复合电源汽研讲解.

1、文档结构 1、简介 2、电源特性对比分析 3、电源性能要求及电容对各部件的影响 4、复合电源设计及优化 5、结论及展望 6、管理系统HEV车载电源性能要求 a、大功率、高效充放电能力； b、使用寿命要长； c、容量衰减小； d、低温特性好。 HEV能量、功率、寿命能量、功率、寿命P/E100镍氢电池储能原理图图 镍氢电池工作原理示意图镍氢电池工作原理示意图 性能电池种类比能量Wh/kg能量密度Wh/L比功率w/kg循环寿命（次）价格（相对）商品化程度铅酸镍氢锂离子3560-7090-13090130-170140-200150150-300250-450500600-1200800-12001

2、004001000大量生产较大批量试生产表1 混合动力汽车车载蓄电池性能对比 电池的温度从零上电池的温度从零上27度降低到度降低到零下零下40度时，电池实际的容量度时，电池实际的容量将会减少到原来的将会减少到原来的1/3 现有电池性能对比不同放电倍率下电池可用容量对比不同放电倍率下电池可用容量对比高比功率镍氢电池高比功率镍氢电池P/E也仅有也仅有16.9性能参数Lead-AcidNiMH Li-Ion 电动汽车 Li-Ion 混合动力汽车超级电容P/E62.7736700超级电容储能原理电容特性及复合系统结构电容放电电压特性曲线电容放电电压特性曲线电池电池超级电容混合结构示意图超级电容混合结构

3、示意图电池放电电压特性曲线电池放电电压特性曲线DC/DC布局形式图图2 2 功率转换器功率转换器DC/DCDC/DC主主回路拓扑回路拓扑图图2 DC/DC 变化器的效率变化器的效率图图2 buck/boost型转换器型转换器关注点：关注点：1、重量、体积；、重量、体积；2、效率、响应时间；、效率、响应时间；3、成本；、成本；4、可靠性。、可靠性。性能（额定功率点）性能（额定功率点）1、质量比功率、质量比功率 0.65kw/kg2、体积比功率、体积比功率 1.0kw/l；3、效率、效率96%；4、400元元/kw；5、5000小时无故障运行。小时无故障运行。 超级电容P/E500（比功率2500

4、w/kg，比能量5wh/kg） 电容的加入可以有效地削减发动机以及车载蓄电池的工作负荷，其表现为：1、发动机可以downsize，即减小峰值功率；2、发动机输出可以不必跟随道路阻力变化，而仅提供一段时间内的平均功率输出；3、蓄电池只需提供电系统平均功率输出，不足的功率需求则由超级电容提供，蓄电池寿命得以延长，电源工作效率得以提高。 复合电源混合动力汽车研究的意义整车驱动功率需求发动机蓄电池超级电容电池平均电功率 电容峰值电功率电容为电池“削峰填谷”设计意义设计意义电池模型电池内阻模型 电池RC模型 电池Rint模型和RC模型开路电压预测精度比较 电池Rint模型和RC模型15个循环后 soc预

5、测精度比较PNGV模型和神经网络模型研究不多 电容建模及验证 图6 超级电容2支路等效模型 （a）2支路模型 （b）简化模型 超级电容器组装示意图复合电源布局形式复合电源布局形式整车设计目标整车设计目标I、电池工作负荷减缓、电容削峰填谷作用明显；、电池工作负荷减缓、电容削峰填谷作用明显；II、动力性不变、整车燃油经济性提高、动力性不变、整车燃油经济性提高5%以上；以上；III、系统、系统10年全寿命使用费用最少，其中包括初始年全寿命使用费用最少，其中包括初始造价及整个寿命期间的使用费用造价及整个寿命期间的使用费用 。复合电源的控制 1、如果 Pm0，并且电容没有过充，则Pbat=0； 2、否则

6、如果 Pm Pbat_max，并且电容没有过放，则Pbat=Pfilter、Pscap=Pm-Pfilter； 3、否则 Pbat=Pm； 4、电容电量不足时，电池放电为电容充电，Pbat =Pchg+Pbat。其中：Pbat_max代表电池的最大放电功率； Pfilter滤波功率mm11tttfilterLPloadPPHPePee复合电源参数匹配整车性能指标整车性能指标整车最高车速80km/h060km/h加速性能/s25%在4%的坡度上持续爬坡速度40 km/h整车参数整车参数整车质量15000kg迎风面积6.500 m2车轮半径0.509m滚阻系数0.015空阻系数0.65传动系平均效

