混合电源及其在电动汽车及应用.pdfVIP

混合电源及其在电动汽车的应用 刘 君，宋俊锋，李岩松 (华北电力大学电气与电子工程学院电力系统研究所，北京 102206) 摘 要：随着科技的发展，数字设备和大功率脉冲工作的仪 1 混合电源组成结构 器设备越来越多，传统的蓄电池由于内阻较大，比功率小， 混合电源系统中超级电容器与蓄电池的并联 驱动这些负载时，电源电压波动比较大，内部损耗大，而且 方式一般可概括为直接并联、通过电感器并联和通 使用寿命短，而超级电容器在储能上具有比功率高、比能量 过功率变换器并联。 高，循环寿命长、充放电效率高等特点。如果将超级电容器 １.1 超级电容器与蓄电池直接并联 和蓄电池结合起来，充分发挥它们各自的优势，就可以提高 混合电源的负载适应能力，改善降低蓄电池的内部损耗，延 长放电时间，增加使用寿命，还可以缩小电源的体积、改善 系统可靠性和经济性。目前，电动汽车由于其更加高效的利 用能源、最大限度的减少对空气的污染排放的特点已经成为 研究的热点。而在电动汽车的各个部件中，混合电源作为其 核心部件，在电动汽车的工作中发挥了无法替代的作用，本 文通过与传统电源对比分析，分析了混合电源的特点，探讨 了混合电源的基本组成结构，对比分析了各个组成结构的特 图1 超级电容器与蓄电池直接并联 点，分析了混合电源在电动汽车不同工作状态条件下的工作 如图１所示，在该结构中，由于蓄电池组的端 模式。最后对超级电容器的模型提出了简化，并且进行仿真。 电压与超级电容器组的端电压被强制相等，因而在 关键词：超级电容器；电动汽车；混合电源 设计中对超级电容器的组合方式要求较为严格，应 ０引言 根据蓄电池的电压等级，合理选择超级电容器组的 随着电动汽车、数字移动设备、电子仪器等电 结构参数。 力电子装置的快速发展，人们对电源性能的要求提 直接并联结构能够大大减小蓄电池在脉动负 出了越来越高的要求，这些电子装置都具有脉动性 载时输出的最大电流，提供混合电源的功率输出能 负载的特点，峰值功率很高但平均功率较低。目前， 力，这种组合方式与传统的蓄电池电源相比，功率 传统的蓄电池由于技术比较成熟，性能可靠，应用 输出能力有了显著提高，同时也改善了蓄电池的使 得最为广泛。但是，蓄电池具有功率密度小、无法 用寿命。 快速充放电、循环寿命短等缺点。如果采用蓄电池 但是这种组合方式也有缺点，第一，超级电容 作为脉动性负载的电源，需要蓄电池具有很大的能 器组的端电压与强制相等，这样就限制了超级电容 量。才能满足负载的峰值功率需求，造成蓄电池的 器的组合方式，同时也降低了超级电容器的容量利 容量浪费以及蓄电池的体积过于庞大。 用率，另外又文献可知，这种组合方式下，端电压 超级电容器是一种新型储能元件，具有充放电 随着充放电变化较大，影响了系统负载的工作性 速度快、循环寿命长、功率密度大、高低温性能好、 能，同时在脉动负载时，蓄电池的输出电流纹波较 环境友好等优点，但是超级电容器的缺点是能量密 大， 度偏低。 1.2 通过电感器并联[1] 通过上述分析，若将超级电容器与蓄电池结合 该结构建立在直接并联的基础上，在蓄电池和 构成复合电源系统，既能提高电源系统的短时高功 超级电容器间配置一电感器，对蓄电池的输出电流 率输出能力，也具备持久的动力性能。通过该组合， 进行滤波，降低电流纹波，以减小内部发热和能量 可充分发挥超级电容