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1、摘要随着社会的发展和人类的进步，能源和环境问题越来越受到人们的重视。电动汽车应运而生，取代了传统的汽油为燃料的汽车。电能作为清洁能源若大规模的应用在汽车上，不仅可以减轻污染，也可以在一定程度上缓解能源紧张问题。 纯电动汽车是新能源汽车的一种，具有良好的发展前景。控制器作为纯电动汽车研究的关键技术之一，受到了新能源汽车行业的广泛重视。开发出具有自主知识产权的控制器具有重要的意义。本文介绍了纯电动汽车的历史和发展状况，综述了纯电动汽车研发的关键技术，包括控制器、动力型铿电池技术、能量管理系统、电机驱动技术、整车通信网络等。 控制器是纯电动汽车研发的关键技术之一，关系到车辆性能的优劣。本文对控制器的
2、发展状况和工作原理进行了研究，并对控制器进行功能分析。关键词: 电动汽车组成 关键技术 控制器 电路分析 ABSTRACTPure 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. Devel
3、opThe 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 internationa
4、l vehicleBased on the research of the controller, the research on the effective control of braking energy feedback and the vehicle controller is studied.目录1.绪论11.1 选题背景11.2 纯电动汽车发展历程简介21.3 电动汽车电源系统研究现状32.超级电容器的原理及结构92.2 超级电容器结构92.2 工作原理及超级电容器储能系统132.3 超级电容器的主要特点142.4 超级电容器的参数特性163.DC/DC 转换器的工作原理及特性2
5、03.1 元器件及选择213.2 基本的直流变换器234.电动汽车中的超级电容的建模和仿真274.1仿真软件的简介274.2 超级电容的等效电路294.3 超级电容的数学模型324.4 超级电容的simulink 模型与仿真334.5 Boost电路的建模与仿真365.结束语40参考文献41致谢辞42附录441.绪论1.1选题背景 汽车自诞生起已有一百多年历史，从生产、技术、经济效益等方面来看，都取得了巨大的成就。但传统的燃油汽车效率低、污染气体排放量大的问题仍然没有得到妥善解决。据估算，目前汽车所消耗的石油约占到全球石油年产量的一半以上。与此同时，内燃机燃烧所产生的有毒、有害气体也对大气环境
6、造成了破坏。我国车辆众多，一些大中型城市道路拥挤，大气污染严重。有限的石油资源以及日益恶化的环境等问题，迫使汽车工业必须寻求更加节能的新能源汽车，以减少对石油的过度消耗和对环境的污染，保证汽车工业的长期稳定发展。 纯电动汽车是新能源汽车中的一个重要发展方向。电动汽车是无排放交通工具，它将使空气污染大为减少，且使能源的利用多元化和高效化，达到能源可靠、和无污染地利用。动力蓄电池是现阶段电动车辆能量源的主要选择，但蓄电池存在功率密度偏低，大电流放电会损伤电池内部结构，缩短电池的使用寿命等问题。如果让蓄电池满足大电流和高功率要求，蓄电池的体积和质量都要增加，这样不但给电动汽车增加了重量，而且整车的成
7、本也会增加。但车载电源技术一直是制约电动汽车发展和普及的瓶颈，成为电动汽车研究的一个重要课题。电池技术得不到突破性进展，电动汽车很难与燃油汽车竞争。 当今，用超级电容和蓄电池组合成复合电源是一种车载电源的新方案。超级电容是近年来新发展起来的一种储能元件，具有比功率高和充放电寿命长等优点，适合于作为短时间的功率输出源，可以在电动车辆起动、加速、爬坡时大功率放电，在车辆下坡制动时迅速吸收制动能量。同时也保护了蓄电池不受大电流的冲击而损坏1。1.2纯电动汽车发展历程简介 世界上第一辆纯电动汽车（Electrical Vehicle，简称 EV）问世于 1883 年，比内燃机汽车的诞生还要早，距今已有
8、一百多年的历史。但因早期电池的比能量、比功率及可靠性等方面问题较多，纯电动汽车的性能远不及内燃机汽车，电动汽车始终没有市场化。随着新技术的镍氢动力电池、锂离子动力电池及高效电力驱动系统等高新技术的发展应用，纯电动汽车在经历了多次起伏后，又迎来了新的发展机遇，近年来再次受到各国政府、企业及高校的重视。尤其是在美国、欧洲、日本等发达国家。 美国政府对电动汽车研究方面一直是大力支持，投入了大量的人力和财力。特斯拉（Tesla）公司和凤凰汽车（Phoenix Motorcars）公司分别推出了高性能的纯电动跑车和纯电动运动货车。加利福尼亚正准备建造电动汽车充电网络，一旦建成，电动汽车的使用将变得非常方
