【正文】 析；實(shí)驗(yàn)不消耗實(shí)際的電器件，實(shí)驗(yàn)所需的電器件的種類和數(shù)量不受限制，實(shí)驗(yàn)成本低，實(shí)驗(yàn)速度快，效率高；設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)成功的電路可以直接在產(chǎn)品中使用。缺點(diǎn):(a) 開關(guān)管的壓降或驅(qū)動(dòng)脈沖的不對(duì)稱，會(huì)引起變壓器鐵心的偏磁；(b)相當(dāng)于兩個(gè)功率管串聯(lián)使用，導(dǎo)通損耗大；(c)存在功率管直通問題。當(dāng)開關(guān)管S開通時(shí)，Ui通過S與L向電容C和負(fù)載R充電；當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電感L續(xù)流，逐漸降低，電容的電流將由正逐漸降為零，并變?yōu)樨?fù)向，向負(fù)載充電。所以，DC/DC變換器，亦稱為直流斬波器，將一種幅值的直流電壓變換成另一幅值固定或大小可調(diào)的直流電壓的過程稱為直流直流電壓變換。在開關(guān)換流時(shí)，利用電感與電流的諧振迫使開關(guān)上的電流或電壓下降為零。 PWM型DCDC變換器通常需要對(duì)被控輸出變量采用閉環(huán)控制，以使變換器對(duì)輸入電壓變化或輸出負(fù)載電流變化能及時(shí)調(diào)節(jié)，并具有期望的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。這使得在大電流場(chǎng)合時(shí)常用IGBT來代替MOS管。由于超級(jí)電容和蓄電池充放電特性不同，超級(jí)電容的工作電壓變化較大，需要DC/DC 變換器與蓄電池連接，保證蓄電池和超級(jí)電容能夠在電壓不同的情況下，可以有效的進(jìn)行能量流動(dòng)，從而最大限度的發(fā)揮復(fù)合電源的優(yōu)勢(shì)。壽命終了的標(biāo)準(zhǔn)為：電容量低于額定容量20%。(8) 阻抗頻率特性　　 超級(jí)電容器的阻抗頻率特性如圖7，相對(duì)較大的是ESR造成平坦底部的原因，超級(jí)電容器的頻率特性是電容器中頻率特性最差的。 ⑦.等效串聯(lián)電阻ESR相對(duì)常規(guī)電容器大（10F/）。超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的原理框圖如圖4所示。超級(jí)電容器徹底免維護(hù)，工作溫度范圍寬(一40℃～+70～℃)，容量變化??；鉛酸電池電動(dòng)車在一0℃時(shí)，續(xù)駛里程減少90％，而超級(jí)電容器只減少10％。超級(jí)電容器車用貯電裝置的優(yōu)點(diǎn)是超級(jí)電容器是綠色能源不會(huì)污染環(huán)境，普通化學(xué)電池對(duì)環(huán)境有2次污染。對(duì)于雙電層型超級(jí)電容器，電荷存儲(chǔ)是非法拉第過程，即理想的沒有發(fā)生通過電極界面的電子遷移，電荷和能量的存儲(chǔ)是靜電性的。由于贗電容不僅發(fā)生在表面，而且可以深入內(nèi)部，因而可獲得比雙電層電容更高的電容量和能量密度。根據(jù)電化學(xué)電容器儲(chǔ)存電能的機(jī)理的不同，可以將它分為雙電層電容器，(EDLC）和贗電容器（Pesudo capaeitor）。電容組中電容數(shù)600個(gè),最大工作電壓320v,最小工作電壓160V,。煤礦的采煤車、運(yùn)輸車上；學(xué)校和幼兒園的送餐車上；公園的游覽車上；城市的電動(dòng)自行車、電動(dòng)公交車上。Maxwell公司和Exide公司正聯(lián)合開發(fā)這一組合系統(tǒng),用于卡車低溫起動(dòng)、中型和重型卡車、陸上和地下的軍用車,它在大電流以及高低溫條件下工作,都會(huì)有很長的壽命[4]。 由Maxwell Technologies公司生產(chǎn)的Powe:Cache超級(jí)電容器,已由通用汽車公司Allison Transmission Division組成并聯(lián)混合電源系統(tǒng)和串聯(lián)電源系統(tǒng)用在卡車和轎車上。圖(b)所示為韓國的一款以超級(jí)電容器為輔助能源的并聯(lián)型混合電動(dòng)汽車,它所采用的電機(jī)是無刷直流電機(jī),車空載質(zhì)量為1200kg,其中,超級(jí)電容器組質(zhì)量為60kg,如圖(a)所示。 