7、率0.85整车匹配形式140kw发动机+60kw电机+120节27Ah镍氢电池功率210kw，重300kg循环数据统计北京循环上海循环长春循环正能量要求（kJ）1620.717599.22169.01负能量要求（kJ）-5305.96-25698.5-6448.82正功率要求时间（s）1861427396负功率要求时间（s）11882955923平均正功率要求（kW） 8.713212.3335.4773平均负功率要求（kW） -4.4663-8.6966-6.9868约束条件11221122DC1112221112221122_minGBN BBB336300dcssssbatNMNMGNN

8、MPNMPPNMENM EEN VVNVVV重量约束体积约束功率约束能量约束电池电压等级电容电压节数单节质量单节电压比功率比能量电池N1M1V1Ps1Es1电容N2M2V2Ps2Es2匹配结果1600F2000F2400F12 Ah24.223.623.415 Ah23.122.822.718 Ah23.022.622.4原车27Ah24.5beijing工况仿真结果（L/100km） 设计目标是设计目标是23.275L/100km结论：结论：15Ah以上配置的各种组合油耗可以提高以上配置的各种组合油耗可以提高5%以上以上 参数优化( 1,2, )ZZ NNtZZ初始使用优化目标优化目标:全寿

9、命使用费用全寿命使用费用初始成本初始成本(万万)10年年100万公里全寿命使用费用万公里全寿命使用费用1600F1600F2000F2000F2400F2400F12Ah12Ah10.41510.41510.8810.8811.3511.3515Ah15Ah11.2311.2311.6911.6912.1612.1618Ah18Ah12.0312.0312.49812.49812.96812.968原车原车27Ah27Ah电池组电池组7.257.2516001600200020002400240012 Ah12 Ah122.65 120.575 120.3 15 Ah15 Ah119.314

10、118.589 118.7918 Ah18 Ah120.475 119.3 119.02 27Ah27Ah电池电池132 电池电池800元元/kwh；电容；电容150元元/Wh ；DC/DC400元元/kw 优化结果性能对比27Ah单一电池组复合系统对比结果燃油经济性（l/100km）24.523.1提高5.714%0-60km/h加速性能（s）21.720.6提高5.34%最高车速（km/h） 8080系统重量（kg）300263.5减轻36.5系统体积（m3）0.45110.3118减小30.88%系统效率85%89%提高4.7%制动能量回收效能7.68%9.34%提高21.6%系统初始造

11、价（万）7.257611.227增加4全寿命使用费用（万）46.23738.36降低7.877Beijing仿真 a b beijing循环中电池、电容的工作历程 a、电池的电量soc、电流以及电压 b、电容的电量soc、电流以及电压 复合电源HEV中，电池的最大充放电电流仅为-83A和 50A。而同样工况时，单一电池HEV的电池组最大充放电电流会达到-120A及170A，证明电容对电池起到了削峰填谷的作用 结论 研究了各电源的特性，探讨了适合复合电源应用的布局形式； 依设计目标进行了参数匹配，制定了控制策略，在beijing循环下以全寿命使用费用最少为优化目标进行了参数优化； 与原车电源对比

12、表明，复合系统在初始造价增加不多的情况下，电容为电池削峰填谷作用明显，系统的重量、体积略有下降，全寿命使用费用大幅度减少，制动能量回收效能亦有增加，并定量地给出了对比结果 电池-电容复合电源42V复合电源样机开发电池-电容复合电源42V复合电源样机原型电池-电容复合电源 五、实验结果制动功率回馈滤波功率放电放电复合电源需作工作 1、设计理论 2、控制技术 3、评价准则管理系统 功能：1、监控电池的电压、电流，防止电池过充和过放；2、对电池各种失效形式提前预判；3、事故时切断高压电；4、实现快速充电和均衡充电；5、向整车控制器上传soc和电池健康度。硬件需求1、精确检测电池电压、电流；2、对电流积分；3、时间积分；4、温度测量；电池soc预估 方法：1、开路电压法；2、Ah积分法；