9、便和实用。解决了续航的问题，电动汽车不失为一种新的可靠的交通工具。出于对资源缺乏和环境问题的担忧，日本是目前纯电动汽车发展速度最快的国家之一。三菱公司的“i-MiEV”、日产汽车公司的“Leaf”纯电动汽车等先后研制成功并投放市场。2009 年到 2012 年在东京地区累计建设 1000 个充电站。在我国，近几年国家也开始大力支持电动汽车的研发，纯电动城市客车越来越普及，纯电动轿车也开始出现在马路上，我国的纯电动汽车产业正在进入高速发展的新阶段2。1.3电动汽车电源系统研究现状 国内的研究大多集中在燃料电池加超级电容上，不过蓄电池加超级电容方向也取得了不错的成果。在 2003 年，北京理工大学
10、和北方尼奥普兰客车合作研制的“BFC6110-EV”型纯电动旅游客车，率先通过整车型式认证试验；该车采用锂电池和超级电容的复合电源的组合方式，主要技术指标达到预定要求。 吉林大学将镍氢电池和超级电容组合，搭建了复合电源试验台架，并对复合电源的参数匹配理论以及控制策略进行了仿真研究。掌握了大量实验数据，为复合电源的开发奠定了基础。目前，吉林大学已完成复合电源仿真软件的编写和开发阶段的工作。 2010世博会上出现了一批新颖的电动汽车，锂电池加超级电容的复合电源系统为动力，超级电容和锂电池相结合，可以行驶200公里以上。国外对于电动汽车的研究比较早，取得了一些很好的成果，研究成果比较突出的有： 在美
11、国，Tobias Anderson 等人对装有镍氢电池和超级电容复合电源的电动车辆进行了部件参数匹配和仿真研究，并应用低通滤波的思想（Low Pass Filler Control）实现了复合电源中蓄电池和超级电容充放电电流的控制。在加拿大，Gregory Wight 等人对装载超级电容的电动车辆进行了低温环境和不同行驶工况下的实车道路试验。测试结果表明，超级电容的加入帮助蓄电池减轻工作负荷，同时超级电容快速回收制动能量的特性，使整车燃油经济性得到提高。 在意大利，菲亚特汽车公司应用铅酸蓄电池和超级电容组合驱动旗下Cinquecento Elctra 车型，性能测试结果显示，在完整 ECE 行
12、驶循环下该车型节能 14%，在市区和郊区行驶工况下分别节能 40%和 20%。 在日本，Chugoku 电力公司和丰田公司研发中心合作在马自达Bongo Friend车型上安装由阀控铅酸蓄电池和超级电容组成的复合电源，该复合电源使用402 的松下超级电容（1600F2.3V）。测试结果显示，用超级电容作为负载均衡装置使阀控铅酸电池可更好地运用于电动车辆电动车辆3。1.3.1复合电源电动汽车 由于超级电容的特性，在电动汽车的应用中通常都是以超级电容组的形式出现。图(b)所示为韩国的一款以超级电容器为辅助能源的并联型混合电动汽车,它所采用的电机是无刷直流电机,车空载质量为1200kg,其中,超级电
13、容器组质量为60kg,如图(a)所示。（a）超级电容器组 （b）并联型混合电动汽车 超级电容器组由35个超级电容器单元组成,超级电容器单元的个数主要由电气系统逆变器的功率所决定。其中,每个单元最高电压2.3v,最低电压1.25V,静态容量2700F,内阻lm几,则超级电容器组的电压范围为45一75v,总静态容量2700/35=77F,内阻为35mn,超级电容器组的总能量为250kJ,工作温度为一3085。超级电容器组可在电动汽车起动、加速时提供强大的动力,并能及时回收制动时反馈的能量。 图（a）所示的超级电容器组是由80个超级电容器单元和1个冷却系统组成的,其中超级电容器的功率密度和能量密度分
14、别达到了1400w/kg和3.gwh/kg,工作温度为一3065,超级电容器组的规格见表1。表1 超级电容器组规格体积/L36.8质量/kg34.3最高电压/V216最大功率/kw28能量/wh80单元数/个80 美国Maxen公司所开发的超级电容器已在各种类型电动车上都得到良好应用。本田公司在其开发出的第三代和第四代燃料电池电动车FCXv3和FCXV4中分别使用了自行开发研制的超级电容器来取代二次电池,减少了汽车的质量和体积,使系统效率增加,同时可在制动时回收能量,测试结果表明,使用超级电容器时燃料效率和加速性能均得到明显提高,起动时间由原来的10min缩短到105。此外,法国sAFT公司、
15、澳大利亚caPxx公司、韩国NES白公司等也都在加紧电动车用超级电容器的开发应用。 由Maxwell Technologies公司生产的Powe:Cache超级电容器,已由通用汽车公司Allison Transmission Division组成并联混合电源系统和串联电源系统用在卡车和轿车上。Alhs。n期望Maxwell超级电容有6年以上的使用寿命。跟相应的蓄电池组比起来,超级电容器贮能装置质量只有前者的1/3,体积只有前者的一半。ISE Research一Thunder Volt公司也将Power Cache超级电容器用于其新开发的重型混合电力推进系统Thundor P、ko该系统是由协叶Maxwen的Pc2500超级电容器装到一个用风扇冷却的铝套内。单个贮能堆可以贮存或释放150kw的电力,双联体达到3ookw,完全满足了大塾汽车或卡车加速时的需求。第一个Thunder堆交给了拉斯维加斯的内华达大学做混合型动力车试验。将蓄电池与超级电容器组合起来,它们的优点可以互补,成为一个极佳的贮能系统。Maxwell公司和Exide公司正联合开发这一组合系统,用于卡车低温起动、中型和重型卡车、陆上和地下的军用车,它在大电流以及高低温条件下工作,都会有很长的寿命
