纯电动汽车复合储能再生制动系统的研究

【摘要】：汽车是人类现代生活中不可缺少的一部分，但随着不可再生能源的日益减少以及环境问题的日益严重，传统汽车无疑加剧了石油的短缺和大气的污染，发展电动汽车势在必行。然而电动汽车由于电池技术的制约，其续驶里程非常不理想。再生制动技术可以有效地解决这个问题，达到节能减排的目的。 本文首先分析了再生制动系统国内外现状，并对其电路结构进行了研究。在电机方面，考虑到纯电动汽车的驱动需求和再生制动的特点，对选择无刷直流电机作为驱动电机进行了论证，并给出了电机的数学模型。基于此数学模型分析了电机在电动状态和发电状态时，电机控制器中各个功率开关管的工作状态。在电源方面，选择超级电容作为制动能量的储能元件，与锂电池组成复合储能系统。在分析了常见的再生制动力与机械制动力的分配策略后，结合模糊控制理论对两者的分配策略进行了优化与仿真验证。 在对整个系统进行了理论分析和仿真验证后，进行了实验平台的硬件设计和软件设计工作，完成了硬件电路和软件流程的设计。通过测功机对不同路况进行模拟，采用制动踏板模拟驾驶员信号，并通过上位机对系统的主要参数和实时状态进行监控。 最后，搭建实验平台，对纯电动汽车复合储能再生制动系统进行了实验和结果分析。实验结果表明，以超级电容为复合储能元件的再生制动系统可以有效回收制动能量，释放能量时可以满足电动汽车在启动、加速时需要的瞬时大功率。 【关键词】：再生制动 无刷直流电机 复合储能 模糊控制 实验平台
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72;U463.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题背景与意义10-12
• 1.2 国内外电动汽车再生制动系统研究现状12-13
• 1.2.1 国外研究现状12
• 1.2.2 国内研究现状12-13
• 1.3 论文主要研究内容13-15
• 第2章 纯电动汽车再生制动原理及结构分析15-27
• 2.1 再生制动原理及工作过程15-16
• 2.2 无刷直流电机的数学模型与分析16-23
• 2.2.1 无刷直流电机的结构16-17
• 2.2.2 无刷直流电机的工作原理17-19
• 2.2.3 无刷直流电机的数学模型19-20
• 2.2.4 再生制动状态下无刷直流电机工作过程20-23
• 2.3 复合储能系统的分析与研究23-25
• 2.3.1 纯电动汽车对电池的要求23-24
• 2.3.2 超级电容24-25
• 2.3.3 锂电池与超级电容的匹配方案选择25
• 2.4 本章小结25-27
• 第3章 再生制动系统控制策略的分析与仿真27-42
• 3.1 再生制动控制策略研究27-31
• 3.1.1 串联制动控制策略研究27-30
• 3.1.2 并联制动控制策略研究30-31
• 3.2 基于模糊控制的再生制动策略研究31-33
• 3.2.1 模糊控制原理研究31-32
• 3.2.2 模糊控制系统的组成32
• 3.2.3 模糊控制系统的设计32-33
• 3.3 基于模糊控制的再生制动策略建模与仿真33-41
• 3.3.1 Mamdani 型模糊控制器的建立33-37
• 3.3.2 仿真结果及分析37-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 纯电动汽车再生制动系统的硬件和软件设计42-52
• 4.1 纯电动汽车再生制动系统的硬件设计42-47
• 4.1.1 DSP 控制电路设计43-44
• 4.1.2 功率变换电路44-45
• 4.1.3 隔离驱动电路45
• 4.1.4 位置检测电路45-46
• 4.1.5 上位机通信电路46
• 4.1.6 复合储能系统电路46-47
• 4.2 纯电动汽车再生制动系统软件设计47-51
• 4.2.1 系统主程序47-48
• 4.2.2 制动子程序48-49
• 4.2.3 制动能量释放子程序49-50
• 4.2.4 上位机通信子程序50-51
• 4.3 本章小结51-52
• 第5章 纯电动汽车复合储能再生制动实验平台设计52-59
• 5.1 实验平台整体设计52-55
• 5.1.1 无刷直流电机53
• 5.1.2 测功机53-55
• 5.1.3 复合储能系统55
• 5.2 实验结果分析55-58
• 5.3 本章小结58-59
• 结论59-60
• 参考文献60-63
• 攻读硕士学位期间发表的研究成果63-64
• 致谢64

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