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电动教练车的电池管理与控制系统研究
| 论文题名： | 电动教练车的电池管理与控制系统研究 |
| 关键词： | 电动教练车;电池管理系统;超级电容;DC/DC变换器;PI闭环控制系统 |
| 摘要： | 为了响应国家对新能源行业的支持，并解决目前燃油教练车存在的油耗高和尾气排放严重等问题，越来越多的燃油教练车被改造成纯电动教练车。与目前新能源汽车相同，电动教练车的核心也是电池管理系统。由于教练车在科目训练中处于频繁的起动、加速和上坡，以及减速、下坡和制动状态，直流母线侧正反两个方向的大电流严重影响蓄电池寿命。所以研究适用于电动教练车的电池管理与控制系统，对新能源和驾培行业的发展具有重要意义。 本文研究的电动教练车电池管理系统是在蓄电池单独供电的基础上，加入超级电容与其组成复合能源，设计双向DC/DC变换器实现对电池管理系统的状态监测和控制，进而防止蓄电池的短时间大电流充放电，延长其使用寿命。本文的主要工作总结如下： （1）系统拓扑结构选择及可行性分析 通过对不同双向DC/DC变换器的分析，选择双向半桥式Buck/Boost变换器作为电动教练车电池管理系统的主拓扑。分析了复合电源系统的可行性、系统的工作模式以及变换器两种状态下的工作原理。 （2）系统模型的建立及控制器的设计 通过对比分析三种不同超级电容电路等效模型的优缺点，选择了一阶非线性模型，并对超级电容的充放电特性进行仿真研究；利用状态空间平均法分别建立了变换器工作在升压和降压两种状态下的数学模型，推导出了两个状态下的控制占空比到电感电流的传递函数；选择合适的 PI参数，设计两个独立工作的 PI控制器，实现对系统的闭环控制，提高了系统稳态精度及动态响应性能。 （3）系统软硬件设计 根据系统的指标要求，完成电动教练车的电池管理与控制系统的软硬件设计。采用DSP TMS320F28335作为系统主控芯片，对系统主电路、驱动电路、电流电压采样及调理电路、过流过压保护电路以及辅助电源进行设计，并计算了主电路的关键参数；在 CCS开发环境下完成系统的软件设计，主要包含对系统主程序、中断服务子程序以及PI控制子程序等的设计。 （4）系统仿真及实验测试验证 在 MATLAB/Simulink中分别搭建了系统在三种工作模式下的仿真模型，并根据软硬件设计搭建了实验平台进行实验验证。仿真和实验结果均表明：系统工作在三个模式时，电感电流都能实时跟踪给定电流，并且当负载变化时具有一定的抗扰动能力，验证了 PI闭环控制的有效性；分析三种模式的实验数据，该变换器实现了超级电容和电机直流母线侧间的能量传递，解决了蓄电池的瞬间大电流充放电问题。 |
| 作者： | 李肖南 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 孟彦京 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 陕西科技大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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