2010世博會(huì)上出現(xiàn)了一批新穎的電動(dòng)汽車，鋰電池加超級(jí)電容的復(fù)合電源系統(tǒng)為動(dòng)力，超級(jí)電容和鋰電池相結(jié)合，可以行駛200公里以上。三菱公司的“iMiEV”、日產(chǎn)汽車公司的“Leaf”純電動(dòng)汽車等先后研制成功并投放市場(chǎng)。但因早期電池的比能量、比功率及可靠性等方面問題較多，純電動(dòng)汽車的性能遠(yuǎn)不及內(nèi)燃機(jī)汽車，電動(dòng)汽車始終沒有市場(chǎng)化。動(dòng)力蓄電池是現(xiàn)階段電動(dòng)車輛能量源的主要選擇，但蓄電池存在功率密度偏低，大電流放電會(huì)損傷電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)，縮短電池的使用壽命等問題。關(guān)鍵詞: 電動(dòng)汽車組成 關(guān)鍵技術(shù) 控制器 電路分析 75 / 79ABSTRACTPure electric vehicle is a new energy vehicle, with good prospects for development. Vehicle controller as One of the key technologies of pure electric vehicle research has been widely emphasized by the new energy automobile industry.. DevelopThe vehicle controller with independentintellectual property rights has important significance.. The energy management strategy can be effective and reliableTo effectively use the energy of the power battery pack, improve the pure electric vehicle continued mileage. In the domestic and international vehicleBased on the research of the controller, the research on the effective control of braking energy feedback and the vehicle controller is studied..目錄 1 選題背景 1 純電動(dòng)汽車發(fā)展歷程簡(jiǎn)介 2 電動(dòng)汽車電源系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 3 9 超級(jí)電容器結(jié)構(gòu) 9 工作原理及超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng) 13 超級(jí)電容器的主要特點(diǎn) 14 超級(jí)電容器的參數(shù)特性 16 20 元器件及選擇 21 基本的直流變換器 23 27 27 超級(jí)電容的等效電路 29 超級(jí)電容的數(shù)學(xué)模型 32 超級(jí)電容的simulink 模型與仿真 33 Boost電路的建模與仿真 36 40參考文獻(xiàn) 41致謝辭 42附錄 44 汽車自誕生起已有一百多年歷史，從生產(chǎn)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益等方面來看，都取得了巨大的成就。電動(dòng)汽車應(yīng)運(yùn)而生，取代了傳統(tǒng)的汽油為燃料的汽車。本文介紹了純電動(dòng)汽車的歷史和發(fā)展?fàn)顩r，綜述了純電動(dòng)汽車研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，包括控制器、動(dòng)力型鏗電池技術(shù)、能量管理系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、整車通信網(wǎng)絡(luò)等。有限的石油資源以及日益惡化的環(huán)境等問題，迫使汽車工業(yè)必須尋求更加節(jié)能的新能源汽車，以減少對(duì)石油的過度消耗和對(duì)環(huán)境的污染，保證汽車工業(yè)的長期穩(wěn)定發(fā)展。超級(jí)電容是近年來新發(fā)展起來的一種儲(chǔ)能元件，具有比功率高和充放電壽命長等優(yōu)點(diǎn)，適合于作為短時(shí)間的功率輸出源，可以在電動(dòng)車輛起動(dòng)、加速、爬坡時(shí)大功率放電，在車輛下坡制動(dòng)時(shí)迅速吸收制動(dòng)能量。