超级电容器辅助的电动公交车能量优化管理研究

摘要

超级电容器是近年来新兴的电源，具有大功率充放电，高效率，循环寿命长的优点，在电动汽车中应用越来越广泛。因城市中公交车需频繁启动和制动，将超级电容器与蓄电池结合起来使用，不但可以充分发挥蓄电池比能量大和超级电容器比功率高的优势，利用超级电容器短时大功率充放电的特性改善公交车的启动，爬坡和制动性能；还可减小蓄电池峰值充放电电流，延长使用寿命，提高整车的动力和经济性能。
　　论文首先对电动公交车中关键部件作了详细的介绍，搭建了各部件的仿真模型，并详细分析了各种运行工况下超级电容和蓄电池容量比的选择问题。由于公交车行驶路径固定，论文利用历史数据信息和实时数据信息对行驶工况中的速度、加速度、行驶坡度和公交停车站点等特征进行了预测，并计算出公交车在下一站间各时刻的功率需求。对电动公交车能量管理问题，论文根据下一路段的平均功率，提出了公交车停车站点超级电容-蓄电池SOC（State of Charge，荷电状态）预分配，运行过程中加减速双模糊控制能量管理策略；为了最大限度的提高公交车的启动、加速性能和能量回收效率，论文引入了基于超级电容SOC预测的控制策略。该控制策略首先根据公交车停车站点SOC预分配的初始值和预测的数据计算出公交车在各个时刻超级电容 SOC的参考值；然后将该预测控制策略和模糊控制以一定的权值加权后调节双向 DC/DC变换器，控制整车的能量流动，并详细分析了超级电容SOC预测控制为不同权值时对整车性能的影响。
　　最后，论文在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型，以ADVISOR中纽约公交工况和德国纽伦堡公交工况为例，对所采用的能量管理策略进行了仿真。结果表明：所采用的能量管理策略能较好的满足电动公交车的启动、加速性能和能量利用效率，减小蓄电池的峰值充放电电流，从而延长蓄电池的使用寿命。

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第一章 绪论

1.1 电动公交车研究的背景及意义

1.2 国内外电动汽车的研究现状

1.3 电动公交车发展亟待解决的问题

1.4 超级电容器辅助的公交车能量管理系统研究现状

1.5 论文的主要工作

第二章 超级电容器辅助的电动公交车关键部件及建模

2.1 引言

2.2 车用复合电源及其连接方式

2.3 复合电源特性及模型

2.4 功率变换器及其拓扑结构

2.5 复合电源混合度及其容量的选择

2.6 本章小结

第三章 公交车行驶路况信息分析和预测

3.1 引言

3.2 公交车运行路况信息的获取及预测

3.3 电动公交车行驶路段功率的预测

3.4 加速/制动踏板开度及其计算

3.5 算例仿真

3.6 本章小结

第四章 考虑站点SOC预分配的公交车能量优化研究

4.1 引言

4.2 公交车停车站点超级电容-蓄电池SOC预分配

4.3 基于SOC预分配的公交车模糊控制系统

4.4 算例分析

4.5 本章小结

第五章 基于超级电容SOC预测的公交车能量管理系统

5.1 引言

5.2 超级电容SOC预测控制模型

5.3 整车控制系统及算例仿真

5.4 本章小结

结论与展望

1 全文总结

2 研究展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文

附录B 攻读硕士学位期间参加的相关课题