应用于电动汽车的混合储能系统能量管理策略研究
发布时间：2022-01-27 05:07
电动汽车在行驶过程中会频繁遇到复杂的行驶工况,由此对混合储能系统而言,相当于其负载功率会跟随工况所需求的功率变化而变化,具有显著的不确定性。为了有效解决负载功率波动引起的冲击性电流动作对单一蓄电池作为汽车储能源时产生的影响,如使用蓄电池和超级电容组成的混合储能源,充分发挥双储能源高功率密度、高能量密度等优点,两类储能元件相辅相成,提升电源的多重性要求以及延长系统的使用寿命。本文主要对应用于电动汽车混合储能系统的能量管理策略和控制策略进行研究,主要包括以下方面的工作:根据超级电容荷电状态（State of Charge,SOC）的最优工作界限,在低通滤波的基础上提出了考虑剩余电量的能量管理改进策略,并联合协同补偿控制策略搭建仿真模型,仿真结果表明,在母线电压稳定的前提下,改进策略合理分配混合储能源各自所需承担的功率。以超级电容的荷电状态和充放电动作作为状态变量,提出基于平滑控制的动态功率分配策略,并对混合储能系统能量流动做出分析。结合协同补偿控制策略,搭建了在汽车典型工况IM240和ECE15下的基于平滑控制的动态功率分配策略和协同补偿控制策略的联合仿真模型,调整超级电容SOC的初始状态...
【文章来源】：安徽大学安徽省211工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电动汽车整车控制框图
安徽大学硕士学位论文7第二章混合储能系统结构及数学建模混合储能系统组成包括储能装置数学模型、全局系统间的连线方法、双向DC/DC变换器的类型以及用于控制双向DC/DC方法等多个单元部分。不同单元分类组合而成的混合储能系统因其造价成本、使用性能和安全系数等因素适应的场合也不同。本章通过对混合储能系统涉及到的单元部分分别进行介绍，并结合本文侧重点以及现有条件进行综合考虑分析，最终确定本文混合储能系统的全局模型，同时选用相关控制方法对其数学建模。2.1超级电容与蓄电池的数学模型2.1.1超级电容的数学模型超级电容又被称作双电层电容，其功率密度高，且能够在较短时间内承受很大的充放电电流。超级电容充电的时候，集电极上的正负电荷相互吸引，电解液中阳离子堆积在负集电极上，阴离子堆积在正电极上；超级电容在放电的时候，原本堆积在两端电极的阴阳离子脱离两电极的表面，回到电解液中去[33]。图2.1是超级电容的工作原理图。图2.1超级电容的工作原理图Fig2.1Workingprinciplediagramofsupercapacitor超级电容内部完整的RC等效模型极其繁复，因此，绝大多数针对超级电容的常用RC等效模型都是经过简化的。而比较常用的简单RC等效结构模型可以分为串联RC模型和改进的串联RC模型，其等效电路结构如图2.2所示。
第二章混合储能系统结构及数学建模8图2.2常用超级电容等效模型Fig2.2Equivalentmodelsofcommonlyusedsupercapacitor改进RC串联网络在传统的RC串联网络的基础上，在理想电容器的两端并联漏电组pR。在实际工程中，pR的值很大，往往可以忽略等效为开路，因此本文选用RC串联网络。其等效电路方程和SOC表达式如公式(2.1)所示：0min0minmaxminmaxmin11+=capbatcbattcapcapVIRidtCVidtVVVCSOCVVVV(2.1)式中，C、cR是理想电容和超级电容自身的内阻，capI、capV是超级电容的内部电流和端部两端的电压，maxV、minV指的是其端部电压的上限和下限。超级电容器的SOC与其外部两端电压成正相关[34]，通常可以用外部两端的电压来表征其本身的SOC。如果设定电压下限为0，上限为额定电压scV，根据公式(2.1)可以定义其SOC的公式为[35]：=capscVSOCV(2.2)为了便于实验验证，本文将选用式(2.2)来对超级电容的SOC值进行监测。2.1.2蓄电池的数学模型蓄电池的充放电动作伴随着一连串的电化学反应过程[36]，且随着蓄电池的使用，其结构和深度会随着改变。蓄电池的充放电公式可以表示为：422242PbSO+2HOPbPbO2HSO(2.3)用于电动汽车的蓄电池的RC模型通常以电气模型居多，而等效电路模型是电池电
