【电动汽车复合电源模型构建与仿真分析案例2200字】

电动汽车复合电源模型构建与仿真分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u32552电动汽车复合电源模型构建与仿真分析案例 1160451.1复合电源储能单体模型构建 1319731.1.1蓄电池模型 1155751.1.2超级电容模型 2313321.2双向全桥DC-DC变换器仿真模型构建 2168971.3复合电源系统模型 4166481.5复合电源系统仿真分析 71.1复合电源储能单体模型构建1.1.1蓄电池模型蓄电池的物理特性受温度等多种因素影响，其充放电过程具有严重的非线性，要想准确的表达该过程需要复杂的非线性函数，且此函数中的各变量也实时变化，因此要想准确的建立蓄电池充放电模型需要进行大量的试验和理论分析。目前电动汽车上最常用的四种蓄电池模型分别为：RC模型、Rint模型、Fundamental模型等。其中Rint模型是将蓄电池等价为物理模型，如图1.1所示。Simulink中SimPowerSystems下的Battery模块基于Rint模型搭建，本文选用该Battery模块进行复合电源系统仿真研究。图1.1蓄电池Rint模型超级电容模型超级电容建模时普遍使用的是传输线模型和超级电容经典模型，而传输线模型计算较复杂，主要应用于要求十分精确的工程中。选用超级电容经典模型，如图1.2（a）所示，该模型主要有电容C，等效串联内阻，等效并联内阻。凡在超级电容静态放置时产生漏电流，由于很大，漏电流很小，在复合电源系统中超级电容主要用于瞬时大电流充放电，漏电流可以忽略不计，超级电容模型可简化为图1.2（b）。本文采用该简化模型在Simulink中建立的超级电容物理模型进行复合电源系统仿真研究。图1.2超级电容模型双向全桥DC-DC变换器仿真模型构建双向全桥DC-DC的整体仿真模型如图1.3所示，包括控制信号发生器模块、信号修正器模块、工作模式选择模块、主电路模块、监测模块和充电保护控模块。图1.3双向全桥DC-DC整体仿真模型控制信号发生器和信号校正器配合工作，首先，控制信号发生器产生锯齿波，再与实际波形进行比较产生误差信号，再经由滞环控制产生方波控制信号并传输到DC-DC变换器，其输出电压信号被反馈到比较器，比较器与目标电压进行比较以产生误差信号，在比较器中循环校正误差，产生校正信号并输出到控制信号发生器。监测模块的主要作用是检测电压电流信息，用以输出反馈电压和计算变换器的效率。主要包括主电路模块、工作模式选择模块、充电保护模块。（1）搭建的双向全桥DC-DC变换器主电路仿真模型如图1.4所示，包括放电模式和充电模式，分别如图1.4（a）和图1.4（b）所示。（a）放电模式双向全桥DC-DC主电路仿真模型（b）充电模式双向全桥DC-DC主电路仿真模型图1.4双向全桥DC-DC变换器主电路仿真模型在图1.4中，充电模式下双向全桥DC-DC主电路仿真模型。其中，SC代表超级电容器，R代表放电模拟等效负载，L代表DC-DC电路等效电感。In1-In4表示的是MOSFET模块的控制信号接口，Outl-Out4表示的是输入输出电压和电流信号的检测接口。复合电源系统模型复合电源系统首先需要对系统中各个部分的连接结构进行分析，主要是超级电容和蓄电池以及变换器与负载的连接方式。其中混合储能系统拓扑结构主要有4种：超级电容和锂电池直接并联；超级电容和锂电池通过独立配置各自DC/DC变流器并联；锂电池（超级电容）接DC/DC与超级电容（锂电池）并联。（1）超级电容和锂电池直接并联母线模型，如图1.5所示。这种电路的结构是将超级电容和蓄电池并联，然后一起通过控制器并联到负载两端，此时超级电容和蓄电池的电压等级相同，当负载需要功率或者给储能系统进行充电的过程中超级电容和蓄电池一直保持一致，而且由于超级电容的电压等级与蓄电池始终保持一致，而超级电容的大功率放电会导致电压迅速下降，所以超级电容的大功率放电不能体现出来。图1.5蓄电池和超级电容器直接并联结构（2）超级电容和锂电池以变换器并联母线模型。这种电路的模型是超级电容和蓄电池分别与DC-DC变换器相连，在以并联连接的形式接到负载上，由于有DC-DC的存在，超级电容和蓄电池的充放电都可以分开进行，此时运行方式可以多样灵活，既利用了蓄电池可以长期输出功率而不影响超级电容，在启动、加速和制动时超级电容可以主动接受或者释放能量，但是缺点是加入了两个双向DC-DC会使得经济性有所降低，而且DC-DC使得传输的能量有所损耗。结构图如图1.6所示。图1.6超级电容器、蓄电池分别连接DC-DC变换器后并联回路（3）超级电容和蓄电池以一个DC-DC变换器并联母线模型。此种模型有两种形式，一种是锂离子电池和DC-DC连接后与超级电容并联，在连接到负载端；另外一种则是超级电容和DC-DC连接后与锂离子电池并联，在连接到负载端。由于两者结构相似，且电动汽车常用的是第二种模型，故本文只介绍一种结构模型，结构图如图1.7所示。在图中蓄电池可以根据负载的需求实时供应能量，而超级电容可以在电动汽车中加速、启动或者制动回收能量等特殊工况下运行，此时，可以很好的利用超级电容优势对电动汽车进行能量管理。但是锂离子电池直接连接到负载中，很难对其进行能量管理。图1.7超级电容器连接DC/DC变换器与蓄电池并联回路图1.8锂离子电池和超级电容器混合储能系统拓扑结构综合上述三种复合电源的系统模型，考虑混合储能的能量利用率，结构的复杂程度等因素，采用图1.7中超级电容和锂电池以变换器并联母线模型。此时运行方式可以多样灵活，可以很好的利用蓄电池和超级电容的双方优势，既利用了蓄电池可以长期输出功率而不影响超级电容，在启动、加速和制动时超级电容可以主动接受或者释放能量，较好的满足本文电动汽车的需求。使用这种结构对复合电源的模型进行构建，在Matlab/Simulink中搭建的复合电源系统模型如图1.9所示。图1.9复合电源系统模型复合电源系统仿真分析在车辆行驶过程中，车辆随时可能需要加速，而复合电源功率输出能力对车辆加速性能起着决定性作用，特别是在起步或是超车行驶时，加速性能尤其重要，而作为复合电源电动汽车的动力源，复合电源系统动力响应速度至关重要。给定超级电容初始电压