PHEV復合電源及Halbach永磁同步電機驅(qū)動技術(shù)的研究.pdf

1、汽車的發(fā)展時刻面臨著環(huán)保和節(jié)能兩大主題。世界各國政府都在探索新途徑，一方面控制汽車污染物的排放，另一方面推進各種汽車清潔節(jié)能技術(shù)的開發(fā)和應用。并聯(lián)混合動力電動汽車由于具有結(jié)構(gòu)簡單、低排放甚至零排放、低噪聲和節(jié)能等優(yōu)點，成為當今汽車研究和開發(fā)熱點之一。蓄電池管理技術(shù)、再生制動、電機本體及其驅(qū)動是并聯(lián)混合動力電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，本文針對這些關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。 首先，分析了各種動力型電池的優(yōu)缺點，然后確定了以鋰離子電池為主的儲能

2、系統(tǒng)。通過對汽車行駛功率需求的建模，確定了基于混合動力電動汽車的鋰離子電池能源系統(tǒng)參數(shù)，并對基于R5421鋰離子電池充放電回路的保護進行了深入研究。為了保護低壓附近工作時的場管，提出了基于CD4011鋰離子電池下限自鎖電路；為了消除鋰離子電池充放電后電壓參差不齊的現(xiàn)象，提高系統(tǒng)性能，提出了基于R5421、TL431和“飛渡電容”鋰離子電池均衡電路。較準確、可靠地獲得電池SOC是并聯(lián)混合動力電動汽車能量管理系統(tǒng)中最基本和最首要的任務，因為

3、SOC值直接反映了電池所處的狀態(tài)，是混合動力電動汽車整車控制策略的重要參數(shù)之一。它是決定混合動力電動汽車的功率在發(fā)動機和電動機之間如何進行有效分配的依據(jù)之一，也是優(yōu)化混合動力電動汽車能量管理系統(tǒng)，提高混合動力電動汽車車載電池使用效率，降低整車蓄電池成本的關(guān)鍵。論文分析了傳統(tǒng)SOC預測方法以及其弊病，提出了基于模糊理論的鋰離子電池SOC預測方法，在Matlab仿真環(huán)境下對鋰離子電池的SOC模糊預測進行了仿真，與實驗結(jié)果吻合；針對混合動力電

4、動汽車的特殊需要，設計了基于TMS320LF2407A鋰離子電池智能管理系統(tǒng)，并對此智能系統(tǒng)進行了試驗研究。 其次，對制約并聯(lián)混合動力電動汽車一次充電電動行駛里程因素進行了研究。雖然蓄電池功率密度較低影響了其電動路程，但是城市運行工況下頻繁剎車以及下坡剎車能量沒有回收也是導致其里程較短的一個非常重要的原因。汽車的能量有30％被用于剎車，因此，合理利用電制動，不僅為混合動力電動汽車提供輔助制動功能，提高混合動力電動汽車整車制動性能

5、，而且還能夠通過回收制動能量來節(jié)約能源，延長混合動力電動汽車的一次充電續(xù)駛里程，所以在現(xiàn)有的情況下對混合動力汽車再生制動的研究是一項非常有意義的工作。論文針對超級電容和蓄電池的各自優(yōu)點，提出了復合電源儲能再生制動系統(tǒng)，并通過Matlab/simulink對復合電源的再生制動系統(tǒng)進行了仿真，根據(jù)復合制動系統(tǒng)回收能量確定了超級電容的參數(shù)，針對多超級電容系統(tǒng)進行了均衡設計?；趶秃想娫吹牟⒙?lián)混合動力汽車控制策略需要解決的主要問題就是如何實現(xiàn)需

6、求轉(zhuǎn)矩在發(fā)動機和電機之間的最優(yōu)分配，針對邏輯門限控制的缺點，論文提出了基于模糊理論的控制策略，然后在ADVISOR仿真軟件的幫助下對此控制策略進行了分析，結(jié)果表明基于模糊控制策略的混合動力電動汽車的性能遠遠優(yōu)于基于邏輯門限控制策略的混合動力電動汽車的性能。 接著，對應用于混合動力電動汽車雙向DC/DC變換器進行了研究。通過對幾種常用非隔離雙向DC/DC變換器的拓撲結(jié)構(gòu)分析、比較，決定采用雙向半橋變換器拓撲結(jié)構(gòu)，并對雙向半橋變換器

7、的運行模式進行了詳細分析，根據(jù)雙向DC/DC變換器的設計要求，確定了雙向半橋變換器的元器件參數(shù)，使用仿真軟件Matlab/simulink建立了雙向DC/DC變換器的仿真模型，仿真結(jié)果證明了理論分析和計算的正確性。在此基礎(chǔ)上，討論了雙向DC/DC變換器在實際系統(tǒng)中的實現(xiàn)，主要包括硬件設計和軟件設計兩部分，并對雙向DC/DC變換器進行了試驗分析。 最后，對混合動力電動汽車電力驅(qū)動系統(tǒng)進行了實驗研究。針對混合動力電動汽車電機高速、高

8、效、高功率密度、低脈動轉(zhuǎn)矩的特殊要求，引入了新型永磁同步Halbach電動機。在對其基本原理及特性詳細分析的基礎(chǔ)上，參考普通永磁同步電動機設計參數(shù)，采用場路結(jié)合的方法，利用Matlab語言建立了Halbach永磁同步電動機的計算機輔助設計程序，并利用有限元分析軟件ANSYS建立了其有限元分析模型。在普通永磁同步電動機DTC控制理論的基礎(chǔ)上建立了Halbach永磁同步電動機的直接轉(zhuǎn)矩控制模型。對基于混合動力電動汽車的Halbach永磁同步