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面对日趋严重的能源短缺与环境恶化问题,寻求社会、经济与资源、环境相互促进与协调发展的可持续发展模式正在成为世界性潮流,在这种背景下,清洁无污染、零排放的新能源汽车将成为市场新宠。电动汽车的能量来源是非常丰富的,运行零排放以及无废气污染,对环境保护和空气的洁净十分有益。但电动汽车至今尚未形成规模,其中,电池技术是制约电动汽车发展的关键技术之一。由于蓄电池的密度低、能量密度低等特性,以蓄电池作为唯一储能单元的电动汽车,其动力性和续驶里程也因之受到极大的限制。不过,蓄电池在使用中其性能发挥得如何,除了与电池模块自身性能有关,还与其应用的能量管理系统有着密切的关系。将能量管理作为关键技术引入到纯电动汽车上,可以提高车载能量的利用率和车辆的动力性能,在一定程度上弥补了蓄电池的低功率密度和低能量密度等缺陷。
本文对电动汽车蓄电池-超级电容的能量管理系统进行了研究对象。首先,从汽车动力学的角度分析了电动汽车行驶在典型城市循环工况下的功率需求曲线。以理论分析为依据,表明以单一蓄电池作为能量源无法满足电动汽车的动力性要求。然后,针对传统纯电动汽车续驶里程短、加速性能不佳的问题,研究了蓄电池-超级电容新型双储能单元的纯电动汽车结构,超级电容器具功率密度高、循环寿命长等突出特点。它能存储大量电荷,并且充放电迅速,能够在电动汽车加速时提供足够高的峰值电流,刹车时吸收制动大电流。因此由蓄电池和超级电容构成的储能系统与单一蓄电池相比,具有短时高功率密度和高能量密度的特性。考虑到电动汽车行驶工况复杂和储能系统状态变化频繁,如何协调蓄电池与超级电容之间的功率分配,本文提出了四种工作模式,四种模式的划分是充分考虑了电机的功率需求和储能单元的状态后作出的,在每个模式下所采用的策略也不相同。能量管理的一个重要内容是再生制动,针对再生制动的特性和约束条件,本文提出了将矢量控制引入到电机回馈制动中,并进一步提出了新型电流滞环控制和直流电压控制策略,以实现再生制动时电机可以同时获得高转矩和高转速。利用再生制动不仅可以提高车载能量的利用率,也可以改善车辆的刹车性能。最后,本文在仿真环境下对能量管理系统做了理论性验证,并做了一些相关的试验,以验证能量管理系统的可靠性和可行性。