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基于复合储能的混合动力电动汽车再生制动能量回馈研究

徐明辉  
【摘要】:汽车工业的发展所带来的对石油资源需求的急剧增加和对全球环境造成的严重负面影响日益引起了人们的广泛关注,因此,面向21世纪研究高效节能和低污染的混合动力电动汽车是缓解这两大问题的有效手段,成为汽车工业可持续发展的主要方向之一。车辆在城市路况下行驶,由于交通拥挤须频繁的加速和制动,传统内燃机汽车将制动能量通过制动器以摩擦的形式转化为热能损失掉,而混合动力电动汽车发挥了电机的再生制动功能,可在制动过程中对车辆的动能进行回收利用,其在城市工况下行驶时可显著提高燃油经济性并降低排放。 本文以混合动力电动汽车为研究对象,侧重在关键技术中相对独立的储能系统能量管理进行研究,分析储能系统对再生制动的约束条件,为实现能量的充分回收与利用,要求考虑储能系统在比能量和比功率上做出权衡,来满足混合动力电动汽车的大功率波动需求。本文设计了具有较强脉冲性能、充放电效率高、动态响应快的复合储能系统。主储能装置采用动力铅酸蓄电池组,辅助储能装置应用具有高比功率的超级电容,超级电容和蓄电池的复合储能系统兼顾了超级电容的高比功率和蓄电池的高比能量的优点,实现混合动力电动汽车对能量和功率要求的分离,充分结合了两种储能装置的优势。明确了研究目标。 首先,本文深入研究混合动力电动汽车再生制动理论,综合分析车载能量存储系统,对超级电容和蓄电池的机理与特性进行研究,考虑传统单一的蓄电池储能装置比功率差的缺陷,引入一种新兴的储能元件超级电容进行辅助协同,将两者通过功率总线、双向DC/DC变换器等结合在一起,确立超级电容与蓄电池的复合储能系统方案,对其进行参数匹配。考虑复合储能系统均压控制的必要性,深入研究了双向半桥DC/DC变换器。 其次,在分析汽车仿真软件ADVISOR各部分功能和模型的基础上,对仿真软件ADVISOR的储能系统在MATLAB/Simulink环境下进行二次开发,在数学理论基础上,建立超级电容、蓄电池和复合储能系统仿真模型,并在三种工作模式下,应用变速积分PID算法设计蓄电池和超级电容之间的功率分配控制策略。 最后,将仿真模型嵌入ADVISOR仿真软件,选定ECE+EUDC典型测试循环工况进行仿真分析,对比仿真性能,结果表明,车辆的的制动稳定性、蓄电池的性能、再生制动能量利用效率和整车能耗等方面都有一定程度的改善。该复合储能系统的研究对实现高效的再生制动能量回收有着重要的指导意义。


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