2.2電動(dòng)車(chē)中應(yīng)用超級(jí)電容的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
2.2.1純超級(jí)電容電動(dòng)車(chē)
直接以超級(jí)電容作為電動(dòng)車(chē)的惟一能源，此方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用、成本低，而且實(shí)現(xiàn)了零排放，因此比較適合用于短距離、線(xiàn)路固定的區(qū)域，例如火車(chē)站或者飛機(jī)場(chǎng)的牽引車(chē)、學(xué)校和幼兒園的送餐車(chē)、公園的瀏覽車(chē)和電動(dòng)公交車(chē)等。
2.2.2復(fù)合電源電動(dòng)車(chē)
超級(jí)電容與蓄電池、燃料電池等配合可以組成復(fù)合電源系統(tǒng)，但燃料電池因?yàn)槌杀据^高，現(xiàn)在還不能得到實(shí)際應(yīng)用。因此，國(guó)內(nèi)外對(duì)超級(jí)電容一蓄電池復(fù)合電源系統(tǒng)的研究更多，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)概括如圖2所示。圖2a結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，但由于沒(méi)有DC／DC變換器，蓄電池和超級(jí)電容將具有相同的電壓，以致超級(jí)電容僅在蓄電池電壓發(fā)生快速變化時(shí)輸出和接收功率，從而減弱了超級(jí)電容的負(fù)載均衡作用。圖2b與圖2c都采用了雙向OC／OC變換器，圖2b中雙向DC／DC跟蹤檢測(cè)蓄電池的端電壓，以調(diào)控超級(jí)電容的端電壓使兩者匹配工作。由于蓄電池端電壓的變化比超級(jí)電容的端電壓平緩，因此對(duì)于DC／DC，圖2b比圖2c易于控制。圖2d理論上雖然具有更高的靈活性，但對(duì)DC／DC的控制策略要求非常精確復(fù)雜且不易維護(hù)。
2.3復(fù)合電源系統(tǒng)的控制策略
2.3.1速度約束控制策略
當(dāng)車(chē)輛起步時(shí)，超級(jí)電容中應(yīng)當(dāng)儲(chǔ)存較多的能量，需要超級(jí)電容放電，保證電動(dòng)車(chē)的加速性能，而當(dāng)車(chē)輛在高速行駛的情況下，超級(jí)電容應(yīng)當(dāng)儲(chǔ)存比較少的能量，以便在制動(dòng)過(guò)程中接收較多的能量。超級(jí)電容儲(chǔ)存的能量與其端電壓的平方成正比，由于超級(jí)電容的端電壓變化范圍比較大，因此放電時(shí)如何控制其放電深度，以備在行駛過(guò)程中二次放電或進(jìn)行再生制動(dòng)回收充電，但需要在實(shí)驗(yàn)中反復(fù)進(jìn)行測(cè)試才能獲得。
2.3.2電流約束控制策略
電動(dòng)車(chē)在行駛過(guò)程中，由于頻繁地加速、減速和上下坡等原因，使得負(fù)載電流變化比較大，當(dāng)負(fù)載電流太大以至于超過(guò)蓄電池所能承受的最大放電或充電電流時(shí)，為了避免電池組過(guò)放電或過(guò)充電，需要由超級(jí)電容放電或充電，以便改善電池組的工作狀態(tài)，延長(zhǎng)其使用壽命。電池組的工作電流為
為了避免過(guò)大的回饋電流對(duì)蓄電池造成損害，可采用恒定充電電流的制動(dòng)方式，即以蓄電池充電電流為被控對(duì)象。這是一種比較實(shí)用的控制策略，適合于采用蓄電池單電源系統(tǒng)的電動(dòng)車(chē)。由于蓄電池電壓在再生制動(dòng)過(guò)程中不會(huì)發(fā)生明顯的變化，因此電樞電流的上升不會(huì)太大。在超級(jí)電容一蓄電池復(fù)合電源系統(tǒng)中，由于超級(jí)電容端電壓在單次再生制動(dòng)過(guò)程中就會(huì)發(fā)生很大的改變，隨著制動(dòng)過(guò)程中超級(jí)電容端電壓的上升和電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的下降，電樞電流將急劇上升，有可能對(duì)功率器件甚至電機(jī)造成損害，因此對(duì)超級(jí)電容充電時(shí)可采用恒功率的策略，即對(duì)再生制動(dòng)過(guò)程中超級(jí)電容的充電功率進(jìn)行控制。