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于鲁棒扰动观测器的直流微电网电压动态补偿控制[J]. 胡长斌,王海鹏,罗珊娜,周京华,史运涛,马瑞. 电力系统自动化. 2020(05)
[2]基于模型预测控制的直流微电网电压动态响应优化[J]. 朱晓荣,候顺达,李铮. 电网技术. 2020(06)
[3]基于事件触发机制的直流微电网多混合储能系统分层协调控制方法[J]. 郭伟,赵洪山. 电工技术学报. 2020(05)
[4]一种基于限值管理的混合储能系统控制策略[J]. 李冰,李岚,柴伦,王浩. 电气传动. 2019(11)
[5]应用于城轨列车混合储能系统的能量管理策略[J]. 章宝歌,李萍,张振,王宇,荣耀. 储能科学与技术. 2020(01)
[6]超级电容的发展与应用[J]. 齐丽晶,胥佳颖. 大学物理实验. 2019(05)
[7]具有模式激活的储能双向DC-DC变换器的有限集模型预测控制方法[J]. 杨帆,刘珊,李东东. 水电能源科学. 2019(05)
[8]电动汽车动力传动系统参数匹配与优化[J]. 牛秦玉,李珍惜,王智超,田海波. 机械传动. 2019(02)
[9]制动能量回收系统中超级电容充放电特性研究[J]. 任璐,张红娟,靳宝全,高妍,宋朝锋. 电测与仪表. 2018(24)
[10]一种适用于光伏并网混合储能系统的功率分配策略[J]. 米根锁,穆艳停. 储能科学与技术. 2018(04)
硕士论文
[1]电动汽车用混合储能系统的能量管理与非线性控制策略研究[D]. 尉宝磊.安徽大学 2019
[2]新能源汽车传动系统混合优化算法的研究[D]. 张怡然.合肥工业大学 2019
[3]直流微电网中Buck-Boost变换器非线性行为与混沌控制研究[D]. 杨昌烨.华南理工大学 2018
[4]蓄电池与超级电容混合储能的稳压控制器设计[D]. 邓海华.广西大学 2018
[5]蓄电池与超级电容混合储能系统能量管理策略研究[D]. 侯婷婷.西南交通大学 2018
[6]独立光伏发电系统混合储能策略研究[D]. 缪利蓉.扬州大学 2018
[7]电动汽车复合电源能量控制策略研究[D]. 江蕊.南昌大学 2017
[8]微电网混合储能系统控制策略研究[D]. 毕晓辉.重庆大学 2016
[9]电动汽车复合能源系统的研究[D]. 黄智奇.浙江大学 2016
[10]超级电容与蓄电池混合储能系统的能量管理与控制研究[D]. 王宇.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：3611824
【文章来源】：安徽大学安徽省211工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电动汽车整车控制框图
安徽大学硕士学位论文7第二章混合储能系统结构及数学建模混合储能系统组成包括储能装置数学模型、全局系统间的连线方法、双向DC/DC变换器的类型以及用于控制双向DC/DC方法等多个单元部分。不同单元分类组合而成的混合储能系统因其造价成本、使用性能和安全系数等因素适应的场合也不同。本章通过对混合储能系统涉及到的单元部分分别进行介绍，并结合本文侧重点以及现有条件进行综合考虑分析，最终确定本文混合储能系统的全局模型，同时选用相关控制方法对其数学建模。2.1超级电容与蓄电池的数学模型2.1.1超级电容的数学模型超级电容又被称作双电层电容，其功率密度高，且能够在较短时间内承受很大的充放电电流。超级电容充电的时候，集电极上的正负电荷相互吸引，电解液中阳离子堆积在负集电极上，阴离子堆积在正电极上；超级电容在放电的时候，原本堆积在两端电极的阴阳离子脱离两电极的表面，回到电解液中去[33]。图2.1是超级电容的工作原理图。图2.1超级电容的工作原理图Fig2.1Workingprinciplediagramofsupercapacitor超级电容内部完整的RC等效模型极其繁复，因此，绝大多数针对超级电容的常用RC等效模型都是经过简化的。而比较常用的简单RC等效结构模型可以分为串联RC模型和改进的串联RC模型，其等效电路结构如图2.2所示。
