串联式混合动力车辆制动能量回馈控制策略研究

作     者：王玲书 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周腊吾;周玲慧

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：电动轮矿车 再生制动 能量回馈 最优能量分配策略 

摘      要：随着技术的发展,在运输领域制动能量回馈技术得到了越来越多的关注。车辆制动能量的回收不仅能够减少环境污染、节约能量,同时还能减少车辆的运营成本。作为采矿行业的运输工具,矿山运输车辆一般采用油电串联式混合动力作为驱动力,由于矿车自身的质量和载重量较大,在运行过程中存在着较大的惯性动能,下坡和减速停车时会消耗大量的能量。传统的矿车制动时,一般采用摩擦制动或电阻制动的方式,这两种方式都是将制动能量以热的形式耗散,造成了能量的极大浪费。为了提高能源的利用效率,针对串联式混合动力电动轮矿车的制动能量回收问题,本文首先分析了矿车再生制动时的能量流动情况,然后对矿车制动时的能量损失情况进行了分析,针对矿车制动时会产生较大的制动回馈能量,本文采用超级电容和电池组相结合对矿车制动产生的能量进行吸收。矿车的电机控制采用传统的矢量控制方式,并通过仿真模拟矿车启动、运行以及制动情况;通过对储能装置的结构进行分析对比,确定了采用电池组与超级电容组分别与电源变换装置连接再并联到直流母线上的结构。分析了矿车制动能量回馈的原理以及矿车基础动力学模型并对制动时的能量进行了计算,通过对超级电容和电池等效电路模型以及SOC估计方法的分析,设计了基于规则的制动能量回收控制策略。传统的制动能量回收的控制方式为采用电压外环电流内环的双闭环形式对吸收的能量进行控制,采用这种方式对直流母线电压有较强的稳定能力,但是并不能够对回馈的能量进行有效的分配,对此,本文通过分析,将回馈吸收的功率定为控制目标,采用功率外环电流内环的双闭环控制方式,对超级电容和电池组所吸收的能量进行最优分配,最大效率的回收利用制动回馈的能量,使得储能装置的配备更加优化。最后设计了制动能量回收控制系统的主电路以及控制硬件电路,根据车辆的参数和制动能量的情况对超级电容以及电池参数进行匹配,并根据提出的控制策略进行了软件的设计,并在实验平台上对控制策略进行了试验验证设计的有效性和实用性。