摘 要

超级电容器是一种新型的储能元件。它具有高功率密度、循环寿命长、能快速充放大电流、工作温度范围宽、线路简单、环保无污染等优点。近年来超级电容器作为辅助电源动力被广泛应用在电动汽车上，在车辆需要大功率的工况下（起步、加速或爬坡）发挥着不可替代的作用。本文首先介绍了超级电容器和锂离子电池的发展及其工作原理和特性。然后对超级电容和驱动电机进行选型，对车辆的一些重要参数进行设定。再根据车辆在不同情况下使用不同的设计方法，由此计算设计出超级电容模块中超级电容单体的数目与连接方式。设计电压均衡系统以保证超级电容模块在充放电时各单体之间的电压以及充电状况大致相同。另外，超级电容器模块另一重要功能就是回收再生的制动能量，本文选用并联混合式制动系统分析驱动电机发电模式下再生出来的电能如何储存到超级电容模块中。

关键词：超级电容器 锂电池 电动车辆 制动能量 再生回收

Abstract

Supercapacitor, is a new electric component to store energy,with the feature of high specific power,long cyccle life,fast charing or discharging large current,a wide scale of operating temperature,brief circuit and environmentally friendly.As an auxiliary on-board energy source, recently, supercapacitor plays an essential role in large power situation(starting,accelerating or climbing).This text firstly introduce the development,operating principle and characteristic of supercapacitor and lith-ion battery.Second, select the type of supercapacitor and drive motor and set some important parameters of the elecric vehicle.And then,according to the different method in the different situation,calculate the amount of supercapacitor and the connection type among them in the supercapacitor module.What’s more, this text design a voltage equalization system to make sure that each supercapacitor can maintain the voltage and state at a same level.In addition,another significant function of supercapacitor is to recycle the baking regenerative energy.This text choose the paralled hybrid baking system to analyze the electricity ,which is regenerated under the electricity generating mode of the driving motor,how to store into the supercapacitor module.

Key words: Supercapacitor lith-ion battery electric vehicle baking energy regenerative recycle

目录

1.绪论 1

1.1课题研究背景及意义 1

1.2超级电容器的概述 2

1.2.1超级电容器的基本原理 2

1.2.2超级电容最新发展与展望 3

1.2.3超级电容器的特点 4

1.3锂离子电池概述 4

1.3.1锂离子电池的工作原理 4

1.3.2锂离子电池的特点 5

2.超级电容器的特性 6

2.1超级电容器的特性分析 6

2.1.1充电特性 6

2.1.2放电特性 6

2.1.3内阻特性 7

2.1.4容量特性 7

2.2超级电容器的等效模型与特征参数 7

2.3车用超级电容器的设计要求 8

2.3.1功率要求 8

2.3.2能量要求 9

2.3.3其它设计要求 9

2.3.3.1等效串联内阻R_s 9

2.3.2漏电流 9

2.3.3电压均衡性 10

3.超级电容匹配设计 11

3.1车辆参数的选取 11

3.2起步、加速工况 11

3.3爬坡工况 12

3.4制动回收能量装置 12

4.超级电容电压均衡系统的设计 13

4.1电压均衡的必要性 13

4.2电压均衡的方法概述 13

4.3电压均衡系统结构 16

4.4电压检测电路 17

4.4.1电压采集电路 17

4.4.2滤波电路 17

4.4.3模拟开关 18

4.5 单片机选型 18

4.6 MOSFET驱动电路 18

4.7控制算法的设计 19

5.基于超级电容的制动能量再生回收利用 21

5.1制动能量回收的意义 21

5.2制动能量再生原理 21

5.4基于超级电容的制动能量回收过程 22

5.5并联混合式制动系统 23

6. 总结与展望 25

6.1设计总结 25

6.2进一步研究的建议 25

附录 27

参考文献 28

致谢 29

1.绪论

1.1课题研究背景及意义

随着全球经济的飞速发展，石油作为主要的能源物质，其消费量在全球范围内不断持续增长，不可再生的石油资源已经显得日渐紧张。与此同时，石油作为燃料燃烧排放出大量的有害物质污染空气，破坏生态环境，损害人体健康。因此，现在我们正面临着能源危机和环境污染的双重压力。

近十几年我国汽车行业的蓬勃发展，汽车数量逐年增多，使得我国的原油消耗量不断增加，2015年12月我国原油进口量再创历史新高，达到3319万吨，我国对进口原油的依存度已经危及到国家经济的正常发展和社会安全。同时因汽车尾气排放造成的环境污染问题也越来越严峻：温室效应，全国范围内的大面积雾霾等等^[1]。为了解决这些问题，寻找新的清洁可再生能源替代石油作为汽车动力已经成为必然的趋势。新能源汽车的发展也越来越得到了政府和企业的重视。其中用电力作为能源动力的电动汽车成为了目前汽车行业领域的研究热点。