混合动力客车用复合电源电气架构优化设计

【摘要】伴随着电动汽车的发展，电池的使用寿命问题越来越突出。单一电池通过改善其自身结构、管理系统或者添加热管理系统，来提高它的使用寿命。但是提升空间，受电池自身性质的影响，不是很大。于是在某些混合动力客车上使用纯超级电容作为其辅助动力源。但是超级电容的容量有限，往往需要多组电容串、并联，成本过于昂贵。由此而来，相关的研发人员提出了复合电源。复合电源中，电池、电容各自发挥他们容量大、可充放电功率大的优势，相互取长补短，极大的延长了车载电源的使用寿命以及电效率。复合电源的电气架构主要有以下3种形式：直接并联式、电池负载端的主动控制式和电容负载端的主动控制式。3种形式中，直接并联式，由于其简单易于工程化，已经有部分企业在车上使用。但是其存在能量的2次转化，电效率降低。并且要适当匹配电容电压，使其与电池电压相差不大，又增加了电容的容量，提高了复合电源的价格。电池负载端的主动控制式复合电源，由于控制DC/DC存在一定的延时以及其响应存在一定的滞后，导致复合电源电容的削峰填谷作用削弱，不能最大限度的提升电池的使用寿命。故本文提出了以电容负载端的主动控制式的复合电源。论文的主要研究内容包括：（1）查阅国内外在复合电源性能方面的研究进展。在了解现行各种车载电源的性能和特性且与混合动力客车对车载电源的要求后，确定本次混合动力客车用复合电源的电气架构。（2）制定复合电源内CAN网络协议及以CANoe为仿真平台实现总线与仿真。计算分析复合电源内CAN网络负载状况，提出点播式CAN协议，并通过CANoe仿真，对比周期式触发方式其优缺点。（3）对本次复合电源所使用的部件进行部件性能实验，测量其关键参数及其对管理系统软硬件需求，为管理系统软硬件设计、控制策略提供依据。并以TTC200为控制器硬件，进行引脚功能定义。（4）在以TTC200为快速控制原型平台，实现底层信息的收集及相应硬件的控制时，主要解决了TTC200中CAN缓冲区不足的问题，提出了一套基于TTC200的CAN缓冲区复用的方法，既满足了复合电源管理系统对其硬件要求，又能满足管理系统对CAN通讯实时性的要求。（5）搭建复合电源实验台架，进行所有部件的联合调试以及工况测试。在此主要解决复合电源系统中DC/DC转换器模块对内CAN网络的干扰问题。经过联合调试测试DC/DC转换器的工作性能后，通过Digatron电源模拟器模拟整车电流需求，对复合电源进行工况测试，通过对比电池端的电流、电压变化，体现电容负载端的复合电源在延长锂离子电池使用寿命上的优势。
【作者】毕东阳；
【导师】于远彬；
【作者基本信息】吉林大学，车辆工程，2014，硕士
【关键词】复合电源；电气架构；TTC200；CAN缓冲区复用；

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