搜索
河北工业大学硕士学位论文油电混合客车电源系统的设计姓名：李小军申请学位级别：硕士专业：电气工程指导教师：张惠娟20081101河北工业大学硕士学位论文i油电混合客车电源系统的设计摘要随着社会的发展以及能源、环保等问题的日益突出，油电混合汽车以其低排放，低噪声等优点越来越受到全世界的关注，混合动力汽车已经成为21世纪汽车产业的发展方向。油电混合汽车的迅速发展，对动力电池的要求越来越高，因而电池组在运行状态中的管理也变的越来越重要。作者研究了油电混合汽车的电源及其管理系统，提出了合理的系统设计思想与实现方法。基于油电混合动力电动汽车电池系统的设计需求，从多个方面对目前各种常用动力电池组的性能指标及优缺点进行了分析比较，对本课题油电混合动力车辆的动力电池进行选型。其次，基于车载锂电池的特性，完成了对单体电池电压、串联电流、电池组温度等重要参数采样软硬件的设计。硬件部分考虑了精度和实时性的要求，软件部分设计了流程图，并采用C语言进行编程，同时软硬件设计中也采取了抗干扰的措施，采样结果为电池荷电状态(SOC)的估算提供了数据支持。电池组中SOC的估算精度不仅对管理系统参考有重要意义，更重要的是它会影响单体电池以及整个电源系统的性能和寿命。由于电源系统在车辆运行中的频繁使用，以及受温度，自放电等多因素的影响，SOC的估算波动很大，本课题采用了基于推广型卡尔曼滤波的改进安时法，对电池组剩余容量进行估算，并对之进行了仿真，结果很好地减少了传统算法的波动，得到了较满意的结果。昀后将本设计完成的电源系统用于了实际样车中，各项数据还在测试当中。通过实际应用，可以对系统进行改进与完善。关键词：油电混合动力汽车，电源管理系统，电池荷电状态，卡尔曼滤波河北工业大学硕士学位论文iiiDesignoftheHybridElectricalVehicle’sBatterySystemABSTRACTAsthedevelopmentoftheeconomy,theincreasingneedsfortheenergymaketheissuesofenvironmentprotectionbecomemoreimportant,hybridelectricvehiclesaredrawingmoreandmoreattentionallovertheworld,becauseofitsadvantagesoflowemission,lownoise,andHEV(HybridElectricalVehicle)isdeemedtowillleadtheautomobileindustryinthe21stcentury.TheHEVindustryisdevelopingrapidlynowadays,meanwhile,therequirementtothebatterytechnologyisbecominghigherandhigher.Sotheworkingstateofthebatterymanagementsystem(BMS)isveryimportanttoo.Theauthorhasstudiedthepowerbatteryanditsmanagementsystemdeeply,andputforwardthelogicaldesignthoughtsandresolutionmethods.BasedonthedesignrequirementHEV’sbatterysystem,thisthesisanalysesandcomparesthecharacteristicsandqualitiesofpopularpowerbatteriespilecurrentlyfrommanyaspects,andthen,theauthormakesachoiceaboutthepowerbatteries’styleofHEV.Secondly,basedonthecharacteristicsoftheLithium-ion,theauthoraccomplisheshardwaredesignofthesinglebattery’svoltage,seriescircuitcurrency,batteries’temperaturethosemostimportantparametersintheBMS,besides,thestandardsofprecisionandtimelyaretakenintoaccountinthispart.Theflowchartsaredrawn,andprogrammingthembyusingtheCLanguage,meanwhile,theauthortakessomeanti-disturbingactionsinthispartofdesign,samplingresultswillsupporttheSOCestimation.EstimatingtheSOCaccuratelyisnotonlyhaveagreatsignificanceforthemanagementsystem,mostimportantly,itwillaffecttheperformanceandlifespanofbatteries,eventhewholesystem.However,theresultofSOCestimationwillfluctuateremarkablybecauseofbatteriespile’susingfrequently,thebatteries