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一种车载复合电源的设计与研究

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目 录
第1章 绪论 1
1.1背景及意义 1
1.2 车载复合电源国内外研究现状 2
1.2.1国内研究现状 2
1.2.2国外研究现状 3
1.3 本文章节安排 4
第2章 车载复合电源各部件的特性分析 5
2.1 蓄电池特性分析 6
2.1.1 车用蓄电池的选择 6
2.1.2 蓄电池的充放电特性 8
2.1.3 蓄电池的容量特性 9
2.1.4 蓄电池的内阻特性 9
2.2 超级电容特性分析 10
2.2.1 超级电容的结构及工作原理 10
2.2.2 超级电容充放电特性 11
2.2.3 超级电容的容量特性 12
2.2.4 超级电容的内阻特性 13
2.2.5 超级电容的性能特点 14
2.2.6 超级电容的产业化情况 15
2.3 双向DC/DC变换器的特性研究 17
2.3.1 双向DC/DC变换器研究概况 17
2.3.2 双向DC/DC变换器效率特性 18
第3章 车载复合电源的结构选型及控制策略研究 20
3.1 车载复合电源结构选型 20
3.2 双向DC/DC变换器的结构分析 21
3.2.1 双向半桥变换器拓扑结构的分析 21
3.2.2 升降压变换器模式 22
3.3 双向DC/DC变换器控制策略分析 23
第4章 车载复合电源升压仿真分析 25
4.1 MATLAB/Simulink软件的简介 25
4.2 单一蓄电池仿真 26
4.3 超级电容与蓄电池直接并联复合电源仿真 27
4.4 超级电容经过DC/DC变换器与蓄电池并联复合电源仿真 30
4.5 仿真结果比较及结论 32
第5章 车载复合电源的硬件设计 34
5.1 车载复合电源双向DC/DC变换器控制电路 34
5.2 模数转换电路 36
5.3 电源电路 36
5.4 通讯电路 37
5.5 保护电路 37
结论和展望 39
致谢 41
参考文献 42


摘要：随着能源、环保等问题的日益突出，混合动力汽车成为近年来发展迅速的一种新型汽车，是21世纪最具有发展前途的绿色清洁汽车。混合动力汽车是用电池半替代传统的汽油作为车载能源的，然而在现有的技术条件下，动力电池的性能是混合动力汽车发展的主要瓶颈。超级电容作为一种新型电源，具有比功率大、充放电迅速、寿命长等优点，与蓄电池结合起来组成复合电源，能够解决单一蓄电池大电流充不进、放不出的问题，在满足车辆动力需求的同时，最大限度吸收制动能量，从而达到延长蓄电池寿命，提高车辆的动力性和燃油经济性的目的。
首先，分析研究复合电源各元件的特性，主要研究蓄电池、超级电容和双向DC/DC变换器各自的特性，并在此基础上，分析研究复合电源的基本组成结构；然后通过对复合电源各元件特性的分析研究，设计复合电源的结构以及双向DC/DC，研究DC/DC控制策略；再用软件Matlab/Simulink在建立的复合电源模型上，对制定的控制策略在变化的负载下进行仿真，并对由蓄电池和超级电容组成的复合电源以及由蓄电池构成的单一电池电源以及直接并联进行仿真对比，研究超级电容是否对蓄电池有“削峰填谷”的作用，仿真结果表明，超级电容在负载变大时提供能量，避免了蓄电池的大电流充放电，不仅对蓄电池起到了保护作用，还能有效延长混合动力汽车的续驶里程。最后，根据复合电源对双向DC/DC变换器的设计要求，设计出电路结构，并运用软件Matlab/Simulink对它进行仿真，仿真结果验证了理论的正确性，并且讨论了部分硬件设计。
关键词：复合电源； 混合动力汽车； 超级电容； 双向DC/DC变换器


The Research and Design of a Vehicle Hybrid Electrical Source
ABSTRACT Hybrid power cars becomes a kind of new, fast-developing vehicle in the last years, which has the best future as a green vehicle, as the problems of energy and environment are becoming more and more serious in the 21st century. The energy in Hybrid cars is provided by storage batteries instead of traditional gasoline, and the Hybrid cars development of Hybrid cars are limited by the capacity of its storage batteries with current technologies. Well,as a newly developed energy source，Ultra-capacitor has the advantage of high power density, rapid charge and discharge performance and long life time，and are very suitable for high power need such as acceleration，brake and climbing of the vehicle. Combined energy storage system composed of batteries and ultra-capacitors combines their advantage and can not only meet the vehicle dynamic demand，but also improve regenerative braking energy recycling performance．
First, the characteristics of components of the hybrid power system were researched. On the basis of predominating the characteristics of battery, ultra capacitor and bidirectional DC/DC converter, the structure characteristics and work patterns of the system were determined. Then through the analysis of the characteristics of each component of composite power supply, designing structure of power supply and bidirectional DC/DC, and research on DC/DC control strategy. And then the software Matlab/Simulink in hybrid source model, the control strategy is simulated under varying load. From the results of these simulations, ultra-capacitor can provide energy when it is heavy load. So it can protect the battery according to avoiding the strong current charge and discharge of battery and it also can effectively extend the Hybrid cars continued driving mileages.At last, according to the design requirements of bidirectional DC/DC converter,the bidirectional DC/DC converter was designed and simulated using Matlab/Simulink. The simulation results show the correctness of theoretical calculation. Meanwhile discussing part of hardware design.
Keyword: Hybrid Power System; Hybrid Cars; Ultra-capacitor; Bidirectional DC/DC