“电能替代”是我国应对能源危机,促进能源结构改革,发展“新经济”的重大举措,随着能源结构的调整,构建绿色交通体系,推行新能源汽车已成为促进我国走上清洁发展之路的一个必选方案。电动汽车在这一时期得到迅猛发展,其领域内的电动教练车也备受关注。由于教练车工况复杂多变,使得负载功率波动范围大,电源需不断提供大电流以满足系统工作需求,但频繁大电流放电会严重影响铅酸动力电池的使用寿命和可放出容量,所以设计专属于教练车的复合储能管理系统具有现实意义。给动力电池单独供电的系统中匹配适当的起动电池,同时加入太阳能电池板在有光照时随车补充电量,通过DC/DC变换器限制动力电池的电流供给,实现不同工况下能量的合理分配,在满足教练车运行特性的前提下,保护动力电池不受大电流损害,增加电池的续航时间,延长其使用寿命。本文的主要研究内容如下:(1)电池充电特性及控制策略研究分析充电时铅酸电池的内部化学反应和性能特点,总结充电后期大电流充电及过充电对电池性能的损害,以0.1C和0.2C恒流对同一电池进行充电对比实验,证明电池充电电流应与其接受能力相匹配,据此设计了市电和太阳能充电控制电路及相关算法,使充电后期的电流为阶段式递减的恒流来保护电池。归纳了电池差异性产生的原因及危害,并设计旁路开关法实现电池组均衡充电。(2)电池放电特性与教练车能量需求分析分析放电深度和放电倍率对铅酸电池放电容量的影响及原因,得出结论为:本系统中动力电池最合适的放电深度为50%~80%,放电倍率为0.1~0.2C。通过随车测试总结出电动教练车不同工作状态下的能量需求表,所得数据表明:用动力电池单独驱动电机时,其一直处在40~60A大电流频繁放电状态。对比两种铅酸电池的特性,说明其协同供电的适配性,并根据拟定的训练时长,通过计算完成了电池选型。(3)复合储能系统总体方案设计基于所选电池和供能需求,设计三种能量源的连接方式,分为有光照和无光照两种情况,制定电动教练车不同工况下的能量供应方案,分析了Buck变换器的拓扑结构及原理,并建立动态数学模型,分别设计了系统中两个Buck变换器的PI闭环控制,采用电流闭环对动力电池输出限流,保护动力电池输出电流始终在15A以内,完成供能时的能量分配。(4)系统的软硬件设计和仿真实验依据选定方案,设计了储能管理系统的软硬件,硬件模块包括STM32控制电路、主电路、驱动电路、信号采样与调理电路、保护及辅助电源电路等。软件设计中选用STM32F103为控制芯片,设计了主程序及相应子程序。应用MATLAB/Simulink软件对不同工作状态下的控制策略进行验证,并基于软硬件设计,针对不同运行状态进行实验。仿真和实验结果均表明,本设计可使动力电池的最大放电电流降为原来的25%,教练车的续航时间增加2.5小时以上,可延长电池使用寿命。