电动汽车无源串联复合电源结构及研究

摘要

新能源汽车是目前汽车行业发展的方向，其中电动汽车更是近年来汽车行业的焦点。但是现阶段蓄电池的能量密度较低且成本高，充电后的续驶里程较短等问题，使电动汽车发展和推广受到严重的制约，而再生制动技术能够回收车辆制动能量并用于驱动行驶，成为目前提高纯电动汽车行驶里程的有效途径之一。在单以蓄电池为再生制动能量储存装置方式的基础上加入超级电容，组成蓄电池-超级电容复合电源系统，主要是想利用超级电容的高功率、高效率和长寿命的特点来改善蓄电池的工作状况，提高其使用寿命和可靠性。
　　以某微型纯电动汽车的蓄电池与超级电容组成的复合电源作为研究对象，研究蓄电池与超级电容无源串联结构的再生制动系统及其制动电流控制策略。
　　首先，从电动汽车的能量需求角度出发，分析研究再生制动系统主要构成部件的特性并进行选型，然后对当前复合电源结构进行对比分析，选择蓄电池与超级电容无源串联结构，组成复合电源再生制动系统，并对其总体结构、基本功能和工作原理进行具体分析。
　　其次，在MATLAB/Simulink环境下搭建再生制动系统模型，主要由电池模块、超级电容模块、整流桥模块、无刷直流电机模块和控制器模块组成，并对所建各个基本模块进行仿真与试验对比验证，且仿真结果良好；另外，从再生制动系统的主电路数学模型和试验数据角度出发，通过MATLAB编程工具对再生制动系统进行仿真，分析在给定不同占空比情况下再生制动电流仿真结果。仿真结果表明上述两种模型能够很好地回收制动能量并储存至超级电容中。
　　然后，综合考虑安全性能、节约能量和制动感觉等因素选择恒定制动电流的控制策略，分别采用基于占空比控制规律和基于模糊控制的控制策略，实现再生制动系统制动电流的恒定，分析在给定不同恒流目标值情况下对再生制动过程中回收率的影响，通过仿真结果对比得出，基于模糊控制的恒定电流控制策略比基于占空比控制规律的控制策略在相同目标电流下回收率更高。
　　最后，介绍试验车再生制动系统装置中的硬件电路、下位机主程序以及上位机软件。通过对试验车进行固定占空比再生制动开环试验，验证所开发的再生制动系统的可行性；在下位机主程序中采用基于占空比控制规律的控制策略，分别进行50A和70A恒定制动电流的再生制动试验，得到的能量回收率为15.13%和20.97%，从而证明所开发的再生制动系统恒定电流控制策略的有效性与合理性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 复合电源系统的研究现状

1.3 再生制动系统的研究现状

1.4 主要研究内容

1.5 本章小结

第二章 复合电源电动汽车再生制动系统结构和基本功能

2.1 电动汽车的能量需求

2.2 再生制动结构的主要部件

2.3 再生制动系统结构及工作原理

2.4 本章小结

第三章 复合电源再生制动系统建模与仿真

3.1 复合电源能量储存系统模型

3.2 无刷直流电机模块

3.3 无刷直流电机电流检测方法及三相半控整流电路仿真

3.4 再生制动系统Simulink模型仿真结果及分析

3.5 再生制动系统主电路数学模型

3.6 再生制动系统仿真结果及分析

3.7 本章小结

第四章 再生制动系统恒定制动电流控制策略研究

4.1 再生制动控制策略比较

4.2 基于占空比控制规律的恒定制动电流的控制策略

4.3 基于模糊控制的恒定制动电流的控制策略

4.4 本章小结

第五章 无源串联复合电源电动汽车试验研究

5.1 再生制动系统硬件和软件设计

5.2 再生制动系统试验研究

5.3 复合电源电动汽车驱动试验研究

5.4 再生制动系统试验装置优化

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文