超级电容对电动汽车加速性能的改善
2017-05-20刘永朱元培
刘永 朱元培
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)08-0062-02
1 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I[4]。
2.2 超级电容的添加
超級电容的模型如图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%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
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