加利福尼亞正準(zhǔn)備建造電動(dòng)汽車充電網(wǎng)絡(luò)，一旦建成，電動(dòng)汽車的使用將變得非常方便和實(shí)用。 吉林大學(xué)將鎳氫電池和超級(jí)電容組合，搭建了復(fù)合電源試驗(yàn)臺(tái)架，并對(duì)復(fù)合電源的參數(shù)匹配理論以及控制策略進(jìn)行了仿真研究。 在日本，Chugoku 電力公司和豐田公司研發(fā)中心合作在馬自達(dá)Bongo Friend車型上安裝由閥控鉛酸蓄電池和超級(jí)電容組成的復(fù)合電源，該復(fù)合電源使用402 的松下超級(jí)電容（1600F）。表1 超級(jí)電容器組規(guī)格體積/L質(zhì)量/kg最高電壓/V216最大功率/kw28能量/wh80單元數(shù)/個(gè)80 美國Maxen公司所開發(fā)的超級(jí)電容器已在各種類型電動(dòng)車上都得到良好應(yīng)用。單個(gè)貯能堆可以貯存或釋放150kw的電力,雙聯(lián)體達(dá)到3ookw,完全滿足了大塾汽車或卡車加速時(shí)的需求。 單純用超級(jí)電容器來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車,這個(gè)方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用、成本低,而且實(shí)現(xiàn)了車輛尾氣的零排放?？梢越⒊?jí)電容器電動(dòng)公交車專線,在線路兩端設(shè)立充電站,每臺(tái)充電站可以同時(shí)給3一5輛超級(jí)電容器電動(dòng)公家車充電,充電時(shí)間約在15一30min。 (5)續(xù)駛里程短,超級(jí)電容器比能量低,導(dǎo)致超級(jí)電容電動(dòng)公交車?yán)m(xù)駛里程較短,一般為2030km。雙電層電容器電極通常由具有高比表面積的多孔碳材料組成。圖1　超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)框圖 由圖（1）中可見，其多孔化電極是使用多孔性的活性碳，活性炭有極大的表面積在電解液中吸附著電荷，因而將具有極大的電容量并可以存儲(chǔ)很大的靜電能量，超級(jí)電容器的這一特性是介于傳統(tǒng)的電容器與電池之間。這種能量的存儲(chǔ)是間接的。超級(jí)電容(edlc)是在高度多孔狀電極與束縛態(tài)電解質(zhì)的接觸表面所特定的雙電層來實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能的，傳統(tǒng)電容通常是通過平板電極所帶相異電荷來實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能。由于隨著超級(jí)電容器放電 ，正、負(fù)極板上的電荷被外電路泄放，電解液的界面上的電荷響應(yīng)減少。 ④.可以數(shù)十秒到書分鐘內(nèi)快速充電，而蓄電池再如此短的時(shí)間內(nèi)充滿電將是極危險(xiǎn)的或幾乎不可能。(7)等效串聯(lián)電阻　　測(cè)試條件：規(guī)定的恒定電流（如1 000F以上的超級(jí)電容器規(guī)定的充電電流為100A，200F以下的為3A）和規(guī)定的頻率（DC和大容量的100Hz或小容量的KHz）下的等效串聯(lián)電阻。壽命終了的標(biāo)準(zhǔn)為：電容量低于額定容量20%。由于超級(jí)電容器的（ESR）較大，因此在同樣紋波電流條件下發(fā)熱量比一般電容器大。為了減小以致消除這種損耗，功率場(chǎng)效應(yīng)管宜采用零電壓開通方式(ZVS)。因而體積大大縮小，相當(dāng)于常規(guī)變壓器的20%；效率高，通常為97%~99%；工作頻率高，從50kHz到 2MHz；低漏感、低電磁干擾等。 所謂硬開關(guān)技術(shù)，是指開關(guān)管上的電壓(或電流)不為零時(shí)，強(qiáng)迫開關(guān)管開啟(或關(guān)斷)，這時(shí)開關(guān)管電壓下降(或上升)和電流下降(或上升)有一個(gè)交疊過程，從而導(dǎo)致管子在開關(guān)過程中產(chǎn)生開關(guān)損耗，而且這種開關(guān)損耗與開關(guān)頻率成正比。直流開關(guān)電源的軟開關(guān)技術(shù)一般可分為：全諧振型變換器、準(zhǔn)諧振變換器和多諧振變換器、零開關(guān)PWM變換器、零轉(zhuǎn)換PWM變換器。隔離型包括正激、反激、推挽、半橋、全橋型變換器。