發(fā)布時間：2017-08-13 02:39

  本文關(guān)鍵詞：車用復(fù)合儲能裝置的設(shè)計與功率分配策略研究

  更多相關(guān)文章： 鋰離子電池 超級電容 復(fù)合儲能裝置 機電復(fù)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(qū)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(xué)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(jié)合在一起使用的復(fù)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(jié)構(gòu)的復(fù)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(chǔ)上提出了一種新型復(fù)合儲能裝置結(jié)構(gòu)及該結(jié)構(gòu)的控制策略。本文首先對組成復(fù)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(fù)合儲能裝置的執(zhí)行機構(gòu)——雙向dc/dc變換器的工作原理進行了分析。提出復(fù)合儲能裝置的參數(shù)匹配優(yōu)化方法,基于機電復(fù)合傳動車輛在軍用行駛工況下的電功率需求,以復(fù)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(biāo),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(jié)構(gòu)的復(fù)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(fù)合儲能裝置的仿真模型。對主動并聯(lián)結(jié)構(gòu)的復(fù)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(yù)測的模糊邏輯方法對復(fù)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(jié)構(gòu)的復(fù)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�；诮档蛷�(fù)合儲能裝置中雙向dc/dc變換器的功率等級這一目標(biāo),本文設(shè)計了一種新型復(fù)合儲能裝置結(jié)構(gòu),并提出了該結(jié)構(gòu)的控制策略。在復(fù)合儲能裝置的主動并聯(lián)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,增加兩個電力電子開關(guān)器件及并聯(lián)二極管,使得復(fù)合儲能裝置針對不同功率等級的負(fù)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(fù)合儲能裝置結(jié)構(gòu)共有3個工作模式,針對每一工作模式設(shè)計一個控制策略,使得復(fù)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(jié)構(gòu)的仿真模型,并搭建了新型復(fù)合儲能裝置的試驗驗證平臺,新型復(fù)合儲能裝置的結(jié)構(gòu)、工作模式間的切換及控制策略得到了驗證。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 超級電容 復(fù)合儲能裝置 機電復(fù)合傳動 參數(shù)匹配 功率分配策略
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)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(fù)合儲能技術(shù)的研究意義及研究現(xiàn)狀18-21
• 1.3.1 復(fù)合儲能技術(shù)的研究意義18-19
• 1.3.2 復(fù)合儲能裝置的研究現(xiàn)狀19-21
• 1.4 復(fù)合儲能裝置的結(jié)構(gòu)21-23
• 1.5 復(fù)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(fù)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(jié)構(gòu)及工作原理46-51
• 2.5.1 雙向dc/dc變換器的結(jié)構(gòu)選擇47-48
• 2.5.2 半橋結(jié)構(gòu)雙向dc/dc變換器工作原理48-51
• 2.6 本章小結(jié)51-53
• 第三章 機電復(fù)合傳動系統(tǒng)的主動并聯(lián)結(jié)構(gòu)復(fù)合儲能裝置參數(shù)匹配方法研究53-77
• 3.1 引言53
• 3.2 復(fù)合儲能裝置的設(shè)計流程53-54
• 3.3 機電復(fù)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(fù)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(fù)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(fù)合儲能裝置的參數(shù)匹配優(yōu)化方法描述58-61
• 3.4.1 復(fù)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(biāo)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(fù)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(biāo)精確值的計算65-70
• 3.5.4 優(yōu)化目標(biāo)值的無量綱化處理70-72
• 3.5.5 不同優(yōu)化目標(biāo)的線性加權(quán)和方法選取最佳方案72-74
• 3.6 主動并聯(lián)結(jié)構(gòu)復(fù)合儲能裝置仿真模型74-75
• 3.7 本章小結(jié)75-77
• 第四章 主動并聯(lián)結(jié)構(gòu)復(fù)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(jié)果78-79
• 4.3 基于隨機預(yù)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(yù)測的模糊邏輯功率分配策略81-82
• 4.3.3 車速和直流負(fù)載電功率的離散及狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣計算82-84
• 4.3.4 基于隨機預(yù)測的模糊邏輯設(shè)計84-86
• 4.3.5 仿真結(jié)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(yù)測的模糊邏輯功率分配策略試驗驗證92-96
• 4.5 本章小結(jié)96-97
• 第五章 新型復(fù)合儲能裝置結(jié)構(gòu)、工作模式及控制策略研究97-119
• 5.1 引言97
• 5.2 新型復(fù)合儲能裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計97-98
• 5.3 新型復(fù)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(fù)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(jié)果分析104-106
• 5.7 不同儲能裝置的仿真結(jié)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(jié)果比較107-108
• 5.8 試驗驗證108-116
• 5.8.1 新型復(fù)合儲能裝置試驗臺架構(gòu)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(fù)合儲能裝置的功能實現(xiàn)111-116
• 5.9 本章小結(jié)116-119
• 第六章 結(jié)論與展望119-122
• 6.1 結(jié)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(xué)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】

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本文編號：664985