混合动力电动车的多能源管理和控制

摘要

本文以同济大学汽车学院自主研发的“春晖”系列电动车为研究对象，在燃料电池和蓄电池作为动力源的电—电混合基础上，运用Matlab/Simulink结合Advisor软件对动力总成系统建模、仿真和计算，研究多能源管理和控制方法。首先，通过对混合动力系统的分析，划分出相应的功能子系统，并确定动力源的配置方案；根据研究对象确定各个部件的基本参数，通过实验数据分析确定部件的工作特性。对于每个子系统模型是根据物理特性得到相应的数学模型，再结合试验数据建立仿真模型。然后，本文主要讨论了电动车的控制策略问题。提出了动力源系统的两种工作模式，实现了多能源系统的管理。通过对锂离子电池的低压保护和放电电流限制，建立起锂离子电池控制模型；在小型燃料电池堆的两种控制方法比较中，提出尽可能最大化燃料电池组的输出效率；对驾驶工况的选择不同，分析了对动力源的功率需求；并且对电机的过载管理，建立了扭矩限制模块。此外，本文还根据车辆行驶动力学，计算出动力性能的评价指标(最高速度、最大爬坡度和加速时间)；通过对续驶里程的影响因素分析，实现了“等速法”和“工况法”两种情况下续驶里程的计算。最后，本文建立了燃料电池电动车的多能源管理系统模型，对其加速性、最高车速及续驶里程进行了模拟，并参照典型的驾驶循环进行仿真实验，分析了部件模型的工作特性。利用“春晖二号”的道路实验结果和“春晖三号”的动力性能和续驶里程测试结果，对仿真结果进行评价，验证模型的正确性。基于以上理论，采用Visual Basic和Matlab的混合编程，开发出了混合动力电动车的仿真和计算程序界面。该程序可以对动力总成系统仿真，可以进行动力性各项评价指标和续驶里程的计算，还可以优化控制策略。关键词：仿真，动力总成，多能源管理，控制策略

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 引言

1.1研究的目的和意义

1.2国内外混合动力电动车的研究状况

1.3混合动力车动力总成控制系统的研究现状

1.3.1 HEV典型的控制策略

1.3.2燃料电池电—电混合动力汽车控制策略

1.4混合动力电动汽车的建模和仿真技术

1.4.1汽车仿真原理

1.4.2模块化建模

1.4.3 Matlab／Simulink，Stateflow仿真软件

1.4.4仿真技术在HEV动力总成控制系统开发中的应用现状

1.5论文的主要研究内容

第二章 动力总成系统主要部件的参数和实验性能

2.1整车基本参数

2.2锂离子动力电池

2.2.1锂离子电池的反应原理

2.2.2锂离子电池参数

2.2.3锂电池的性能

2.2.4锂电池实验

2.3小型燃料电池堆

2.3.1燃料电池组的工作原理

2.3.2小型燃料电池组的参数

2.3.3燃料电池的性能测试

2.3.4燃料电池的效率

2.4驱动电机

2.4.1电机的参数

2.4.2电机实验

第三章 动力总成系统部件的建模

3.1锂电池的“开路电压——内阻”模型

3.1.1开路电压和内阻经验模型的建立

3.1.2电流、端电压和功率损耗的求解过程

3.1.3电池SOC的计算方法

3.1.4电池热学模型

3.2小型燃料电池模型

3.3电机的模型

3.3.1电机数学模型的建立

3.3.2电机模型的结构分析

第四章 整车动力性能测试和续驶里程的模拟计算

4.1 HEV的行驶动力学

4.1.1 HEV的驱动力和行驶阻力平衡

4.1.2 HEV的功率平衡

4.1.3 HEV的动力性能

4.2整车动力性能测试模型

4.2.1 HEV加速时间计算模块

4.2.2 HEV最大速度的计算模块

4.2.3 HEV最大爬坡度的计算模块

4.3续驶里程的研究

4.3.1续驶里程的影响因素

4.3.2续驶里程的计算方法

4.3.3续驶里程的计算模型

第五章 控制方法的设计与实现

5.1电—电混合动力系统工作原理

5.2动力蓄电池的控制

5.2.1蓄电池的输出能量限制

5.2.2蓄电池的充电保护

5.2.3低压保护

5.2.4限制放电电流，防止电池过热

5.2.5蓄电池功率控制和电流限制模块

5.3燃料电池堆的控制

5.3.1燃料电池的开关控制

5.3.2燃料电池和蓄电池的匹配

5.3.3燃料电池的限流控制

5.4电机的控制

5.4.1电机的过载管理

5.4.2电机的控制策略模块

第六章 模型仿真和实验结果分析

6.1仿真行驶工况的选择

6.2仿真器积分方法的选取

6.3多能源管理系统的仿真模型

6.4仿真结果分析

6.4.1动力性能仿真结果(最大速度、加速时间、爬坡度)

6.4.2续驶里程的仿真结果

6.4.3锂离子动力蓄电池的仿真结果

6.4.4燃料电池组的仿真结果

6.4.5电机的仿真结果

6.4.6动力系统的功率分配情况

第七章 仿真程序界面的制作

7.1程序界面的实现功能

7.2程序界面的制作

7.3程序的输入和输出

7.4程序功能的使用

7.4.1动力性能测试模块

7.4.2续驶里程计算模块

7.4.3动力总成系统仿真模块

7.4.4整车道路实验数据

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果