半橋電路相對(duì)于單端正激電路而言，開關(guān)管電壓應(yīng)力減小為輸入電壓Ui，變壓器磁芯利用率提高了一倍。無論對(duì)哪種器件哪些電路進(jìn)行仿真，包括絕緣柵雙極晶體管、脈寬調(diào)制電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)/模轉(zhuǎn)換等，都可以得到精確的仿真結(jié)果，另外還可以自己編輯元器件。 從上面的介紹中可以看出，對(duì)DC/DC變換器建模有不同的方法。它與工作電流和工作溫度有關(guān)，即 （9）具體函數(shù)可以通過交流恒流充電法測(cè)得： （10）其中 ——交流充電時(shí)的壓降，——交流充電電流。模型輸出的電壓值、SOC 值和電流值變化曲線如圖4圖44和圖45所示[12]。圖47 時(shí)的輸出電壓波形圖48 時(shí)的輸出電壓波形圖49 時(shí)的輸出電壓波形圖410 時(shí)的紋波電壓波形 圖411 時(shí)的紋波電壓波形圖412 時(shí)的紋波電壓波形 由圖4449可以看出，電池的輸出電壓得到了提高，在4ms后達(dá)到穩(wěn)定，維持在375V左右，達(dá)到了將85~120V的輸入電壓升壓為375V的輸出電壓的預(yù)期目標(biāo)。這也意味著充電樁建設(shè)將放開，即國家電網(wǎng)公司明確支持社會(huì)資本參與慢充、快充等各類電動(dòng)汽車充換電設(shè)施市場(chǎng)。在做論文的過程中，周老師悉心指導(dǎo)、循循善誘，一步步地啟發(fā)我的思路，而且不辭辛勞，幫助我解決了一些遇到的困難，每次都使我有很大的收獲。附錄Modeling and simulation of electric vehicle power system with multiplex power supplyM. Hinaje, I. Sadli, . Martin, P. Thounthong, S. Ra235。 Demand for the overall power of the energy storage system (3) electric vehicles (average) power demand is not high. As a result, the performance of pure electric vehicles to the energy storage system has the following special requirements: in order to ensure a better life for pure electric vehicles, energy storage system must have a high energy density characteristics。 energy management。周老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的治學(xué)作風(fēng)是我學(xué)習(xí)的楷模，同時(shí)我對(duì)周老師誨人不倦的工作作風(fēng)表示誠摯的敬意。充電樁的廣泛建設(shè)使電動(dòng)汽車的續(xù)航能力得到加強(qiáng)，也就有了廣闊的市場(chǎng)前景，對(duì)電動(dòng)汽車的研究也就有了十分重要的意義。. 利用Multisim軟件我們建立了與實(shí)際電路相仿的模型，并得到了初步的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。由圖43可以看出，超級(jí)電容的SOC 值隨著放電下降，隨著充電上升，其近似于呈線性關(guān)系， SOC 由初始的0．8 降到0．25 左右，由于超級(jí)電容的內(nèi)阻存在阻耗，SOC 值最終回到0．75 附近。充電效率定義為超級(jí)電容儲(chǔ)存能量與充入能量之比，即： （12）其中U、分別為超級(jí)電容充電時(shí)起始和截止電壓。4．2 超級(jí)電容的等效電路 如圖42 所示，超級(jí)電容可以等效為一個(gè)理想電容器C 和較小阻值的電阻（等效串聯(lián)阻抗）串聯(lián)，同時(shí)與一個(gè)較大阻值的電阻（等效并聯(lián)阻抗）并聯(lián)。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。圖3 3半橋電路 圖24，全橋電路的優(yōu)點(diǎn):(a) 主功率管電壓應(yīng)力較小，為輸入電壓； (b)相同的功率等級(jí)流過功率管的電流是半橋電路的一半； (c)變壓器磁芯利用率高。 非隔離型變換器 圖31中