超级电容对电动汽车加速性能的改善

1、超级电容对电动汽车加速性能的改善摘 要：电动汽车在加速和爬坡过程中，电池要被迫 大电流放电；频繁的承受大电流的冲击，将缩短了电池的寿 命。本文提出使用超级电容的方法，改善电动汽车得的加速 性能。并使用 Matlab 中的工具包 ADVISOR 对改进的电动汽 车做了仿真实验，对仿真结果进行了分析，验证了方案的可 行性。关键词：电动汽车；超级电容；加速性能； ADVISOR 中图分类号： U469.72 文献标识码： A 文章编号： 1671-2064（2017）08-0062-021 现有电动汽车动力电池的缺陷 锂电池具有技术成熟、成本低、能量密度大等优点。但 锂电池作为动力存在以下问题：比功

2、率低，不能瞬间大电流 输出，因而车辆加速、爬坡等动力性能受到严重影响。2 新的设计方案超级电容具有比功率高、 比能量大、 一次储能多等优点， 适合作为短时间的功率输出源，能够改善电动车起动、加速 和爬坡时动力不足的缺点。2.1 仿真模型的建立其中： P 是电动机的输出功率； U 是电动机的电压； I 是电动机的电流；是功率因数；电动机的效率。在电压和电动机一定时，要想改变电动机的功率，只有 改变电流的大小 I4 。2.2 超级电容的添加超?电容的模型如图 1 所示。为经过电容的电流；为流进理想电容的电流；为理想电 容； R1、 R2 为等效串联、并联电阻；为端电压。等效串联电阻 R1 模拟在充

3、放电时热损失和电压突变。 等效并联电阻 R2 一般很大，模拟自放电漏电损失 5 ，6。2.3 数据的计算电动汽车电池为200AH，放电倍率为3C,选取超级电 容为100F，额定充电电流 17A，最大放电电流 102A。在加 速过程中，电动机的输出功率可增大 17% ；减速过程中，超 级电容进行充电，充电电流为17A。即提高了加速和爬坡能力，又减小了对电池的冲击。3 仿真结果及分析基于 ADVISOR 的整车模型仿真。 ADVISOR 的仿真模 型主要包括循环工况模块、车辆模块、电源总线控制策略模 块和能量源等。 各模块通过 M 函数来控制其变化。 整车仿真 模型，如图 2。本文对原有的纯电动汽

4、车模型进行修改，增加超级电容 和控制环节。CYC_CHINA （中国道路工况）的总行程5.9km， 时间1315s,最大速度60.1km/h，平均速度16.15km/h，行驶 期间共计 14 次停车，锂电池系统 SOC 的初始值为 1 。电动 汽车参数：车重1630kg，迎风面积7.75m2，电动机额定电 压 316V ，额定功率 160KW ，电池单体 86 个，电池组电压 318.2V，最低电压 249.6V。选用120个电容。在该工况下， 相应电机的输出功率变化仿真如图 3 所示。从图 4、5 得知，使用超级电容后的电池最大电流由290A降为120A。距放电电流额定（200A ）有60%

5、的余量，能够 提高电动机的峰值功率，提高电动汽车的加速和爬坡性能。从图 6 汽车的速度变化曲线中可以看出，安装超级电容 与未安装超级电容加速到 40km/h 时，因所需的功率较小， 所需的时间相近； 在 40-60km/h 的过程中， 加速到同一速度， 安装超级电容后所用时间明显缩短，因为这期间需要较大的 功率，其增加的部分功率由超级电容提供。4 结语将超级电容作为辅助电源与锂电池组合成为复合电源， 充分发挥超级电容比功率高和锂电池比能量高的特点。在车 辆爬坡时，减小了动力电池的放电电流，保护了电池，延长 锂电池的使用寿命；增加了电动机的总输入电流，即增大了 电动机的峰值功率，增强了电动汽车的

6、加速和爬坡能力，实 现了电动汽车对能量和功率要求的分离。通过仿真实验分 析，验证了方案的可行性。参考文献1 Zoelch Ulrich.Schroder D.Optimization Method forRating the Components of a Hybrid Vehicle.EVS 14.1997.2 RahmanZ.ButlerK Lan dEhsaniM .A Comparison StudyBetween Two Parallel Hybrid Control Concepts.SAE 200001 0994.3 陈惠贤， 王上锋， 董新利 .基于 ADVISOR 的电动汽车 传动系统最优匹配的研究 J. 科学技术与工程 2010（ 2）： 559-561.4 白凤国，杨建国 .混合动力电动汽车电动机的仿真建模J. 交通科技， 2003，（4）： 78-80.5 陈磊，黄琦，张昌华 .考虑故障影响的电动汽车充电系 统控制策略的研究 J. 电力系统保护与控制， 2012，40（ 7）： 117-122.6 Stephane