加装超级电容纯电动汽车的性能分析

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1、万方数据第41卷第12期机械工程学报vol4】N0122005年12月CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERINGDec2oo5加装超级电容纯电动汽车的性能分析4王志福db京理工大学电动车辆工程技术巾心北京l00081)陈伟f比亚迪股份有限公司上海210016)叶辉萍史建军HB京理工大学电动车辆工程技术中心北京100081)摘要：建立了基于MATLAB／siⅢulink的加装辅助能源超级电容的电动车辆分析模型。通过cYc—c0NsT_45的仿真结果和实际运行结果比较，说明该模型的精度是可接受的。简要分析了多能源电动车辆的能源T作流程。通过车辆的动力性

2、能、经济性能，包括匀速、变速、频繁加速／减速等不同的方面的分析表明，装配超级电容能够改善电动车辆的性能．并可以适当地保护蓄电池组，延长电动车辆续驶里程。关键词：纯电动汽车超级电容仿真性能分析中图分类号：u4690前言电动汽车发展的主要问题就是续驶里程较短。传统的蓄电池(如铅酸电池)由于功率密度偏低，不能满足车辆的频繁的起步、加速和制动工况的要求，致使车辆的行驶里程也不能满足要求。加装超级电容的车辆就可以有效的解决这一问题，既可以提供较大的驱动电流，满足车辆行驶工况，又可以节省电池的能量，延长车辆的行驶里程，同时减少了蓄电池的频繁充放电的工作状态，提高了蓄电池的使用寿命。在理论上和

3、试验中对加装超级电容前后电动汽车的性能进行了比较，从而进行分析得出如下结论：在纯电动汽车中加装超级电容，是在现有的科技水平下，提高电动车辆行驶性能的有效途径之一。1多能源系统布局在目前电池技术没有重大突破的情况下，无论蓄电池、燃料电池、超级电容，还是超高速飞轮，任何单一能源都难以满足电动汽车行驶的能源需求，原因在于这些能量源都不能同时提供高比能量和高比功率，难于单独作电动汽车的能源。解决的途径之一为采用两种不同特性的能源系统，如图1·国家863计划资助项日(A2202501800)。20050106收到初稿20050621收到修改稿表示的具备超级电容和蓄电池的车辆布局结构，即一个

4、具有比较高的比能量，而另一个具有比较高的比功率。图1蓄电池和超级电容系统布局在不同的工作情况下，其能源的供给侧重是不同的，如图2所示。电动汽车在正常行驶条件下，高比能量的能源通过功率变换器向电动机供能。为了使高比功率的能源时刻都具有输出能力，在车辆轻载行驶条件下，由高比能量的能源向高比功率的能源供电；在车辆加速或爬坡行驶时，高比功率和高比能量的能源同时给电动机供电；当车辆制动或下坡时，电动机工作在发电机模式，再生能量通过功率变换器为高比功率能源充电，若高比功率的能源不能全部接受再生能量，剩余部分由高比能量的能源储存。j万方数据2005年12月王志福等：加装超级电容纯电动汽车的性能

5、分析正常行驶工I兄陌函孺丽订J加速、爬坡行驶1况制动、r坡行驶工况l一主能源输出功年l壹些!!量!!塑到⋯⋯卜辅助篚源功率2系统仿真软件2．1仿真模型对于本系统的仿真采用模块化的思想，这样方便修改模型。仿真模型是在MATLAB／SIMuLINK环境下建立的。整个系统仿真模型南城市工况模型、3软件仿真结果分析车辆模型、牵引电动机模型、能量管理控制系统模型、电池组模型和超级电容组模型及数据显示模块组成。如图3所示。本仿真软件以城市的驱动循环作为输入量来代表路面功率的需求。在各个部件模型问传递的是功率信号。在机械模块中转矩、转速的乘积是功率；在电气模块中功率的信号由电压和电流相乘所得。

6、功率沿车辆模型、牵引电动机模型、能量管理控制模型、电池组模型和超级电容组模型的传递过程即为后向仿真过程，反之则为前向仿真过程。2．2仿真软件的验证在利用本软件仿真分析时，在cYccONsT45(匀速22kⅡ此)工况下，能耗岛=O．81kw·h以(1n。而试验样车在城市大客车工况4(匀速22km／h)行驶，测得能耗鼠=0．92kw·M∞，两者的差额占实际测量值的12．7％。考虑到在实际测试中，电池还给车载辅助系统供能和仿真分析时的理想性，可以看出，编制的仿真程序是符合实际情况，其仿真精度也是在可允许范围内的。图3多能源系统电动车系统仿真框图超级电容吸收的能量占可再生能量的65％；在

7、不加装超级电容的情形下，由图5中可以看出，蓄电池对再生能量的吸收作用很小，故忽略不计。在本仿真模型中，路况为ADvIsOR中的cyc1015，平均速度为14】Okm，m．整个模型在锂离子蓄电池的初始荷电状态为05。cYc1015的行驶工况、蓄电池与超级电容的荷电状态变化均如图4a～4c所示。超级电容的初始荷电状态为03时的仿真结果如下图4b～4f所示。对图4d～4f进行积分，得到如表l的结果。3．1再生能量利用效率分析表1中的充电能量为功率曲线的下半部的积分，总线充电能量即为再生