混合动力汽车用复合电源参数匹配与控制策略研究

【摘要】：汽车工业所带来的能源短缺与环境污染问题越来越受到世界各国政府的重视。当前，许多政府、世界知名的汽车企业和科研机构纷纷研制开发低能耗、低排放，且能满足现代使用性能要求的新型汽车。混合动力汽车应运而生，由于它可以结合内燃机汽车和电动汽车的优点，达到低污染和低能耗的目的，成为当代国际电动汽车开发的热点和潮流之一。 在过去的几年里，混合动力汽车技术有了很大的发展，但混合动力汽车对电源技术却提出了极高的要求，蓄电池由于低温工作性能差、循环寿命有限、大电流充放电困难等缺陷成为制约混合动力汽车发展的关键问题。 超级电容是近年来发展起来的一种新型储能装置，具有功率密度高、寿命长、使用温度宽及充电迅速等优异特性，非常适用于车辆加速、刹车或爬坡时的高功率需求。 蓄电池和超级电容组成的复合电源可以把蓄电池的大能量密度和超级电容的高功率密度结合起来，超级电容来满足车辆峰值功率的需求，蓄电池则可在超级电容放电完后为其充电，达到减少蓄电池体积和延长蓄电池寿命的目的。 本文在研究了蓄电池和超级电容的充放电特性及影响因素后，用蓄电池和超级电容组成了复合电源系统，设计了控制策略，并通过Matlab/Simulink对复合系统进行了建模和脉冲功率循环实验，验证了复合系统具有优良的脉冲充放电特性。把充分发挥超级电容“削峰填谷”的作用作为目的，依据整车性能要求制定了控制策略；依据混合动力整车对电源系统中功率和总能量需求，以及对电源系统重量、造价等的限制，对复合系统的参数进行了优化；本文选择并联轿车为基本车型，以Advisor软件为仿真平台，对整车进行了城市和高速循环仿真实验，通过与单纯蓄电池为电源的整车仿真结果对比，得出以下结论：复合系统可以在原来以纯电池为电源的混合动力车的基础上进一步提高整车的燃油经济性，其原因有两个，一是复合系统的整体效率高于原镍氢电池；二是采用复合系统的整车可以更大程度地回收整车运行期间的制动能量。但燃油经济性的提高很大程度上依赖于仿真工况的选择。通过计算分析，用相同数量但容量较小的电池组成的复合系统在造价方面可以节约一半以上。同时复合 WP=62 系统还可以有效地解决原电池系统的低温启动难和瞬间响应问题。 文本在原混合动力系统研究的基础上，为蓄电池—超级电容组成的复合电源的匹配形式、参数设计以及评价指标还有复合系统的模型的建立奠定了基础，针对电源中超级电容器输出特性软的特点，研究了电容器输入输出电流的控制方法还有电容器控制器的开发，文中提到的原则、得出的结论和控制策略有待进一步深入的研究并结合实验来完善。 【关键词】：超级电容 复合系统 混合动力 参数匹配 控制策略 仿真模型 削峰填谷
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：U469
【目录】：

• 第一章 绪论6-14
• 1.1 混合动力汽车及其发展趋势6-13
• 1.1.1 为什么要发展混合动力汽车6-7
• 1.1.2 现阶段混合动力汽车的发展趋势7-11
• 1.1.3 复合电源的优势11-12
• 1.1.4 国内发展状况12-13
• 1.2 复合电源研究的意义13
• 1.3 本文主要研究内容13-14
• 第二章 电源特性介绍及复合系统设计14-32
• 2.1 蓄电池特性及影响因素14-16
• 2.1.1 蓄电池的充放电特性14-15
• 2.1.2 蓄电池的温度特性15
• 2.1.3 蓄电池的容量特性15-16
• 2.2 超级电容储电原理及充放电特性16-21
• 2.2.1 超级电容的储电原理16-18
• 2.2.2 超级电容模型建立18-19
• 2.2.3 超级电容充放电特性19
• 2.2.4 超级电容的温度特性19-20
• 2.2.5 超级电容的循环寿命特性20
• 2.2.6 超级电容器的电量状态信号的检测20-21
• 2.3 蓄电池-超级电容性能对比21-23
• 2.4 复合系统性能分析23-31
• 2.4.1 复合系统模型建立23-25
• 2.4.2 复合系统控制25-26
• 2.4.3 1000W放电脉冲工况性能分析26-29
• 2.4.4 2000W高功率脉冲充放电实验性能分析29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 复合系统设计及控制策略32-42
• 3.1 复合系统的连接形式32-33
• 3.2 复合系统元件选型33-35
• 3.3 复合系统的控制策略35-39
• 3.3.1 复合系统工作状态匹配36-37
• 3.3.2 电池、电容盈亏电分析及充放电控制37-39
• 3.3.2.1 电池电量检测及充放电控制37-38
• 3.3.2.2 电容电量检测及充放电控制38-39
• 3.3.2.3 电池组放电功率限制及变化率限制39
• 3.4 DC/DC逆变器控制39-40
• 3.5 复合电源系统算法研究40-41
• 3.6 本章小结41-42
• 第四章 复合系统参数匹配及仿真结果分析42-55
• 4.1 复合系统的匹配参数优化42-44
• 4.2 复合系统的控制参数匹配44-46
• 4.2.1 蓄电池、超级电容电量状态控制参数44
• 4.2.2 电容充放电功率系数fchg44-45
• 4.2.3 电容能量利用系数K45-46
• 4.2.4 电池功率最大变化率46
• 4.2.5 电池组最大放电功率46
• 4.3 仿真结果分析46-54
• 4.3.1 循环工况的选择46-47
• 4.3.2 仿真软件说明47-49
• 4.3.3 其他仿真参数的选择49
• 4.3.4 仿真结果分析49-54
• 4.3.4.1 燃油经济性分析51-52
• 4.3.4.2 动力性分析52-53
• 4.3.4.3 成本及重量、尺寸对比53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第五章 全文总结55-57
• 参考文献57-60
• 致谢60-61
• 摘要61-63
• Abstract63-65

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