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山东工业技术 2018,(02),39 DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.033

超级电容在电动汽车中的应用

单硕 尚鑫波

烟台大学机电汽车工程学院

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摘    要：

新能源汽车的发展成为世界性研究课题, 发展更优的储能系统成为研究的重点之一。本文用Matlab对蓄电池与超级电容混合电源混合电源储能系统进行仿真分析, 并对其控制策略优化, 从而得到更高的能量利用率并更高效的回馈能量。

关键词：蓄电池;超级电容;混合电源;新能源汽车;

作者简介：单硕, 男, 研究生, 研究方向:混合动力汽车、纯电动汽车及电能量变换和存储技术。;

基金：烟台大学研究生科技创新基金资助 (YDYB1719);

0 引言

目前, 蓄电池是电动汽车最常用的能量存储装置。在纯电动汽车上, 铅酸电池其比能量、深放电循环寿命、快速充电等方面均比镍氢电池、锂离子电池差^[1]。镍氢电池均匀性较差, 自放电率较高。锂离子蓄电池正极材料Li Co O2价格高, 且必须有特殊的保护电路^[2]。单一类型的储能方式, 很难同时满足所有工作特性。混合电源则可以发挥不同储能装置的优势, 是新能源汽车研究的方向之一^[3]。

本文用超级电容作为能量缓冲单元, 与蓄电池直接并联构成混合能源, 不但可以降低瞬时大功率需求时对蓄电池的冲击, 同时可以利用超级电容可以大电流充电的特性回馈能量。

1 电动汽车常规储能系统

电动汽车的常规储能系统的两种典型工作模式, 如图1、图2所示:

图1 常规动力装置纯电动工作模式   下载原图

图2 常规动力装置能量回馈工作模式   下载原图

电动汽车常规动力装置由蓄电池提供系统所需的全部能量, 并且在制动时可以回馈能量。这种常规的储能系统存在以下弊端:

(1) 当汽车处于加速或者需要瞬时大功率需求时, 蓄电池需要提供较大的供电电压, 会对供电系统造成损害。

(2) 当处于制动工况时, 功率变换器存在一定的变压比, 大大降低了能量的回收效率。

图3 混合电源结构   下载原图

2 超级电容混合储能系统

蓄电池与超级电容所组成的混合电源, 如图3所示, 由蓄电池与超级电容器组直接并联构成。由超级电容作为能量缓冲单元, 因其具有大电流充、放电特性, 所以可在瞬时大功率需求时提供大部分能量。而且在制动工况时, 可以将能量首选回馈到超级电容, 以获得更高的回馈效率。复合电源并联放电时, 其电流输出如图4所示:

图4 混合电源的负载及电源电流变化   下载原图

可以看出, 在需要瞬时大功率需求时, 超级电容几乎可以提供全部能量需求, 蓄电池能量输出量较小, 且能量变化相对缓和。

3 总结

超级电容与蓄电池组成的混合电源完全可以满足车辆行驶时的能量需求, 并且可以缓冲瞬时大功率对储能系统的冲击, 延长蓄电池的使用寿命。并且, 超级电容可以瞬时大电流充电, 能够更高效的回馈能量。

参考文献

[1] 闫金定.锂离子电池发展现状及其前景分析[J].航空学报, 2014 (10) :2767-2775.

[2] 金红基.分析车载蓄电池发展的新动向[J].农机使用与维修, 2014 (11) :68.

[3] 陈清泉.电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车的发展前景 (英文) [J].汽车安全与节能学报, 2011, 2 (01) :12-24.