’temperaturestate,self-discharge.Inthisthesis,theauthorhasintroducedthetheoryofKalmanfilteralgorithmsandanalyzeditsapplicationintheSOCestimationbyanalyzingseveralalgorithms,theresultofsimulationreducesthewavessignificantly,andtheeffortisremarkable.TheBMShasbeenappliedtothesamplingvehicle,experimentdataindetailisunderthedetection.Itcouldgetimprovedbythepracticalapplicationinthefuture.Keywords:HybridElectricVehicle,BMS,SOC,KalmanFilter原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：河北工业大学硕士学位论文1第一章绪论§1-1引言汽车的出现和发展推动了人类文明的进步，它在给人类生活带来便捷舒适的同时，也带来了两大问题：环境的污染和能源的消耗。有资料表明，当今世界的汽车每年向大气排放约2亿吨有害气体，占大气污染总量的60%以上，汽车排放污染已成为当今大气昀大的污染源，在这些汽车废气当中又存在着大量对人体有害的物质。这些有害物质不断造成人们的呼吸道疾病以及生理机能障碍，其中所含的某些有毒物质进入人体会产生持续刺激甚至引发癌症。汽车的另一种污染为噪声污染，人长时间处于噪声超过安全标准的环境中，身体健康就会受到不同程度的损害。燃油汽车污染严重威胁着人类生存质量[1]。汽车工业的发展已经面临着拯救人类赖以生存的自然环境迫切要求的严峻挑战。据我国国家计委2003年发布的《中国行业景气分析报告·2002汽车工业景气分析及2003年走势预测》显示，2002年中国汽车生产量达到347万辆，增长达到30%到40%，而消费潜能达到500万辆以上。一个汽车时代即将来临，巨大的消费潜力使得环境和能源面临着更加严峻的考验。为了汽车工业能够持续快速发展，以开发和推广电动车、多种代用燃料汽车为主要内容的“绿色汽车”工程已经在世界范围内展开。世界各大汽车公司争相研制各种新型的节能减排环保车，力图使自己生产的汽车达到或接近“零污染”的标准。同时各国政府在环境问题的压力下也不得不加大清洁能源的开发利用力度。发展利用电作为驱动力的汽车生产已经是涉及社会发展和经济安全的重大战略问题，中国除了要加速发展电动车生产外，别无出路。在目前的条件和技术能力下，发展混合型电动车实现产业化已作为我国汽车工业实现跨越式发展的战略性举措。我们如果在关键技术上能够得到突破，那将使我国的汽车工业在世界舞台上更具有竞争力，也必将对人类的生存环境有着深远的现实意义。§1-2油电混合汽车的发展简史早在一百多年前，由于当时电池和电机的发展较内燃机成熟，而且石油的运用还没有普及，使电动汽车在早期的汽车领域中占有举足轻重的位置。第一辆电动汽车(三轮）由法国人古斯塔夫·土维(GustaveTrouve)在1881年制造出来，此后三四十年间，电动汽车在当时的汽车发展中占据着重要位置。例如，世界上首辆车速超过100公里/小时的汽车就是电动汽车。那是在1899年，由比利时工程师卡米乐·热纳茨（CanilleJenatzy)设计的名为“从不满意”(LaJamaisContente)的铝制车身汽车，现在保存在法国贡批尼(Compiegne)博物馆中。据统计，到1890年在全世界4200辆汽车中，有38%为电动汽车，40%为蒸汽车，22%为内燃机汽车。到了1911年，就已经有电动出租汽车在巴黎和伦敦的街头上油电混合客车电源系统设计2运营，到了1912年在美国更有至少3.4万辆电动汽车运行。但由于石油的大量开采和内燃机的种种优越性，电动汽车渐渐被人们忽视。直到上世纪70年代，石油危机的爆发给世界各国政界一次不小的打击，迫使人类开始考虑替代石油的其他能源，包括风能、太阳能、电能等可再生能源。因此从政治经济方面考虑，才又给了电动汽车第二次机遇，使其又一次被世人瞩目。第三次机遇开始于若干年前，世界上除了已存在的能源问题之外，环境保护问题也逐渐成为了各个方面所关心的重大课题，内燃机汽车的排放污染，给全球的环境以灾难性的影响，因此开发生产零污染交通工具成为各国所追求的目标，电动汽车的无(低)污染优点，使其成为当代汽车发展的主要方向[2,3]。油电混合动力汽车（HybridElectricVehicle简称HEV），是介于内燃机汽车和纯电动汽车之间的一种车型，它将内燃机通过发电机提供的电能与电池组的电能结合使用，不仅能提高系统运行的效率，同时方便采用线传操纵技术，由计算机控制的电子线路取代机械与液压连接，完成转向、制动、换挡及油门控制等。在启动、急加速和高速行驶时，两种动力并驾齐驱，而低速行驶时只用电动机，当减速和制动时，电动机产生的能量还可逆向存入蓄电池，这类汽车特别适合在城市拥挤的道路上行驶。目前，从国内外电动汽车的发展趋势来看，内燃机与电动机双驱动的混合动力技术，将会成为一段时间内清洁燃料汽车商业化的主流。§1-3油电混合汽车电源管理系统及其重要性油电混合汽车电源管理系统(BatteryManagementSystem，简称BMS)是混合动力汽车中一个越来越重要的关键部分，是一个处于监控运行及保护电