电动汽车复合电源动力储能系统设计及实验研究

发布时间：2017-07-18 07:04

  本文关键词：电动汽车复合电源动力储能系统设计及实验研究

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【摘要】：传统汽车的发展面临着石油资源枯竭和环境污染等问题,电动汽车作为解决这一问题的有效途径,近几年在世界各国都取得了快速发展。电动汽车的关键技术之一是电池系统,但当前动力蓄电池存在比功率较低、循环寿命受大电流充放电影响严重等问题,其整车动力性、循环寿命、使用成本和续驶里程等受到一定的影响。本文利用超级电容比功率高、快速充放电、循环寿命长、低温特性好等优点,以锂离子电池作为主动力源,超级电容作为辅助能源,两者通过功率变换器一起构成复合电源动力储能系统,充分发挥超级电容“削峰填谷”的作用,从而改善整车的动力性、续驶里程和使用成本。首先,本文对复合动力储能电源系统中的多个关键部件,如锂离子蓄电池、超级电容和DC/DC的工作原理和基本性能进行了实验研究和分析。基于以上关键部件的工作原理和性能特点,确定复合电源动力储能系统中关键部件的拓扑结构设计和参数匹配方案,基于广州某公司车型,通过MATLAB/Simulink软件搭建锂离子电池、超级电容、DC/DC和复合电源动力储能系统仿真模型。其次,基于以上研究基础,针对现有控制策略,本文设计了复合电源动力储能系统模糊逻辑控制策略,同时编写功率分配控制程序,对复合电源动力储能系统的控制效果进行仿真研究。与单一电源系统相比,复合电源动力储能系统避免了锂离子电池受到大电流冲击和破坏,有效地降低了锂离子电池的充放电电流,提高了电源系统的循环寿命；并充分发挥超级电容充放电效率高的特点,高效地回收制动能量,提高整车的经济性和续驶里程。最后,基于现有仪器设备,搭建48V模块化复合电源动力储能系统实验台架,对复合电源动力储能系统参数匹配结果和控制策略进行实验验证,同时,与锂离子电池作为单一电源系统模型进行对比试验。试验结果表明,在复合电源动力储能系统模型中,锂离子电池的放电电流和制动能量回收电流明显减小,验证了复合电源动力储能系统参数匹配和控制策略的合理性和可行性,提高了整车的使用寿命和续驶里程,降低了整车使用成本,为复合电源动力储能系统在电动汽车上的应用提供了理论基础和实验验证。
【关键词】：复合电源动力储能系统 超级电容 双向DC/DC变换器 模糊控制策略
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 选题背景及意义10-11
• 1.2 纯电动汽车国内外发展现状11-13
• 1.2.1 国外纯电动汽车发展现状11-12
• 1.2.2 国内纯电动汽车发展现状12-13
• 1.3 电动汽车复合电源动力储能系统研究现状13-15
• 1.3.1 国外复合电源动力储能系统的研究现状13-14
• 1.3.2 国内复合电源动力储能系统的研究现状14-15
• 1.4 论文主要的研究内容15-16
• 第二章 电动汽车复合电源动力储能系统特性研究16-38
• 2.1 车用储能系统的性能要求16-21
• 2.1.1 车用储能系统的性能指标16-17
• 2.1.2 动力蓄电池17-18
• 2.1.3 其他车载储能发电装置18-21
• 2.2 动力蓄电池的特性研究21-26
• 2.2.1 三元锂离子电池充放电特性21-22
• 2.2.2 三元锂离子电池容量特性22-23
• 2.2.3 三元锂离子电池内阻特性23-24
• 2.2.4 锂离子电池寿命特性24-26
• 2.3 超级电容特性研究26-30
• 2.3.1 超级电容充放电特性27-28
• 2.3.2 超级电容内阻特性28-29
• 2.3.3 超级电容效率特性29-30
• 2.4 双向DC/DC变换器特性研究30-37
• 2.4.1 复合电源动力储能系统对双向DC/DC变换器性能要求30-31
• 2.4.2 双向DC/DC变换器工作原理31-32
• 2.4.3 双向DC/DC变换器硬件系统搭建32-36
• 2.4.4 双向DC/DC变换器工作效率36-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第三章 复合电源动力储能系统拓扑结构设计、参数匹配设计及验证38-50
• 3.1 复合储能系统的拓扑结构设计及工作模式38-43
• 3.1.1 复合电源动力储能系统拓扑结构设计38-40
• 3.1.2 复合储能系统工作原理40
• 3.1.3 复合储能系统主要工作模式40-43
• 3.2 动力储能系统参数匹配目标及方案43-48
• 3.2.1 目标车型参数及性能指标要求43
• 3.2.2 整车动力性分析43-44
• 3.2.3 典型循环工况分析44-45
• 3.2.4 复合电源动力储能系统参数匹配45-48
• 3.3 整车动力性能指标验证48-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 复合电源动力储能系统控制策略与仿真分析研究50-70
• 4.1 复合电源系统控制目的及方法50
• 4.2 复合储能系统模糊控制策略50-58
• 4.2.1 模糊控制原理分析51-52
• 4.2.2 模糊逻辑控制分析52-53
• 4.2.3 模糊逻辑控制器的设计53-58
• 4.3 复合电源动力储能系统仿真模型58-63
• 4.3.1 锂离子电池等效模型58-60
• 4.3.2 超级电容等效模型的建立60-61
• 4.3.3 双向DC/DC等效模型的建立61-62
• 4.3.4 复合电源仿真模型62-63
• 4.4 仿真与结果分析63-69
• 4.4.1 循环工况仿真结果分析63-66
• 4.4.2 复合电源循环工况寿命预测66-68
• 4.4.3 整车续驶里程仿真分析68-69
• 4.5 本章小结69-70
• 第五章 复合电源动力储能系统试验研究70-80
• 5.1 复合电源动力储能系统模块化试验样机模型70-71
• 5.2 复合电源动力储能系统实验方案及实验环境71-74
• 5.2.1 试验平台模型搭建71
• 5.2.2 不同工况的简化71-72
• 5.2.3 复合电源动力储能系统台架试验环境72-74
• 5.3 实验验结果分析74-79
• 5.3.1 单次简化典型工况模式实验74-78
• 5.3.2 整车续驶里程实验分析78-79
• 5.4 本章小结79-80
• 第六章 总结与展望80-82
• 6.1 全文总结80-81
• 6.2 研究展望81-82
• 参考文献82-87
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果87-88
• 致谢88-89
• 附件89

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