基于超级电容的纯电动汽车制动能量回收技术研究

【摘要】：汽车节能减排技术已经成为研发的热点，而当前电动汽车制动能量回收效率偏低是亟待解决的问题。 本文针对当前电动汽车制动能量回收效率偏低的状况，分析了导致电动汽车制动能量回收效率偏低的原因；根据电动汽车制动模式，制动能量回收系统的设计原则和约束条件，采用长安奔奔mini纯电动汽车为实验的样车，对其制动能量回收系统进行一定的改进，并对其中的主要结构和性能参数进行了设置；阐述改进后的制动能量回收系统的工作原理。对改进设计后的制动能量回收系统，利用汽车动力学、电机理论以及控制理论等对电机、超级电容、控制策略和整车再生制动进行了建模，并利用Matlab/Simulink软件对系统模型进行了仿真分析，从理论上验证了该制动能量回收系统的有效性。 为了进一步实验验证改进设计方案的切实可行和正确有效，同时对比仿真结果，搭建了简易的制动能量回收的模拟实验台。根据改进设计方案对能量转换装置（电机及驱动系统、功率变换器）、控制装置（电机控制器）、能量存储装置（锂电池组、超级电容）、实验检测装置进行了选型和设置；阐述了实验内容和实验方法，通过该实验方法先对超级电容的储能特性进行一系列的实验研究，研究结果表明超级电容初、末电压之间的呈某种线性关系，同时得到在纯电动汽车制动能量回馈下超级电容的初始电压与制动能量回收效率之间理论上呈二次关系，并得到了MATLAB/Simulink仿真验证。接着提出了两种制动能量回收模式以及两种纯电动汽车启动方式，并以此为实验内容，阐述了实验方法。并利用EXCEL软件对实验结果进行了分析计算，由此得到制动能量回收的功率随转速的变化状况；利用拟合方程得到回收利用的能量及能量回收利用效率。把实验结果与仿真结果进行对比分析，验证了该改进后的设计方案的切实可行以及正确有效的，同时与原车相比，纯电动汽车采用超级电容器和车载锂电池并联启动方式时，纯电动汽车的启动时间会得到较大的缩短。 【关键词】：制动能量回收 超级电容 回收效率 建模仿真 实验验证
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• Contents10-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 课题背景12-13
• 1.2 研究意义13-15
• 1.3 国内外研究现状15-17
• 1.3.1 国外研究现状15
• 1.3.2 国内研究现状15-17
• 1.4 存在的问题17
• 1.5 本论文的主要研究内容17-19
• 第二章 纯电动汽车制动能量回收系统设计方案19-27
• 2.1 纯电动汽车制动模式19
• 2.2 纯电动汽车制动能量回收影响因素19-20
• 2.3 制动能量回收系统的结构设计20-22
• 2.3.1 制动能量回收系统的结构设计原则20-21
• 2.3.2 制动能量回收系统的结构设计约束条件21
• 2.3.3 制动能量回收系统的结构形式21-22
• 2.4 新型制动能量回收系统主要参数及工作原理22-23
• 2.5 纯电动汽车制动力控制策略23-26
• 2.5.1 最优能量回收分配策略23-24
• 2.5.2 前后轮制动力理想分配策略24-25
• 2.5.3 并行制动控制策略25-26
• 2.6 本章小结26-27
• 第三章 纯电动汽车制动能量回收系统建模与仿真27-43
• 3.1 纯电动汽车动力学分析与建模27-32
• 3.1.1 纯电动汽车动力学建模27-30
• 3.1.2 纯电动汽车总的制动能量30-31
• 3.1.3 纯电动汽车制动能量回收效率31-32
• 3.2 永磁同步电机控制与建模32-38
• 3.3 制动能量回收系统控制建模38-39
• 3.4 超级电容建模39-40
• 3.5 整车制动能量回收系统仿真建模40-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第四章 关于超级电容存储制动能量关键技术研究43-52
• 4.1 超级电容的原理和特性43-46
• 4.1.1 超级电容简介43-44
• 4.1.2 超级电容主要参数44-45
• 4.1.3 超级电容充放电特性45-46
• 4.2 超级电容初始电压与功率的关系46-48
• 4.3 超级电容初始电压与制动能量回收效率的关系48-50
• 4.4 仿真模型验证50-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第五章 纯电动汽车制动能量回收系统实验验证52-67
• 5.1 实验装置简介52-56
• 5.1.1 发电机及驱动装置52-53
• 5.1.2 AC/DC 转换器53
• 5.1.3 DC/DC 转换器53-54
• 5.1.4. 控制策略及其实现54-56
• 5.2 能量存储装置56-58
• 5.3 测试设备58-59
• 5.4 新型制动能量回收系统实验验证与分析59-63
• 5.4.1 实验内容59-60
• 5.4.2 实验结果计算及仿真对比分析60-63
• 5.5 超级电容与锂电池并联启动实验验证与分析63-66
• 5.5.1 实验内容63-64
• 5.5.2 实验结果对比与分析64-66
• 5.6 本章小结66-67
• 总结与展望67-69
• 总结67-68
• 展望68-69
• 参考文献69-72
• 附录72-74
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的科研项目74-75
• 致谢75-76
• 详细摘要76-79

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