基于蓄电池和超级电容的电动汽车用永磁同步电机制动回馈储能研究

发布时间：2017-10-29 09:12

  本文关键词：基于蓄电池和超级电容的电动汽车用永磁同步电机制动回馈储能研究

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【摘要】：目前,世界各国都面临着环境污染和石油短缺问题。电动汽车以电能作为主要动力能源,对环境友好,同时降低了对石油能源的依赖,得到学术界和工业界的高度关注。电动机和电力驱动技术以及电池技术是电动汽车的关键技术。目前电池技术的发展进入瓶颈,在此情况下,利用高效电机、电驱技术提高能量的使用效率是一个途径,另一途径就是研究电机制动回馈储能,这不仅是整车能量管理中重要组成部分,也可以有效地提升电动汽车的能量利用率,增加续驶里程。蓄电池作为传统电动汽车最主要的能量源,循环寿命和功率密度较低。相比之下,超级电容循环寿命和功率密度很高。将蓄电池和超级电容相结合的双能量源结构可以实现优势互补,达到现有技术水平下的优化组合。本文基于蓄电池和超级电容研究电动汽车用PMSM系统的驱动和回馈制动。论文主要研究内容有如下五个部分：1.分析PMSM的工作原理及数学模型,并给出一台三相2.2kW PMSM实测静态特性。2.设计PMSM驱动系统的硬件电路并搭建模拟电动汽车的对拖平台。设计PMSM的SVPWM算法,采用TMS320F28335作为微控制器,编写PMSM驱动系统的控制程序。3.根据车载条件下,能量流动的需求,选定并分析双向DC/DC变换器的拓扑结构、工作原理,进一步提出器件型号和参数的选取原则。在MATLAB/SIMULINK环境下,建立模型进行相关仿真,并对仿真结果进行分析。4.分析PMSM回馈制动的工作原理,在MATLAB/SIMULINK仿真环境下建立永磁同步电机制动回馈储能系统,分析系统的运行特性和仿真结果。5.设计并制作基于蓄电池和超级电容的双向DC/DC变换器系统硬件电路,对相关仿真结论进行实验验证。搭建以半实物仿真系统ADI为控制器的模拟电动汽车用PMSM系统制动回馈储能系统的硬件平台,验证所提出的电动汽车用PMSM制动能量回馈控制策略的正确性和可行性。
【关键词】：电动汽车 蓄电池 超级电容 制动回馈 PMSM SVPWM
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM341;U469.72
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第1章 绪论13-19
• §1.1 课题的研究背景与选题意义13
• §1.2 电动汽车发展的关键技术13-14
• §1.2.1 电池技术13-14
• §1.2.2 驱动电机和控制器14
• §1.2.3 能量管理技术14
• §1.3 国内外电动汽车基于蓄电池超级电容再生制动能量研究现状14-15
• §1.4 电动汽车能量源概述15-16
• §1.4.1 蓄电池15-16
• §1.4.2 超级电容16
• §1.4.3 超高速飞轮电池16
• §1.4.4 燃料电池16
• §1.5 电动汽车驱动系统16-17
• §1.6 永磁同步电机的控制方法17
• §1.6.1 恒压频比控制17
• §1.6.2 矢量控制17
• §1.6.3 直接转矩控制17
• §1.6.4 先进控制策略17
• §1.7 论文主要内容和结构17-19
• §1.7.1 论文主要内容17-18
• §1.7.2 论文主要结构18-19
• 第2章 电动汽车用永磁同步电机SVPWM控制系统19-32
• §2.1 引言19
• §2.2 PMSM电机基本结构19-21
• §2.2.1 PMSM定子部分19-20
• §2.2.2 PMSM转子结构20-21
• §2.3 同步旋转坐标系下PMSM数学模型21-23
• §2.3.1 3s/2s变换21-22
• §2.3.2 2s/2r变换22
• §2.3.3 电压方程22-23
• §2.3.4 磁链方程23
• §2.3.5 电磁转矩方程23
