四轮独立驱动电动车复合电源系统及能量分配策略

发布时间：2020-08-13 07:21

【摘要】：四轮独立驱动电动车因传动路径少、机动灵活性好等优点而逐渐受到人们的关注,但目前由于动力电池技术的局限,四轮独立驱动电动车同样存在续航里程短、蓄电池使用寿命短等问题而不能得到广泛使用。复合电源由蓄电池与超级电容组成,作为电动车的动力源,不仅能够满足电动车瞬时大功率的需求,提高电动车的动力性能,还能减小蓄电池的充放电电流从而改善蓄电池的使用特性,并且能量的合理分配及制动能量回收还能增加电动车的续驶里程。本文针对四轮独立驱动电动车的特征对其复合电源系统(由锂电池、超级电容和DC/DC变换器组成)及能量分配控制策略进行研究,主要研究内容包括:(1)复合电源系统部件特性分析及建模。对复合电源系统中的锂电池与超级电容进行充放电试验并其分析工作特性;理论分析DC/DC变换器工作特点和永磁无刷直流电机的工作特性。在此基础上,根据复合电源系统各部件的工作特性,推导基本工作特性方程,建立复合电源系统各部件的仿真模型,为系统整体控制仿真奠定基础。(2)复合电源系统结构设计。在综合分析现有复合电源系统拓扑结构、四轮独立驱动电动车的工作特点以及复合电源系统能量利用效率的基础上,设计具有驱动和制动两种工作模式的四轮独立驱动电动车复合电源系统结构;以整车的动力性、经济性为目标,以超级电容和蓄电池充放电限制条件为约束,对复合电源系统各部件的参数进行计算、匹配和选型。针对四轮独立驱动电动车复合电源系统中超级电容组间电压不均衡情况,对超级电容的均压方法进行分析,采用单飞渡电容均压的方法对其进行均压控制。(3)复合电源系统功率分配控制策略。分析现有的能量分配模糊控制策略和基于车速的能量分配策略,根据城市工况中车辆的行驶特点,设计一种改进的基于车速的复合电源系统能量分配策略。该策略以车辆当前车速确定超级电容SOC的上、下限值,并根据超级电容实际SOC值与其限值之间的关系,以及车辆的行驶需求功率,对蓄电池和超级电容的输入、输出能量进行合理分配,以更好的发挥超级电容的削峰填谷作用,并保护蓄电池免受大电流的冲击,同时提高复合电源系统的能量利用率,使超级电容能更加持续地为车辆提供需求的峰值功率,保证车辆的动力性能。(4)系统仿真分析及实车试验。在SIMULINK中建立复合电源系统及其能量分配策略的仿真模型,对不同能量分配控制策略、不同复合电源系统结构下的四轮独立驱动电动车复合电源系统的工作过程进行仿真分析;对复合电源系统与单一电源系统工作性能进行对比;并对本文设计的双模式四轮独立驱动电动车复合电源系统结构及能量分配策略的性能进行验证。最后,在实验室现有的四轮独立驱动电动车试验平台搭建复合电源系统,利用NI数据采集卡对其进行硬件在环试验,试验内容包括四轮独立驱动电动车单一工况和城市循环工况试验,从而测试整车及复合电源系统动力性、经济性及制动能量回收性能。仿真和试验结果表明:在保证车辆动力性的条件下,复合电源系统相比于单一电源系统能够更好地发挥超级电容削峰填谷作用,并改善保护蓄电池免受大电流冲击,从而改善其使用特性。与现有的模糊控制策略和基于车速的能量分配策略相比,设计的针对四轮独立驱动电动车的改进型基于车速的能量分配策略,能使复合电源系统更好且更稳定地协调蓄电池与超级电容之间的能量分配问题,从而稳定蓄电池输入、输出电流,充分发挥超级电容的削峰填谷作用。通过改进的双模式复合电源系统结构与单一工作模式的复合电源系统结构仿真对比,改进的双模式复合电源系统结构下的四轮独立驱动电动车的能量回收效率提高了13.53%;通过试验结果可知,改进的双模式复合电源系统结构与单一工作模式的复合电源系统结构相比,能量回收效率提高了10.26%,有效地延长了车辆的续航里程。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.72
【图文】：

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图 3-11 蓄电池模型Fig.3-11 Battery simulation model图3-11中的功率限制Powerlimit模块主要是综合考虑前文所测试得到的蓄电池 SOC 工作范围,并根据式（3-13）~式（3-16）进行建模得到，其仿真模型如图3-12 所示。图 3-12 功率限制模型Fig.3-12 Power limit model蓄电池工作电压、电流计算模块如图 3-13 所示。

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其仿真模型如图3-12 所示。图 3-12 功率限制模型Fig.3-12 Power limit model蓄电池工作电压、电流计算模块如图 3-13 所示。

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图 3-13 电压电流模型Fig.3-13 Calculation model of voltage and current电池 SOC 计算模块如图 3-14 所示。图 3-14 蓄电池 SOC 模型Fig.3-14 SOC calculation model of battery定功率及变功率的方法对所建立的蓄电池模型进行仿真，并与前文测试对比，验证蓄电池模型的可行性，对比结果如图 3-15 所示。仿真结果实验结果53.053.554.0

【参考文献】