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基于蓄电池和超级电容的电动汽车用永磁同步电机制动回馈储能研究

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第1章 绪论

§1.1 课题的研究背景与选题意义

§1.2 电动汽车发展的关键技术

§1.2.1 电池技术

§1.2.2 驱动电机和控制器

§1.2.3 能量管理技术

§1.3 国内外电动汽车基于蓄电池超级电容再生制动能量研究现状

§1.4 电动汽车能量源概述

§1.4.1 蓄电池

§1.4.2 超级电容

§1.4.3 超高速飞轮电池

§1.4.4 燃料电池

§1.5 电动汽车驱动系统

§1.6 永磁同步电机的控制方法

§1.6.1 恒压频比控制

§1.6.2 矢量控制

§1.6.3 直接转矩控制

§1.6.4 先进控制策略

§1.7 论文主要内容和结构

§1.7.1 论文主要内容

§1.7.2 论文主要结构

第2章 电动汽车用永磁同步电机SVPWM控制系统

§2.1 引言

§2.2 PMSM电机基本结构

§2.2.1 PMSM定子部分

§2.2.2 PMSM转子结构

§2.3 同步旋转坐标系下PMSM数学模型

§2.3.1 3s/2s变换

§2.3.2 2s/2r变换

§2.3.3 电压方程

§2.3.4 磁链方程

§2.3.5 电磁转矩方程

§2.3.6 机械运动方程

§2.4 永磁同步电机SVPWM控制算法基本原理

§2.5 PMSM静特性测试

§2.5.1 电机基本参数

§2.5.2 空载电势测量

§2.5.3 电阻与电感测量

§2.6 基于SVPWM的PMSM控制系统仿真

§2.7 小结

第3章 PMSM驱动系统软件与硬件设计

§3.1 引言

§3.2 PMSM驱动系统硬件设计

§3.2.1 微控制器TMS320F28335

§3.2.2 驱动电路设计

§3.2.3 电流电压采样电路

§3.2.4 转子位置采样

§3.3 PMSM驱动系统软件设计

§3.3.1 驱动系统的软件框架设计

§3.3.2 转速与转子位置计算

§3.4 PMSM驱动系统实验

§3.4.1 驱动系统平台搭建

§3.4.2 PMSM电机三相空载感应电势分析

§3.4.3 PMSM电机驱动系统稳态实验结果

§3.5 本章小结

第4章 能量回馈制动系统分析与仿真研究

§4.1 引言

§4.2 蓄电池和超级电容基本性能

§4.3 双向DC/DC变换器分析设计

§4.3.1 双向DC/DC变换器工作原理及参数设计

§4.3.2 双向DC/DC变换器电路参数的设计

§4.4 PMSM制动回馈理论分析

§4.4.1 PMSM一般制动理论分析

§4.4.2 基于SVPWM的PMSM制动分析

§4.5 基于双向DC/DC变换器能量双向流动仿真分析

§4.5.1 Boost工作模式下母线电压单闭环仿真

§4.5.2 Boost工作模式下母线电压电感电流双闭环仿真

§4.5.3 Buck工作模式下电感电流单闭环仿真

§4.5.4 Buck工作模式下超级电容恒流充电仿真

§4.5.5 直流电机制动时超级电容和蓄电池充放电仿真

§4.5.6 直流电机启动、匀速、制动时超级电容充放电仿真

§4.6 PMSM回馈制动仿真分析

§4.7 本章小结

第5章 回馈制动系统实验研究

§5.1 引言

§5.2 电池及超级电容的充放电实验研究

§5.2.1 电池充电实验

§5.2.2 电池放电实验

§5.2.3 超级电容充电实验

§5.2.4 超级电容放电实验

§5.2.5 蓄电池超级电容全压启动直流电机实验

§5.2.6 蓄电池超级电容全压启动永磁同步电机实验

§5.3 能量由超级电容侧流向母线侧实验研究

§5.3.1 母线侧负载为电阻实验研究

§5.3.2 母线侧负载为直流电机实验研究

§5.4 能量由母线侧流向超级电容侧实验研究

§5.4.1 低压侧为电阻负载实验

§5.4.2 低压侧为超级电容实验

§5.5 永磁同步电机制动回馈储能系统实验

§5.6 本章小结

第6章 总结与展望

§6.1 全文总结

§6.2 课题展望

参考文献

致谢

硕士期间学术成果

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摘要

目前,世界各国都面临着环境污染和石油短缺问题。电动汽车以电能作为主要动力能源,对环境友好,同时降低了对石油能源的依赖,得到学术界和工业界的高度关注。电动机和电力驱动技术以及电池技术是电动汽车的关键技术。目前电池技术的发展进入瓶颈,在此情况下,利用高效电机、电驱技术提高能量的使用效率是一个途径,另一途径就是研究电机制动回馈储能,这不仅是整车能量管理中重要组成部分,也可以有效地提升电动汽车的能量利用率,增加续驶里程。蓄电池作为传统电动汽车最主要的能量源,循环寿命和功率密度较低。相比之下,超级电容循环寿命和功率密度很高。将蓄电池和超级电容相结合的双能量源结构可以实现优势互补,达到现有技术水平下的优化组合。本文基于蓄电池和超级电容研究电动汽车用PMSM系统的驱动和回馈制动。
  论文主要研究内容有如下五个部分:
  1.分析PMSM的工作原理及数学模型,并给出一台三相2.2kWPMSM实测静态特性。
  2.设计PMSM驱动系统的硬件电路并搭建模拟电动汽车的对拖平台。设计PMSM的SVPWM算法,采用TMS320F28335作为微控制器,编写PMSM驱动系统的控制程序。
  3.根据车载条件下,能量流动的需求,选定并分析双向DC/DC变换器的拓扑结构、工作原理,进一步提出器件型号和参数的选取原则。在MATLAB/SIMULINK环境下,建立模型进行相关仿真,并对仿真结果进行分析。
  4.分析PMSM回馈制动的工作原理,在MATLAB/SIMULINK仿真环境下建立永磁同步电机制动回馈储能系统,分析系统的运行特性和仿真结果。
  5.设计并制作基于蓄电池和超级电容的双向DC/DC变换器系统硬件电路,对相关仿真结论进行实验验证。搭建以半实物仿真系统ADI为控制器的模拟电动汽车用PMSM系统制动回馈储能系统的硬件平台,验证所提出的电动汽车用PMSM制动能量回馈控制策略的正确性和可行性。

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