超級電容對電動汽車加速性能的改善

劉永　朱元培

摘 要：電動汽車在加速和爬坡過程中，電池要被迫大電流放電；頻繁的承受大電流的沖擊，將縮短了電池的壽命。本文提出使用超級電容的方法，改善電動汽車得的加速性能。并使用Matlab中的工具包ADVISOR對改進的電動汽車做了仿真實驗，對仿真結果進行了分析，驗證了方案的可行性。

關鍵詞：電動汽車；超級電容；加速性能；ADVISOR

中圖分類號：U469.72 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）08-0062-02

1 現有電動汽車動力電池的缺陷

鋰電池具有技術成熟、成本低、能量密度大等優點。但鋰電池作為動力存在以下問題：比功率低，不能瞬間大電流輸出，因而車輛加速、爬坡等動力性能受到嚴重影響。

2 新的設計方案

超級電容具有比功率高、比能量大、一次儲能多等優點，適合作為短時間的功率輸出源，能夠改善電動車起動、加速和爬坡時動力不足的缺點。

2.1 仿真模型的建立

其中：P是電動機的輸出功率；U是電動機的電壓；I是電動機的電流；是功率因數；電動機的效率。

在電壓和電動機一定時，要想改變電動機的功率，只有改變電流的大小I[4]。

2.2 超級電容的添加

超級電容的模型如圖1所示。

為經過電容的電流；為流進理想電容的電流；為理想電容；R1、R2為等效串聯、并聯電阻；為端電壓。

等效串聯電阻R1模擬在充放電時熱損失和電壓突變。等效并聯電阻R2一般很大，模擬自放電漏電損失[5，6]。

2.3 數據的計算

電動汽車電池為200AH，放電倍率為3C，選取超級電容為100F，額定充電電流17A，最大放電電流102A。在加速過程中，電動機的輸出功率可增大17%；減速過程中，超級電容進行充電，充電電流為17A。即提高了加速和爬坡能力，又減小了對電池的沖擊。

3 仿真結果及分析

基于ADVISOR的整車模型仿真。ADVISOR的仿真模型主要包括循環工況模塊、車輛模塊、電源總線控制策略模塊和能量源等。各模塊通過M函數來控制其變化。整車仿真模型，如圖2。

本文對原有的純電動汽車模型進行修改，增加超級電容和控制環節。CYC_CHINA（中國道路工況）的總行程5.9km，時間1315s，最大速度60.1km/h，平均速度16.15km/h，行駛期間共計14次停車，鋰電池系統SOC的初始值為1。電動汽車參數：車重1630kg，迎風面積7.75m2，電動機額定電壓316V，額定功率160KW，電池單體86個，電池組電壓318.2V，最低電壓249.6V。選用120個電容。

在該工況下，相應電機的輸出功率變化仿真如圖3所示。

從圖4、5得知，使用超級電容后的電池最大電流由290A降為120A。距放電電流額定（200A）有60%的余量，能夠提高電動機的峰值功率，提高電動汽車的加速和爬坡性能。

從圖6汽車的速度變化曲線中可以看出，安裝超級電容與未安裝超級電容加速到40km/h時，因所需的功率較小，所需的時間相近；在40-60km/h的過程中，加速到同一速度，安裝超級電容后所用時間明顯縮短，因為這期間需要較大的功率，其增加的部分功率由超級電容提供。

4 結語

將超級電容作為輔助電源與鋰電池組合成為復合電源，充分發揮超級電容比功率高和鋰電池比能量高的特點。在車輛爬坡時，減小了動力電池的放電電流，保護了電池，延長鋰電池的使用壽命；增加了電動機的總輸入電流，即增大了電動機的峰值功率，增強了電動汽車的加速和爬坡能力，實現了電動汽車對能量和功率要求的分離。通過仿真實驗分析，驗證了方案的可行性。

參考文獻

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