本文關鍵詞：車用復合儲能裝置的設計與功率分配策略研究

  更多相關文章： 鋰離子電池 超級電容 復合儲能裝置 機電復合傳動 參數(shù)匹配 功率分配策略

【摘要】：目前使用在混合動力及純電動等新能源車輛上的電儲能裝置主要由動力電池組成。但是,由于車輛在行駛過程中會需要大功率電能進行輔助驅動或制動時回收大功率電能,動力電池組經(jīng)常受到?jīng)_擊,使其壽命和效率產(chǎn)生影響。因此,學者提出了將具有高比功率的超級電容和高比能量的電池結合在一起使用的復合儲能裝置,以滿足車輛對電儲能裝置的容量和功率的雙重需求。本文主動并聯(lián)結構的復合儲能裝置的參數(shù)匹配及功率分配策略進行研究,并在此基礎上提出了一種新型復合儲能裝置結構及該結構的控制策略。本文首先對組成復合儲能裝置的主要元件的特性進行研究。搭建電池測試平臺,通過對電池試驗數(shù)據(jù)的辨識獲得鋰離子等效電路模型中各元件的參數(shù)。在MATLAB/Simulink軟件中建立鋰離子電池和超級電容單體的等效電路模型。對復合儲能裝置的執(zhí)行機構——雙向dc/dc變換器的工作原理進行了分析。提出復合儲能裝置的參數(shù)匹配優(yōu)化方法,基于機電復合傳動車輛在軍用行駛工況下的電功率需求,以復合儲能裝置的質(zhì)量、體積、損耗、容量和電池組的平均充放電倍率為優(yōu)化目標,以電池組的并聯(lián)單體數(shù)量和電池組的功率限值為優(yōu)化變量,對主動并聯(lián)結構的復合儲能裝置的參數(shù)進行優(yōu)化計算,并在MATLAB/Simulink軟件中建立復合儲能裝置的仿真模型。對主動并聯(lián)結構的復合儲能裝置的功率分配策略進行研究。分別采用邏輯門限值及基于隨機預測的模糊邏輯方法對復合儲能裝置的功率進行分配,并在MATLAB/Simulink軟件中進行仿真驗證。搭建主動并聯(lián)結構的復合儲能裝置試驗驗證平臺,兩種功率分配策略的可行性得到驗證。基于降低復合儲能裝置中雙向dc/dc變換器的功率等級這一目標,本文設計了一種新型復合儲能裝置結構,并提出了該結構的控制策略。在復合儲能裝置的主動并聯(lián)結構的基礎上,增加兩個電力電子開關器件及并聯(lián)二極管,使得復合儲能裝置針對不同功率等級的負載需求時,工作在不同的模式下,達到降低流過雙向dc/dc變換器峰值功率的目的。新型復合儲能裝置結構共有3個工作模式,針對每一工作模式設計一個控制策略,使得復合儲能裝置內(nèi)部電功率得到合理的分配,并實現(xiàn)不同工作模式間的切換。在MATLAB/Simulink軟件中建立新型符合儲能裝置結構的仿真模型,并搭建了新型復合儲能裝置的試驗驗證平臺,新型復合儲能裝置的結構、工作模式間的切換及控制策略得到了驗證。
【關鍵詞】：鋰離子電池 超級電容 復合儲能裝置 機電復合傳動 參數(shù)匹配 功率分配策略
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U469.7
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 緒論13-27
• 1.1 引言13
• 1.2 車載電能存儲元件研究現(xiàn)狀13-18
• 1.2.1 動力電池13-16
• 1.2.2 超級電容16-17
• 1.2.3 超高速飛輪17-18
• 1.3 復合儲能技術的研究意義及研究現(xiàn)狀18-21
• 1.3.1 復合儲能技術的研究意義18-19
• 1.3.2 復合儲能裝置的研究現(xiàn)狀19-21
• 1.4 復合儲能裝置的結構21-23
• 1.5 復合儲能裝置的功率分配策略研究現(xiàn)狀23-25
• 1.5.1 邏輯門限值功率分配策略23-24
• 1.5.2 模糊邏輯功率分配策略24-25
• 1.5.3 基于優(yōu)化的功率分配策略25
• 1.6 論文主要研究內(nèi)容25-27
• 第二章 復合儲能裝置的主要元件特性分析27-53
• 2.1 引言27
• 2.2 鋰離子電池特性分析及等效電路模型的建立27-38
• 2.2.1 鋰離子電池的工作原理27-28
• 2.2.2 鋰離子電池容量測試28-31
• 2.2.3 鋰離子電池的等效電路模型31-33
• 2.2.4 電池模型參數(shù)辨識33-38
• 2.3 基于擴展卡爾曼濾波的SOC估算方法38-43
• 2.3.1 常用的電池SOC估算方法38-40
• 2.3.2 擴展卡爾曼濾波（EKF）方法估算電池SOC40-42
• 2.3.3 鋰離子電池模型的建立42-43
• 2.4 超級電容性能及建模43-46
• 2.4.1 超級電容原理43-44
• 2.4.2 超級電容的能量存儲特點44-45
• 2.4.3 超級電容單體參數(shù)45
• 2.4.4 超級電容的等效電路模型45-46
• 2.5 雙向dc/dc變換器的結構及工作原理46-51
• 2.5.1 雙向dc/dc變換器的結構選擇47-48
• 2.5.2 半橋結構雙向dc/dc變換器工作原理48-51
• 2.6 本章小結51-53
• 第三章 機電復合傳動系統(tǒng)的主動并聯(lián)結構復合儲能裝置參數(shù)匹配方法研究53-77
• 3.1 引言53
• 3.2 復合儲能裝置的設計流程53-54
• 3.3 機電復合傳動車輛在軍用行駛工況下的電功率需求54-58
• 3.3.1 機電復合傳動系統(tǒng)54-56
• 3.3.2 軍用行駛工況56-57
• 3.3.3 機電復合傳動車輛在軍用行駛工況條件下的電功率需求57-58
• 3.4 復合儲能裝置的參數(shù)匹配優(yōu)化方法描述58-61
• 3.4.1 復合儲能裝置的參數(shù)匹配優(yōu)化方法描述58-59
• 3.4.2 優(yōu)化目標59-60
• 3.4.3 優(yōu)化變量60-61
• 3.4.4 優(yōu)化問題求解61
• 3.5 基于軍用行駛工況的復合儲能裝置參數(shù)匹配優(yōu)化計算61-74
• 3.5.1 優(yōu)化變量61-63
• 3.5.2 每組方案中超級電容參數(shù)的計算63-65
• 3.5.3 優(yōu)化目標精確值的計算65-70
• 3.5.4 優(yōu)化目標值的無量綱化處理70-72
• 3.5.5 不同優(yōu)化目標的線性加權和方法選取最佳方案72-74
• 3.6 主動并聯(lián)結構復合儲能裝置仿真模型74-75
• 3.7 本章小結75-77
• 第四章 主動并聯(lián)結構復合儲能裝置的功率分配策略77-97
• 4.1 引言77
• 4.2 邏輯門限值功率分配策略77-79
• 4.2.1 邏輯門限值功率分配策略77-78
• 4.2.2 邏輯門限值功率分配策略仿真結果78-79
• 4.3 基于隨機預測的模糊邏輯功率分配策策略79-88
• 4.3.1 馬爾科夫過程概述80-81
• 4.3.2 基于隨機預測的模糊邏輯功率分配策略81-82
• 4.3.3 車速和直流負載電功率的離散及狀態(tài)轉移概率矩陣計算82-84
• 4.3.4 基于隨機預測的模糊邏輯設計84-86
• 4.3.5 仿真結果86-88
• 4.4 功率分配策略的試驗驗證88-96
• 4.4.1 試驗驗證平臺88-90
• 4.4.2 邏輯門限值功率分配方法的試驗驗證90-92
• 4.4.3 基于隨機預測的模糊邏輯功率分配策略試驗驗證92-96
• 4.5 本章小結96-97
• 第五章 新型復合儲能裝置結構、工作模式及控制策略研究97-119
• 5.1 引言97
• 5.2 新型復合儲能裝置的結構設計97-98
• 5.3 新型復合儲能裝置的工作模式98-101
• 5.3.1 模式I98-99
• 5.3.2 模式II99-100
• 5.3.3 模式III100
• 5.3.4 模式IV100-101
• 5.4 新型復合儲能裝置的控制策略101-104
• 5.4.1 模式I101-102
• 5.4.2 模式II102-103
• 5.4.3 模式III103-104
• 5.5 仿真模型的建立104
• 5.6 仿真結果分析104-106
• 5.7 不同儲能裝置的仿真結果比較106-108
• 5.7.1 單一電池儲能裝置106-107
• 5.7.2 不同儲能裝置的仿真結果比較107-108
• 5.8 試驗驗證108-116
• 5.8.1 新型復合儲能裝置試驗臺架構成108-110
• 5.8.2 雙向dc/dc變換器的功能實現(xiàn)110-111
• 5.8.3 新型復合儲能裝置的功能實現(xiàn)111-116
• 5.9 本章小結116-119
• 第六章 結論與展望119-122
• 6.1 結論119-120
• 6.2 創(chuàng)新點120-121
• 6.3 展望121-122
• 參考文獻122-129
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單129-131
• 致謝131-133
• 作者簡介133