• §2.3.6 机械运动方程23
• §2.4 永磁同步电机SVPWM控制算法基本原理23-26
• §2.5 PMSM静特性测试26-29
• §2.5.1 电机基本参数26-27
• §2.5.2 空载电势测量27-28
• §2.5.3 电阻与电感测量28-29
• §2.6 基于SVPWM的PMSM控制系统仿真29-31
• §2.7 小结31-32
• 第3章 PMSM驱动系统软件与硬件设计32-45
• §3.1 引言32
• §3.2 PMSM驱动系统硬件设计32-39
• §3.2.1 微控制器TMS320F2833532-34
• §3.2.2 驱动电路设计34-35
• §3.2.3 电流电压采样电路35-37
• §3.2.4 转子位置采样37-39
• §3.3 PMSM驱动系统软件设计39-40
• §3.3.1 驱动系统的软件框架设计39-40
• §3.3.2 转速与转子位置计算40
• §3.4 PMSM驱动系统实验40-44
• §3.4.1 驱动系统平台搭建40-41
• §3.4.2 PMSM电机三相空载感应电势分析41-42
• §3.4.3 PMSM电机驱动系统稳态实验结果42-44
• §3.5 本章小结44-45
• 第4章 能量回馈制动系统分析与仿真研究45-66
• §4.1 引言45
• §4.2 蓄电池和超级电容基本性能45-48
• §4.3 双向DC/DC变换器分析设计48-52
• §4.3.1 双向DC/DC变换器工作原理及参数设计48-50
• §4.3.2 双向DC/DC变换器电路参数的设计50-52
• §4.3.2.1 开关频率50
• §4.3.2.2 储能电感的设计50
• §4.3.2.3 滤波电容的设计50-51
• §4.3.2.4 功率器件的选择51
• §4.3.2.5 缓冲电路的确定51-52
• §4.4 PMSM制动回馈理论分析52-54
• §4.4.1 PMSM一般制动理论分析52-53
• §4.4.2 基于SVPWM的PMSM制动分析53-54
• §4.5 基于双向DC/DC变换器能量双向流动仿真分析54-62
• §4.5.1 Boost工作模式下母线电压单闭环仿真54-55
• §4.5.2 Boost工作模式下母线电压电感电流双闭环仿真55-56
• §4.5.3 Buck工作模式下电感电流单闭环仿真56-57
• §4.5.4 Buck工作模式下超级电容恒流充电仿真57-58
• §4.5.5 直流电机制动时超级电容和蓄电池充放电仿真58-60
• §4.5.6 直流电机启动、匀速、制动时超级电容充放电仿真60-62
• §4.6 PMSM回馈制动仿真分析62-65
• §4.7 本章小结65-66
• 第5章 回馈制动系统实验研究66-88
• §5.1 引言66
• §5.2 电池及超级电容的充放电实验研究66-73
• §5.2.1 电池充电实验66-67
• §5.2.2 电池放电实验67-68
• §5.2.3 超级电容充电实验68-70
• §5.2.4 超级电容放电实验70-71
• §5.2.5 蓄电池超级电容全压启动直流电机实验71-72
• §5.2.6 蓄电池超级电容全压启动永磁同步电机实验72-73
• §5.3 能量由超级电容侧流向母线侧实验研究73-78
• §5.3.1 母线侧负载为电阻实验研究73-76
• §5.3.2 母线侧负载为直流电机实验研究76-78
• §5.4 能量由母线侧流向超级电容侧实验研究78-81
• §5.4.1 低压侧为电阻负载实验78-80
• §5.4.2 低压侧为超级电容实验80-81
• §5.5 永磁同步电机制动回馈储能系统实验81-87
• §5.6 本章小结87-88
• 第6章 总结与展望88-90
• §6.1 全文总结88
• §6.2 课题展望88-90
• 参考文献90-93
• 致谢93-94
• 硕士期间学术成果94

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