器(mppt)进行了硬件电路参数设计以及各种辅助电路的设计包括电源电路、IGBT驱动电路和缓冲电路、电流电压采样电路和信号处理电路,提出一种新的mppt控制策略——分段自适应爬山法。接着介绍了超级电容的相关特性,根据实验用的超级电容对电流双象限DC/DC变换器进行了硬件电路的参数设计,并提出了基于电流约束控制策略设计了该系统总体控制策略。最后,论文进行了各种电路的仿真与测试,得出所设计的电路和总体结构是合理的。并且进行了三组系统综合实验研究,通过对光伏电池最大功率跟踪实验得出加入分段自适应爬山法可以提高4%~18%的太阳能功率输出;通过利用双向DC/DC给超级电容充放电可以提高太阳能对超级电容的充电效率,同时也提高它自身的放电能力;对复合能源系统的整车实验表明:超级电容与蓄电池共同给电机供电利用超级电容的高比功率能瞬时大电流放电,能减小蓄电池的瞬时放电峰值,对于提高蓄电池的寿命和电动车的起步/加速爬坡性能有很好的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 常规汽车面临的挑战及能源问题
• 1.1.2 太阳能汽车发展现状
• 1.1.3 超级电容在电动汽车上的应用现状
• 1.2 课题研究意义
• 1.2.1 电动汽车的关键技术
• 1.2.2 本文研究的现实意义
• 1.3 太阳能电动车复合能源简介
• 1.3.1 电动车用电源发展概况
• 1.3.2 超级电容简介
• 1.3.3 太阳能-超级电容-蓄电池复合电源系统
• 1.4 论文研究内容与章节安排
• 第二章 太阳能电动车能源系统总体设计
• 2.1 太阳能电动车总体设计概述
• 2.1.1 电动汽车相关参数以及设计要求
• 2.1.2 复合能源系统总体结构
• 2.1.3 各种工作状态系统的能量/功率流动
• 2.2 太阳能电动车控制系统总体设计
• 2.2.1 硬件控制系统总体设计
• 2.2.2 软件控制系统总体设计
• 2.3 本章小结
• 第三章 太阳能最大功率跟踪器的设计
• 3.1 太阳能电池最大功率跟踪的原理
• 3.1.1 太阳能电池工作特性
• 3.1.2 光伏电池最大功率跟踪的原理
• 3.1.3 光伏电池特性实验
• 3.2 太阳能最大功率跟踪器的设计
• 3.2.1 BOOST 电路原理
• 3.2.2 采用BOOST 电路进行最大功率跟踪的原理
• 3.2.3 BOOST 电路参数设计
• 3.3 辅助电路设计
• 3.3.1 驱动隔离电路设计
• 3.3.2.采样电路设计
• 3.3.3 辅助电源设计和显示电路设计
• 3.4 MPPT 控制策略
• 3.4.1 常见光伏电池最大功率跟踪的控制方法
• 3.4.2 分段自适应爬山控制策略
• 3.5 本章小结
• 第四章 太阳能电动车超级电容充放电设计
• 4.1 超级电容储能特点
• 4.1.1 超级电容的结构和工作原理
• 4.1.2 超级电容数学模型及充放电特点
• 4.2 超级电容双向DC/DC 变换器的设计
• 4.2.1 超级电容能量双向流动原理
• 4.2.2 带有缓冲电路的电流双象限DC/DC 变换器的设计
• 4.2.3 系统部分主要元件参数选取
• 4.3 太阳能电动车超级电容控制策略
• 4.3.1 电流约束控制策略
• 4.3.2 太阳能电动车复合能源系统总体控制策略
• 4.4 本章小结
• 第五章 仿真与实验
• 5.1 系统仿真研究
• 5.1.1 MPPT 电路参数仿真
• 5.1.2 电流双象限变换器参数仿真
• 5.1.3 复合能源驱动电机仿真
• 5.2 电源电路及隔离驱动电路和缓冲电路测试
• 5.2.1 电源电路测试
• 5.2.2 隔离驱动电路的测试
• 5.2.3 缓冲吸收电路的测试
• 5.3 系统综合实验研究
• 5.3.1 光伏电池最大功率点跟踪实验研究
• 5.3.2 超级电容充放电试验
• 5.3.3 太阳能电动车整车实验研究
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