摘 要

随着石油资源的快速消耗及生态环境的不断恶化，使得传统燃油车的发展遭到了限制，而在国家政策的大力支持及汽车厂商大量投资的环境之下，纯电动汽车行业将得到飞速发展，但单一电源纯电动汽车所存在的蓄电池性能缺陷导致车辆制造成本过高，且续航里程有限，限制了纯电动汽车行业的发展，因此，解决单一电源纯电动汽车发展难题的复合电源系统也由此而生。

本文设计了一款由蓄电池和超级电容器组成的新型纯电动汽车复合电源系统，该系统拥有超级电容器比功率大、蓄电池比能量大的双重优点，还能很好的保护蓄电池及延长续航里程，本文完成的主要工作有：首先通过分析超级电容器与蓄电池的工作特性，选用蓄电池与DC/DC转换器串联然后与超级电容器并联的拓扑结构；又通过电动汽车整车性能要求，进行了超级电容器与电池的参数匹配工作，并且分析不同控制策略的优势以及实现的难易程度，采用基于逻辑规则控制的能量管理策略，最后通过CRUISE仿真软件搭建仿真模型及仿真计算，对比复合电源与单一电源在NEDC工况下的电池电流与SOC变化情况。结果表明单一电源电池的最大放电电流远大于复合电源电池放电电流，同时复合电源电池SOC比单一电源电池SOC少消耗了0.48%，行驶里程可增加34km，证明复合电源在电池保护及续航上都远优于单一电源，此设计能够达到预期的目的。

关键词：复合电源；规则控制；超级电容；动力电池；能量管理

ABSTRACT

With the rapid consumption of petroleum resources and the continuous deterioration of the ecological environment, the development of traditional fuel vehicles has been restricted. Under the strong support of national policies and the large investment of automobile manufacturers, the pure electric vehicle industry will develop rapidly. However, the battery performance defects of single-power pure electric vehicles lead to excessively high vehicle manufacturing costs and limited range, which limits the development of the pure electric vehicle industry. Therefore, the composite power supply system that solves the development problem of single-power pure electric vehicles Born.

This paper designs a new pure electric vehicle composite power supply system composed of a battery and a super capacitor. This system has the dual advantages of super capacitors with higher power and larger batteries than energy. It can also protect the battery and extend the cruising range. The main work completed is: firstly, by analyzing the working characteristics of the super capacitor and the battery, the topology structure of the battery and the DC / DC converter and then in parallel with the super capacitor is selected; and through the performance requirements of the electric vehicle, the super capacitor and the battery are carried out Parameter matching work, and analyzes the advantages of different control strategies and the difficulty of implementation, adopts energy management strategies based on logic rules control, and finally builds simulation models and simulation calculations through CRUISE simulation software, comparing the composite power supply with a single power supply in NEDC. Under the condition of battery current and SOC changes. The results show that the maximum discharge current of the single power battery is much greater than the discharge current of the composite power battery, and the SOC of the composite power battery consumes 0.48% less than the SOC of the single power battery. Better than a single power supply, this design can achieve the intended purpose.

Keywords: composite power supply; rule control; super capacitor; power battery; energy management

目录

摘要 Ⅰ

ABSTRACT Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.1.1研究背景 1

1.1.2研究意义 1

1.2国内外研究的过程以及现状分析 2

1.2.1国外研究现状 2

1.2.2国内研究现状 3

1.3单一电源的局限性 3

1.4复合电源优势及选型 5

1.5本文研究的主要内容 5

第二章 复合电源系统分析与结构选型 6

2.1复合电源系统分析 6

2.1.1系统组成 6

2.1.2复合电源的工作原理 6

2.2复合电源拓扑结构选型 8

2.3复合电源系统参数匹配 11

2.3.1动力电池参数匹配 12

2.3.2超级电容参数匹配 13

2.4 能量管理控制策略 15

2.5小结 16

第三章基于 CRUISE的仿真分析 17

3.1仿真软件CRUISE简介 17

3.2车辆模型建立 17

3.3信号连接 18

3.4模型参数的设置 18

3.5能量管理策略的设置 19

3.6计算任务的设置与结果分析 20

3.7小结 23

第四章 总结与展望 24

4.1全文总结 24

4.2展望 24

参考文献 25

致谢 27

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1研究背景

随着科技的发展和人民生活水平的提高，汽车成为了现代社会生活中的不可缺少的一部分，是人们出行的基本代步工具以及进行商业活动的重要媒介，但是汽车行业的快速发展也给人们带来了石油资源不断减少以及环境负担加剧等问题。石油作为汽车燃料的来源，它的燃烧产生的废气是重要的污染物，特别是在城市中行驶的汽车，通常比较密集，排放的废气量大，并且尾气排放的污染物有一氧化碳、二氧化硫等有害气体和较小的颗粒物^[1]，能够进入人们的呼吸器官，影响人们的生命安全，是一种潜在的威胁。同时石油作为一种不可再生性能源，它的每一点消耗都代表了石油资源的减少，根据相关数据表明，地球的石油存储只可供人们使用30年^[2]，如果不加以改变，人类未来将再无能源可用。所以纯电动汽车产业的发展变得相当重要。

纯电动汽车采用蓄电池、燃料电池、超级电容器或飞轮电池等能量存储装置作为动力能源，电机作为动力装置，使用过程中不会产生有害气体以及颗粒物，并且还具有可使用多种能源，能量利用率高，噪声低，振动小，方便智能化等优点^[3]。因此，在石油资源日益减少和环境污染日益严重的严峻形势下，电动汽车的清洁与节能具有重要的意义和价值。

1.1.2研究意义

虽然纯电动汽车拥有的诸多优点加速了它的发展，但是新问题的出现又使得它的发展变得不是那么一帆风顺。蓄电池作为纯电动汽车的动力能源，具有寿命周期短、功率密度低、大电流充放电受限等缺点^[4]，限制了纯电动汽车的发展，同时，仅由单一电池作为电动汽车储能装置很难满足整车在各类复杂工况中的有效行驶，因此要解决纯电动汽车发展的问题，首当其冲的就是要解决动力能源问题。