1 介紹 電動(dòng)汽車發(fā)展到今天，主要的瓶頸就是蓄電池的問題。傳統(tǒng)的蓄電池（如鉛酸電池）由于功率密度偏低，不能滿足車輛的頻繁地起步、加速和制動(dòng)工況的要求，而且由于加速時(shí)浪費(fèi)了過多的能量，致使車輛的行駛里程也不能滿足要求。加裝超級(jí)電容的車輛就可以有效的解決這一問題，即可以提供較大的驅(qū)動(dòng)電流，滿足車輛行駛工況；又可以節(jié)省電池的能量，延長(zhǎng)車輛的行駛里程，同時(shí)減少了蓄電池的頻繁充放電的工作狀態(tài)，提高了蓄電池的使用壽命。但前提是有一套行之有效的控制理論，可以使電容與蓄電池匹配工作。在本文中作者給出了一種行之有效的方案布局，并初步解決了蓄電池和超級(jí)電容的匹配工作的問題。其中蓄電池為鉛酸蓄電池，共有108 塊串聯(lián)，單體電壓為4.25 V，總電壓為459V。超級(jí)電容工作電壓為380～190V，可釋放能量為1kW•h，總重量約320kg。 2 系統(tǒng)布局 　　本文中蓄電池和超級(jí)電容采用如下布局： [align=center] 圖 1[/align] 超級(jí)電容和基本能量源——蓄電池采用并聯(lián)的連接方式。電容在正常行駛的時(shí)候，不參與工作；但當(dāng)車輛進(jìn)行加速或上坡時(shí)，電容通過DC/DC 變換器的控制提供短期的大電流，不足的部分與電池共給，兩者在經(jīng)過電機(jī)控制器的調(diào)控，驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛。 3 超級(jí)電容和DC/DC 變換器系統(tǒng) 本課題中采用的超級(jí)電容為4 個(gè)箱體，每個(gè)箱體有68 個(gè)單元，工作電壓為380～190V，總的重量達(dá)約為320kg，單體電壓為1.39V，電容為18000F，圖2 為超級(jí)電容的布置圖。 [align=center] 圖 2[/align] DC/DC 變換器與蓄電池的連接如圖3 所示: [align=center] 圖 3 [/align] DC/DC 變換器為升降壓型，即：當(dāng)電容的電壓低于蓄電池的端電壓時(shí)， DC/DC 變換器通過工作電路抬升輸出電壓，使電容和蓄電池符合匹配工作條件。同時(shí)，當(dāng)電容的容量不足時(shí)，蓄電池會(huì)向超級(jí)電容進(jìn)行充電,經(jīng)過DC-DC 變換器的降壓電路使得超級(jí)電容達(dá)到能量飽和狀態(tài)。 在升壓模式中，當(dāng)SW1 在控制周期內(nèi)開關(guān)時(shí)，可以從超級(jí)電容到電池組輸出端傳輸所需的能量。當(dāng)SW1 開的時(shí)候，能量從電容中取出來，存儲(chǔ)在電感L 中，SW1 斷開的時(shí)候，電感中的能量通過D2 傳送到電容C 中，直至到電池輸出端。 在降壓模式中，當(dāng)SW2 開通的時(shí)候，能量從電池組中通過電感L 流向電容，電感儲(chǔ)存部分能量，當(dāng)SW2 關(guān)斷的時(shí)候，電感中的能量L 被傳送到電容中去了。 下面表1 和圖4 為帶DC/DC 的超級(jí)電容的充、放電輸出特性。 [align=center] 表1[/align] [align=center] 圖4[/align] 4 控制策略 為了實(shí)現(xiàn)前面所述的目標(biāo)，關(guān)鍵是對(duì)超級(jí)電容的控制。而控制策略嚴(yán)重依靠超級(jí)電容的尺寸。擁有大的容量，車輛可以以恒定的電池電流行駛（平均電流），在此狀況下，電容承擔(dān)所有的電流偏差（正的或負(fù)的）。