在超級(jí)電容電壓低的時(shí)候，采用大電流充電，當(dāng)電容電壓上升時(shí)，充電電流指令值下降，可兼顧能量回收與系統(tǒng)器件保護(hù)。
2.3.3綜合控制策略
采用速度約束控制策略可使車(chē)輛的動(dòng)力性能得到提高，而采用電流約束控制策略時(shí)蓄電池的電流可以工作在規(guī)定的范同內(nèi)，對(duì)蓄電池有保護(hù)作用。這2種控制策略各有優(yōu)缺點(diǎn)，采用綜合控制策略。即將速度約束控制策略和電流約束控制策略進(jìn)行綜合應(yīng)用，可以兼顧它們的優(yōu)點(diǎn)，既能對(duì)蓄電池起到保護(hù)作用，延長(zhǎng)電池的使用壽命，又能提高整車(chē)的動(dòng)力性能。
3、西安交通大學(xué)的超級(jí)電容應(yīng)用研究
西安交通大學(xué)電動(dòng)車(chē)研發(fā)中心一直致力于電動(dòng)車(chē)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)，提交了15項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利，正式授權(quán)5項(xiàng)，有2項(xiàng)國(guó)際發(fā)明專(zhuān)利已經(jīng)被正式受理。研發(fā)中心對(duì)電動(dòng)汽車(chē)超級(jí)電容一蓄電池復(fù)合電源系統(tǒng)進(jìn)行了研究，其核心是應(yīng)用了雙向全橋DC／DC變換器，該變換器具有能量雙向流動(dòng)以及升、降壓功能。研發(fā)中心率先將Hα魯棒控制算法應(yīng)用到電動(dòng)汽車(chē)復(fù)合電源能量回收技術(shù)上，和傳統(tǒng)控制方法相比，Hα魯棒控制可以方便地同時(shí)考慮輸入電壓的變化、負(fù)載擾動(dòng)和其他非線(xiàn)性的補(bǔ)償。由圖3所示的實(shí)驗(yàn)表明，在市內(nèi)道路行駛時(shí)，采用Hα，魯棒控制的復(fù)合電源電動(dòng)汽車(chē)（ⅪTUEV—I）比蓄電池單電源電動(dòng)汽車(chē)提高續(xù)駛里程30％～50％。
西安交通大學(xué)電動(dòng)車(chē)研發(fā)中心還依托西安交大科技園和博源電動(dòng)車(chē)技術(shù)有限責(zé)任公司合作進(jìn)行了超級(jí)電容一蓄電池復(fù)合電源微型電動(dòng)車(chē)的研究。該微型電動(dòng)車(chē)采用輪轂式無(wú)刷直流電機(jī)（BLDCM），運(yùn)用再生制動(dòng)能量回收技術(shù)，并應(yīng)用了μ綜合魯棒控制算法。實(shí)驗(yàn)證明，采用上述技術(shù)的微型電動(dòng)車(chē)比普通電動(dòng)車(chē)在動(dòng)力性能和續(xù)駛里程上都有顯著提高，尤其是在頻繁剎車(chē)和突然加速的工況下，效果提高更明顯。設(shè)計(jì)的復(fù)合電源微型電動(dòng)車(chē)控制系統(tǒng)的主電路如圖4所示，工作原理如圖5所示，系統(tǒng)工作狀態(tài)如表2所示。該復(fù)合電源微型電動(dòng)車(chē)具有如下優(yōu)點(diǎn)：①在車(chē)輛制動(dòng)和減速時(shí)可大電流充電，從而提高能量回收效率，延長(zhǎng)電動(dòng)車(chē)的續(xù)駛里程；②超級(jí)電容的功率密度較大，因此可大電流放電，改善電動(dòng)車(chē)的啟動(dòng)、加速、爬坡性能；③可避免蓄電池大電流充放電，提高蓄電池的使用壽命；④可提高制動(dòng)力矩，改善制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性；⑤回收時(shí)可先對(duì)超級(jí)電容充電，再對(duì)電池充電，所以可控性較好；⑥結(jié)構(gòu)緊湊，成本較萬(wàn)方數(shù)據(jù)
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