基于飞轮电池的电动汽车制动能量回收系统的方案设计与分析

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1、基于飞轮电池的电动汽车制动能量回收系统的方案设计与分析DESIGNANDANALYSISOFAREGENERATIVEBRAKINGSYSTEMBASEDONAFLYWHEELBATTERYINANELECTRICVEHICLE(申请清华大学工学硕士学位论文)培养单位：汽车工程系学科：动力工程及工程热物理研究生：范雅博指导教师:张俊智教授二○一六年六月关于论文使用授权的说明本人完全了解清华大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存该论文。(涉密的学位论文在解

2、密后应遵守此规定)签名：导师签名：日期：_______摘要摘要本文首先从基本概念和原理角度对回馈制动系统进行了文献综述，对能量管理方法以及能量储存系统的基本要素进行了探讨。同时，对飞轮储能系统的特性进行了描述，并与电池系统进行比较和区分。随后，对本研究所选定的奇瑞汽车在新欧洲驾驶循环工况(NEDC)下的功率需求和能量消耗进行了评估。通过计算发现，到目前为止，该车所安装的电池储能系统(BESS)的能力特性已经远超过峰值能量需求，因此无论是加速过程还是回馈制动过程，均不需要飞轮储能系统的负载均衡能力。但由于飞轮性能良好，具备提高系统性能的潜力，因此本文设计了一套飞轮-电池储能系统(

3、FBESS)来检验选定的奇瑞车型的回馈效率是否得到提高。首先对NEDC驾驶循环中负载功率按照基础功率和峰值功率进行分配，飞轮系统主要提供加速过程中的峰值功率需求以及吸收制动过程中的所有可回收能量。上述的功率需求的分配结果，对飞轮架构尺寸等关键系统参数的设计提供了依据。此外，对电池系统做了相应的调整，以使其能够满足电机基础功率的需求水平，并能够在电机低功率需求时对处在特定SOC区间内的飞轮系统进行充电来补偿其在高功率输出时的充电损失。在建立了飞轮-电池储能系统(FBESS)模型及其控制器的基础上，对基于BESS和FBESS的奇瑞车型的回馈制动效率进行了计算。相比于只具有电池储能系

4、统的奇瑞汽车，装载了飞轮-电池储能系统车型的回馈制动贡献率从7.87%下降至6.84%。回馈制动效率的下降是因为NEDC工况中能量消耗在增加，但仅有部分可通过增强的再生能量进行补偿。而且受到电池储能系统在工作SOC区间更高的充放电效率，电池温度及放电率的综合影响。关键词：回馈制动系统，飞轮电池储能系统，电池储能系统，回馈效率，NEDCIAbstractAbstractInacomprehensiveliteraturereview,thefundamentalsofregenerativebrakingsystems,includingitsenergymanagementas

5、wellasthebasicsofenergystoragesystemswerediscussed.Afterthat,thecharacteristicsofaflywheelenergystoragesystemwereillustratedandconcurrentlydissociatedfromthoseofabatterysystem.Subsequently,thepowerandenergyrequirementsoftheprovidedCheryvehiclewereevaluatedfortheNEDC.Inthisprocess,itwasfoundo

6、utthataflywheelstoragewasneitherrequiredforloadlevellingduringaccelerationnorduringregenerativebraking,astheperformancecharacteristicsoftheinstalledBESSconsistentlybyfarexceededthepeakenergyrequirements.Followingup,aFBESSwasneverthelessdesignedinordertoexamineiftheregenerativeefficiencyofthe

7、Cheryvehiclecouldbetherebyenhanced.Inthecourseoftheflywheeldimensioningprocess,theloadpowerduringtheNEDCwasdividedintothefactorsbasepowerandpeakingpower.Theflywheelwasdesignedtoprovidethepeakingpowerduringaccelerationandtoabsorbthetotalavailablepow