但這樣的話，成本會(huì)很高的，所以電容應(yīng)該盡可能的小一些，同時(shí)應(yīng)當(dāng)足夠大以避免蓄電池出現(xiàn)過高的（或過低的）電壓和電流。 考慮到電容的成本，總的電容（法拉）必須做到最小，因而需要更加復(fù)雜的控制策略。每一個(gè)參數(shù)——瞬時(shí)蓄電池電壓、電池荷電狀態(tài)、瞬時(shí)蓄電池電流、電容初始狀態(tài)，電容電流均需測(cè)量。車速也必須加以測(cè)量，因?yàn)楫?dāng)車輛開始起步時(shí)，電容的能量應(yīng)當(dāng)處于充盈狀態(tài)。同理，當(dāng)車輛在高速行駛的時(shí)候，電容應(yīng)當(dāng)是空的，以接受突然制動(dòng)所產(chǎn)生的再生制動(dòng)能量。車輛在中速行駛的時(shí)候，電容處于一種可充電、可放電狀態(tài)。 監(jiān)控蓄電池的荷電狀態(tài)，為了確定更有效的控制策略。當(dāng)電池是充盈狀態(tài)時(shí)，其實(shí)不能被充電的，所以超級(jí)電容必須有一部分是空的（即有一部分電容要進(jìn)行放電），反之，當(dāng)電池的荷電狀態(tài)偏低，電容的能量應(yīng)該較一般情況下稍高一些。 監(jiān)控蓄電池的瞬時(shí)電壓，為了確定DC/DC 變換器在何種狀態(tài)下工作。當(dāng)蓄電池上升很快，DC/DC 變換器在降壓狀態(tài)下工作，電容接受一部分給定的能量，此時(shí)車輛正在減速或下坡。如前所述，此時(shí)電容應(yīng)當(dāng)處于可充電狀態(tài)。反之，當(dāng)蓄電池電壓下降很快，DC/DC 變換器在升壓狀態(tài)下工作，此時(shí)車輛正在加速或上坡，電容中的能量被釋放出來，電容處于可放電狀態(tài)，同時(shí)若蓄電池的荷電狀態(tài)偏低，電容的能量應(yīng)當(dāng)較一般情況下偏高。 請(qǐng)登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng) 瀏覽更多信息 5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 在加裝了超級(jí)電容的車輛上，進(jìn)行了一系列試驗(yàn)測(cè)試，如前所述，超級(jí)電容之所以加裝，是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的蓄電池（如鉛酸電池）由于功率密度偏低，不能滿足車輛的頻繁地起步、加速和制動(dòng)工況的要求，而且由于加速時(shí)浪費(fèi)了過多的能量，致使車輛的行駛里程也不能滿足要求。加裝超級(jí)電容的車輛就可以有效的解決這一問題，即可以提供較大的驅(qū)動(dòng)電流，滿足車輛行駛工況；又可以節(jié)省電池的能量，延長(zhǎng)車輛的行駛里程，同時(shí)減少了蓄電池的頻繁充放電的工作狀態(tài)，提高了蓄電池的使用壽命。 在車輛由靜止?fàn)顟B(tài)加速到80km/h 時(shí)候，有無超級(jí)電容工作的工況下，其加速時(shí)間和加速距離見下表2和圖5。 [align=center] 表2 [/align] [align=center] 圖5[/align] 6 結(jié)論 適合電動(dòng)車輛的超級(jí)電容已經(jīng)有初步規(guī)模了。加裝了這種電容的車輛可以比不加裝電容的車輛擁有較好的加速性，并且在復(fù)雜的工況下，可以大大改善蓄電池的狀態(tài)，增加續(xù)駛里程。本文中所提及的布局設(shè)計(jì)，已經(jīng)被應(yīng)用到BFC6110 型豪華電動(dòng)旅游車上。本文所用的數(shù)據(jù)均取自此型號(hào)車輛的測(cè)試實(shí)驗(yàn)