第二章混合储能系统结构及数学建模8图2.2常用超级电容等效模型Fig2.2Equivalentmodelsofcommonlyusedsupercapacitor改进RC串联网络在传统的RC串联网络的基础上，在理想电容器的两端并联漏电组pR。在实际工程中，pR的值很大，往往可以忽略等效为开路，因此本文选用RC串联网络。其等效电路方程和SOC表达式如公式(2.1)所示：0min0minmaxminmaxmin11+=capbatcbattcapcapVIRidtCVidtVVVCSOCVVVV(2.1)式中，C、cR是理想电容和超级电容自身的内阻，capI、capV是超级电容的内部电流和端部两端的电压，maxV、minV指的是其端部电压的上限和下限。超级电容器的SOC与其外部两端电压成正相关[34]，通常可以用外部两端的电压来表征其本身的SOC。如果设定电压下限为0，上限为额定电压scV，根据公式(2.1)可以定义其SOC的公式为[35]：=capscVSOCV(2.2)为了便于实验验证，本文将选用式(2.2)来对超级电容的SOC值进行监测。2.1.2蓄电池的数学模型蓄电池的充放电动作伴随着一连串的电化学反应过程[36]，且随着蓄电池的使用，其结构和深度会随着改变。蓄电池的充放电公式可以表示为：422242PbSO+2HOPbPbO2HSO(2.3)用于电动汽车的蓄电池的RC模型通常以电气模型居多，而等效电路模型是电池电
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于鲁棒扰动观测器的直流微电网电压动态补偿控制[J]. 胡长斌,王海鹏,罗珊娜,周京华,史运涛,马瑞. 电力系统自动化. 2020(05)
[2]基于模型预测控制的直流微电网电压动态响应优化[J]. 朱晓荣,候顺达,李铮. 电网技术. 2020(06)
[3]基于事件触发机制的直流微电网多混合储能系统分层协调控制方法[J]. 郭伟,赵洪山. 电工技术学报. 2020(05)
[4]一种基于限值管理的混合储能系统控制策略[J]. 李冰,李岚,柴伦,王浩. 电气传动. 2019(11)
[5]应用于城轨列车混合储能系统的能量管理策略[J]. 章宝歌,李萍,张振,王宇,荣耀. 储能科学与技术. 2020(01)
[6]超级电容的发展与应用[J]. 齐丽晶,胥佳颖. 大学物理实验. 2019(05)
[7]具有模式激活的储能双向DC-DC变换器的有限集模型预测控制方法[J]. 杨帆,刘珊,李东东. 水电能源科学. 2019(05)
[8]电动汽车动力传动系统参数匹配与优化[J]. 牛秦玉,李珍惜,王智超,田海波. 机械传动. 2019(02)
[9]制动能量回收系统中超级电容充放电特性研究[J]. 任璐,张红娟,靳宝全,高妍,宋朝锋. 电测与仪表. 2018(24)
[10]一种适用于光伏并网混合储能系统的功率分配策略[J]. 米根锁,穆艳停. 储能科学与技术. 2018(04)
硕士论文
[1]电动汽车用混合储能系统的能量管理与非线性控制策略研究[D]. 尉宝磊.安徽大学 2019
[2]新能源汽车传动系统混合优化算法的研究[D]. 张怡然.合肥工业大学 2019
[3]直流微电网中Buck-Boost变换器非线性行为与混沌控制研究[D]. 杨昌烨.华南理工大学 2018
[4]蓄电池与超级电容混合储能的稳压控制器设计[D]. 邓海华.广西大学 2018
[5]蓄电池与超级电容混合储能系统能量管理策略研究[D]. 侯婷婷.西南交通大学 2018
[6]独立光伏发电系统混合储能策略研究[D]. 缪利蓉.扬州大学 2018
[7]电动汽车复合电源能量控制策略研究[D]. 江蕊.南昌大学 2017
[8]微电网混合储能系统控制策略研究[D]. 毕晓辉.重庆大学 2016
[9]电动汽车复合能源系统的研究[D]. 黄智奇.浙江大学 2016
[10]超级电容与蓄电池混合储能系统的能量管理与控制研究[D]. 王宇.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：3611824
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