混合动力电动汽车能量存储系统的性能研究及仿真

摘要

日益增长的环境和能源问题促使汽车工业对车辆的排放型式进行研究.电动汽车作为一种最为环保的解决办法,却由于其电池较低的能量比以及寿命、价格等因素而失去了实用性.混合动力电动汽车(HEV)作为一种折中解决方案很好的解决了车辆的燃油经济性和排放性能,也逐渐成为了21世纪汽车工业发展的战略重点.能量存储系统(ESS)作为混合动力电动汽车的能量源的核心部件之一,其作用是巨大的.不过,虽然能量存储系统在结构上较为简单、并看似技术含量较低,但是由于其工作过程是一个多输入多输出的非线性变化过程,因此至今人们对它的工作特性仍旧存在很多模糊的成分,对它的理解也是肤浅的.鉴于此,该文的研究内容将主要针对混合动力电动汽车能量存储系统(HEV-ESS)的性能进行分析,并使用MATLAB/SIMULINK工具对其进行模拟仿真.具体方法如下:在针对与ESS密切相关的HEV整车能量布置型式、能量管理及控制策略的分析研究后,对与ESS相关的各性能参数及其影响、以及ESS的工作特性进行详细地分析,并建立HEV-ESS相关特性的数学模型.然后使用MATLAB/SIMULINK仿真工具,并借鉴ADVISOR软件的部分开发思想,建立HEV-ESS的性能仿真程序,通过程序的仿真得到反映HEV-ESS性能的各参数值.该文通过实例,验证了该仿真程序是有效的,可以快捷、准确地得到能够反应HEV-ESS性能的各参数变化过程,从而为HEV-ESS工作性能的研究与开发提供了快速测试及数据支持.通过仿真得到的结果可以有效的反映混合动力电动汽车能量存储系统的性能,并可以运用这些数据对HEV-ESS的性能进行更加深入地分析,为进一步提高ESS的性能提供参考数据,同时也可为ESS的性能开发与设计思路提供十分快捷有效的测试手段.

目录

文摘

英文文摘

前言

第一章绪论

1.1课题的提出

1.2混合动力电动汽车的发展概况

1.2.1混合动力电动汽车的发展背景

1.2.2国内外混合动力电动汽车的发展现状

1.3混合动力电动汽车能量存储系统的概况

1.3.1 HEV能量源、能量存储系统的划分

1.3.2HEV能量存储系统的分类及特性

1.4混合动力电动汽车仿真技术现状

1.5课题的目的和意义

1.6课题研究的主要内容

第二章影响HEV-ESS工作性能的相关系统

2.1 HEV多能源驱动系统的运行工作特性

2.1.1混合动力电动汽车运行工况特性

2.1.2混合动力电动汽车的结构形式及特点分析

2.2 HEV能量系统控制策略分析

2.2.1串联型混合动力电动汽车的控制策略

2.2.2并联型混合动力电动汽车的控制策略

2.2.3混联型混合动力电动汽车的控制策略

2.3 HEV能量存储系统的管理与监测

2.3.1蓄电池的管理方法和管理装置

2.3.2电池组能量管理系统基本功能总结

第三章HEV能量存储系统的性能分析

3.1与铅酸蓄电池工作特性相关的各参数及影响因素

3.1.1 HEV能量存储系统的表征量及变化

3.1.2蓄电池的容量及影响因素

3.2蓄电池工作特性分析

3.2.1蓄电池的放电特性

3.2.2蓄电池放电特性的影响因素

3.2.3蓄电池的充电特性

3.2.4蓄电池充电方式及对充电特性的影响

第四章能量存储系统的数学模型及ADVISOR仿真平台

4.1数学模型的等效电路图

4.2铅酸蓄电池数学模型的建立

4.2.1蓄电池荷电状态(SOC)数学模型的建立

4.2.2蓄电池内阻数学模型的建立

4.2.3蓄电池端电压数学模型的建立

4.2.4负载电流用分段单调函数描述时的蓄电池荷电状态值数学模型

4.2.5蓄电池充电的数学模型

4.2.6蓄池效率特性的数学模型

4.2.7蓄电池通用的数学模型

4.3混合动力汽车性能仿真软件的应用

4.3.1 ADVI SOR软件平台的特点

4.3.2 ADVISOR软件平台的建模方法

4.3.3 ADVI SOR软件平台的仿真过程

第五章HEV能量存储系统性能仿真程序的编制

5.1仿真环境MATLAB/SIMULINK的运用

5.2 ESS仿真模型的类型选择

5.2.1能量存储系统仿真模型的类型

5.2.2仿真模型类型的选择

5.3能量存储系统Rint模型仿真程序的编制

5.3.1 Voc和内阻R仿真模块的程序编制

5.3.2限制功率的仿真程序编制

5.3.3计算电流值的仿真程序的编制

5.3.4计算SOC值的仿真程序的编制

5.3.5计算电池充/放电的最大功率值的仿真程序编制

5.3.6电池温度模型的仿真程序的编制

5.3.7仿真停止程序的编制

5.3.8能量存储系统整体仿真程序的编制

第六章ESS的性能仿真结果及分析

6.1 ESS输入参数的确定

6.2 ESS仿真模型的输出值及分析

第七章工作总结与展望

7.1工作内容及结论

7.2仍需解决的问题及展望

附录一：HEV-ESS仿真程序中所使用的输入输出变量列表

附录二：能量存储系统的几种仿真模型

附录三：HEV-ESS仿真程序中所使用的一些术语

参考文献

致谢