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張東好;韓立金;項昌樂;王偉達;;機電復合傳動最優(yōu)功率分配策略研究[J];汽車工程;2014年11期

2 趙少寧;李艾華;;鋁空氣電池的研究現(xiàn)狀和應用前景[J];電源技術;2014年10期

3 劉春娜;;國外金屬-空氣電池研究進展[J];電源技術;2014年02期

4 王江波;趙國亮;蔣曉春;蔡林海;陳國富;;高速飛輪儲能系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J];電氣傳動;2014年01期

5 牛利勇;時瑋;姜久春;張言茹;姜君;曹雪銘;;純電動汽車用磷酸鐵鋰電池的模型參數(shù)分析[J];汽車工程;2013年02期

6 王慶年;曲曉冬;于遠彬;;基于目標工況的復合電源混合動力客車優(yōu)化匹配[J];吉林大學學報(工學版);2013年05期

7 戴興建;張小章;姜新建;王善銘;沈祖培;孫旭東;;清華大學飛輪儲能技術研究概況[J];儲能科學與技術;2012年01期

8 鄒淵;陳銳;侯仕杰;胡曉松;;基于隨機動態(tài)規(guī)劃的混合動力履帶車輛能量管理策略[J];機械工程學報;2012年14期

9 何江;孫有朝;;基于專家打分的多源可靠性數(shù)據(jù)融合方法[J];飛機設計;2012年03期

10 葛舉生;王培紅;;新型飛輪儲能技術及其應用展望[J];電力與能源;2012年02期

，

本文編號：664985