电动汽车电机驱动系统制动能量回收策略研究

分类号:U27;U4610710-2009132067硕士学位论文电动汽车电机驱动系统制动能量回收策略研究宋广发导师姓名职称汪贵平教授申请学位级别硕士学科专业名称交通信息工程及控制论文提交日期2012年5月20日论文答辩日期2012年6月7日学位授予单位长安大学StudyonTheRegenerativeBrakingStrategyforTheMotorDrivingSystemofElectricVehiclesADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：SongGuangfaSupervisor：Prof.WangGuipingChang’anUniversity,Xi’an,ChinaI摘要纯电动汽车是目前最清洁的交通工具之一，随着储能及驱动技术的进步，其会逐渐成为最高效的汽车。制动能量回收作为电动汽车特有的一种提高能源利用率的技术，有着广阔的发展前景。但制动能量回收效率主要受到三个因素的制约：（1）决定能量回收系统输入总能量的制动力分配方法；（2）决定能量的回收利用率的DC/DC驱动系统控制方法；（3）保证回收能量有效存储的复合电源能量管理方法。针对以上三个因素，本文分别对其控制方法进行了优化。首先，对于制动力分配方法，结合理想制动力分配曲线及常用的再生制动力分配策略，设计了优化的最佳制动力分配策略。其次，对于DC/DC驱动系统控制方法，设计了基于平均电流反馈的驱动系统闭环控制方法，同时为提高驱动器的工作效率，详细分析了软开关控制的实现条件。最后，对于复合电源能量管理方法，在分析常用蓄电池-超级电容控制策略的基础上，设计了逻辑门限复合电源控制策略。在设计了上述的优化控制策略后，本文利用计算机仿真技术对其进行了验证。利用ADVISOR仿真软件进行了二次开发，构建了适用于双能量源纯电动中巴车的仿真系统，在三种工况下对电动驱动系统的控制策略进行了仿真，并从电流和能量两方面对仿真结果进行了分析。结果表明，优化的电机驱动系统控制策略有效得提高了制动能量回收效率，同时改善了经济性和动力性。关键词:电动汽车，制动能量回收，制动力分配，软开关，复合电源IIAbstractWiththedevelopmentofenergystorageandmotordrivingtechnology,pureelectricvehicles,oneofthecleanestvehicles,willgraduallybecomethemostefficientones.Thebrakingenergyrecoverytechnologywhichisspeciallyutilizedtoimprovetheenergyefficiencyinelectricvehicleshasbroadprospects.Buttheefficiencyofenergyrecoverysystemismainlyaffectedbythefollowingthreeaspects:(1)Thebrakingforcedistributionmethodfordeterminingthetotalinputenergy;(2)ThecontrolmethodofMotorDC/DCdrivingsystemforimprovingtheefficiencyofenergyrecovery;(3)Thecontrolmethodofcompositepowersourceforguarantyingtheenergystorage.Toaddresstheaboveissues,thispaperrespectivelydesignedoptimizedthestrategy.Inthetermsofthebrakingforcedistributionmethod,combinedwiththeidealbrakingforcedistributioncurveandstrategiescommonlyusedinregenerativebrakingforcedistribution,thecontrolmethodofoptimizedbestbrakingforcedistributionisdesigned;InordertooptimizethecontrolmethodofMotorDC/DCdrivingsystem,theclosed-loopcontrolmethodbasedontheaveragecurrentfeedbackisdesigned.Thesoft-switchingtechnologyisusedtoimprovetheefficiencyofthepowerconverter.Theelectricdemandsforsoft-switchingareanalyzed.Forthecontrolmethodofcompositepowersource,combinedwiththecommonlyusedbattery-ultracapacitorcontrolstrategy,thecontrolstrategybasedonthelogicthresholdmethodisdesignedtoensurethestorageofenergy.Aftertheachievementofthecontrolstrategydesignation,thecomputersimulationtoolsareusedtoverifyit.ThesimulationsystemissecondarydevelopedontheADVISORplatform.Itisapplicabletothepureelectricmini-buswithdual-energysource.Thestrategyissimulatedinthreeurbanoperatingconditions.Theresultwhichwasanalyzedfromtheworkingcurrentsofsourceunitsandtheenergyusageshowsthatthedesignedcontrolstrategycanboosttheefficiencyofenergyrecoverysystem,andtheeconomicperformanceandpowerperformancearerefinedsimultaneously.Keywords:electricvehicles;brakingenergyrecover;brakingforcedistribution;soft-switching;logicthresholdmethodIII目录第一章绪论..........................................................................................................................11.1研究背景........................................................................................................................11.1.1电动汽车的研究背景...........................................................................................11.1.2研究制动能量回收技术的意义...........................................................................21.2制动能量回收技术的发展现状....................................................................................31.3本文研究内容及章节安排............................................................................................5第二章制动能量回收系统分析............................................................................................62.1纯电动汽车主体结构....................................................................................................62.1.1纯电动汽车车体结构...........................................................................................62.1.2电动汽车驱动系统改装.......................................................................................62.2双能量源电动车驱动器结构........................................................................................82.2.1驱动系统能量流向分析.......................................................................................92.2.2驱动系统电路实现.............................................................................................102.3制动能量回收下驱动系统工作分析..........................................................................112.3.1制动状态下的信号流.........................................................................................112.3.2能量回收过程分析.............................................................................................122.4制动能量回收主要制约条件......................................................................................132.4.1制动安全性要求.................................................................................................142.4.2驱动电机发电工作特性限制.............................................................................152.4.3电池组与超级电容充电限制.............................................................................162.4.4DC/DC驱动系统控制方式及效率限制....