纯电动汽车双能量源系统设计与仿真研究

【摘要】：电动汽车将是未来汽车发展的主导方向,我国也将电动汽车项目作为“十二五”及“863”项目重要内容。纯电动汽车具有高效、低噪声、零排放等显著优点,在环保和节能方面具有不可比拟的优势。迄今为止,徐驶里程不足仍是制约纯电动汽车商业化的瓶颈。为实现有限能量源的充分利用,提高驱动系统效率及再生制动回收是目前迫切需要解决的问题。在此背景下,本文以“纯电动汽车关键技术攻关及核心零部件产业化开发”项目为依托,在高效电驱动系统、再生制动能量回收、双能量源存储系统和优化控制策略等方面通过理论推导、仿真验证获得纯电动汽车的研制依据和试验数据,为高性能纯电动汽车的开发提供理论基础和工程经验。论文的研究工作及主要创新点包括： 1.根据超级电容加双向DC/DC功率变换器与锂离子动力电池组并联的结构,设计了双能量源系统主回路的电路拓扑结构,并对其工作状态进行了详细分析,以满足纯电动汽车对能量密度和功率密度的双重要求。在此基础上,根据整车的性能要求和配置情况,分别从能量和功率密度角度对双能量源系统的动力电池、超级电容单体串并联结构及各节容量进行了理论计算和匹配设计；利用扩展的ADVISOR仿真软件对双能量源的匹配参数进行仿真优化及结果校验,满足纯电动汽车对双能量源系统的要求。 2.根据纯电动汽车的不同工作状态,设计了双向DC/DC功率变换器模糊控制策略,在电动运行状态下以“稳压”为目标,实现超级电容和电池组的输出电压相匹配；在制动运行状态下以“稳流”为目标,实现对超级电容和电池组的横流充电；建立了电池、超级电容等各模块的Matlab仿真模型。 3.针对双能量源纯电动汽车的能量管控问题,提出了能量管理的模糊控制策略,并从整车经济性、动力性、能量源效率和制动能量回收效率四个角度进行仿真验证,仿真结果表明,模糊控制策略可以合理分配电池组和超级电容的输出功率,提高整车的动力性和经济性。 4.对ADVISOR仿真软件进行二次开发,获得了界面友好且适合双能量源电动汽车仿真平台,克服了ADVISOR软件不能对双能量源纯电动汽车进行性能仿真。结合典型循环工况,对双能量源纯电动汽车及其控制策略进行性能仿真,仿真结果表明双能量源纯电动的经济性和动力性都得到了提高。 【关键词】：纯电动汽车 双能量源系统 ADVISOR 模糊控制策略
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 致谢8-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 引言14-19
• 1.1.1 电动汽车定义与分类15-18
• 1.1.2 蓄电池纯电动汽车发展优势18-19
• 1.2 纯电动汽车国内外研究现状19-22
• 1.2.1 国外纯电动汽车发展现状19-20
• 1.2.2 国内纯电动汽车发展现状20-22
• 1.3 车载纯电动复合能量源系统研究现状22-24
• 1.4 课题来源、意义及主要研究内容24-26
• 1.4.1 课题来源24
• 1.4.2 课题研究目的意义24-25
• 1.4.3 本文主要研究内容25-26
• 第二章 锂电池组-超级电容双能量源系统方案设计26-42
• 2.1 锂电池—超级电容双能量源系统匹配结构26-30
• 2.1.1 锂电池组/超级电容并联匹配结构分析26-27
• 2.1.2 匹配结构的选择27-29
• 2.1.3 双能量源系统的工作模式分析29-30
• 2.2 复合能量源存储系统主回路拓扑结构设计30-33
• 2.2.1 双能量源系统主回路拓扑设计30
• 2.2.2 主回路工作原理分析30-33
• 2.3 锂电池组—超级电容双能量源系统参数匹配33-41
• 2.3.1 双能量源系统参数理论测算33-39
• 2.3.2 基于理论参数计算的复合电源匹配分布形式39-41
• 2.4 本章小结41-42
• 第三章 双能量源系统仿真模型与控制策略42-59
• 3.1 复合能量源系统仿真模型平台42-43
• 3.1.1 车辆仿真平台概述42-43
• 3.1.2 ADVISOR汽车仿真软件43
• 3.2 锂电池—超级电容复合能量源系统建模43-54
• 3.2.1 锂离子电池仿真模型43-48
• 3.2.2 超级电容电池的仿真模型48-49
• 3.2.3 双向DC/DC功率变换器数学模型49-54
• 3.3 动力电池—超级电容系统模型功率需求分析54
• 3.3.1 复合电源系统的功率需求模型54
• 3.3.2 电池组—超级电容复合电源功率分配54
• 3.4 电池组—超级电容复合电源控制策略54-58
• 3.4.1 复合电源的模糊逻辑控制策略原理55-56
• 3.4.2 复合电源系统模糊逻辑控制器设计56-58
• 3.5 本章小结58-59
• 第四章 基于ADVISOR的双能量源纯电动汽车仿真59-79
• 4.1 ADVISOR的混合仿真方法59-61
• 4.1.1 ADVISOR软件系统结构59
• 4.1.2 ADVISOR的混合仿真方法59-60
• 4.1.3 ADVISOR仿真参数设置与运行流程60-61
• 4.2 基于电动汽车复合能量源的ADVISOR二次开发61-68
• 4.2.1 搭建动力电池—超级电容纯电动汽车整车Simulink模型61-62
• 4.2.2 建立BD_EV_Bat_Cap车辆模型配置文件62-65
• 4.2.3 锂电池组与超级电容的自动匹配65-68
• 4.3 动力电池—超级电容纯电动汽车仿真与结果分析68-78
• 4.3.1 车辆仿真循环工况68-72
• 4.3.2 动力性能仿真结果对比分析72-75
• 4.3.3 CYC-UDDS工况下各模块仿真曲线分析75-78
• 4.4 本章小结78-79
• 第五章 总结与展望79-81
• 5.1 全文总结79-80
• 5.2 研究展望80-81
• 参考文献81-84
• 攻读硕士学位期间发表的论文84

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