電動車中應(yīng)用超級電容的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

純超級電容電動車

直接以超級電容作為電動車的惟一能源，此方法結(jié)構(gòu)簡單、實用、成本低，而且實現(xiàn)了零排放，因此比較適合用于短距離、線路固定的區(qū)域，例如火車站或者飛機場的牽引車、學(xué)校和幼兒園的送餐車、公園的瀏覽車和電動公交車等。

復(fù)合電源電動車

超級電容與蓄電池、燃料電池等配合可以組成復(fù)合電源系統(tǒng)，但燃料電池因為成本較高，現(xiàn)在還不能得到實際應(yīng)用。因此，國內(nèi)外對超級電容一蓄電池復(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)最簡單，但由于沒有DC／DC變換器，蓄電池和超級電容將具有相同的電壓，以致超級電容僅在蓄電池電壓發(fā)生快速變化時輸出和接收功率，從而減弱了超級電容的負(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跟蹤檢測蓄電池的端電壓，以調(diào)控超級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電容的端電壓平緩，因此對于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DC／DC的控制策略要求非常精確復(fù)雜且不易維護。

復(fù)合電源系統(tǒng)的控制策略

速度約束控制策略

當(dāng)車輛起步時，超級電容中應(yīng)當(dāng)儲存較多的能量，需要超級電容放電，保證電動車的加速性能，而當(dāng)車輛在高速行駛的情況下，超級電容應(yīng)當(dāng)儲存比較少的能量，以便在制動過程中接收較多的能量。超級電容儲存的能量與其端電壓的平方成正比，由于超級電容的端電壓變化范圍比較大，因此放電時如何控制其放電深度，以備在行駛過程中二次放電或進行再生制動回收充電，但需要在實驗中反復(fù)進行測試才能獲得。

電流約束控制策略

電動車在行駛過程中，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蓄電池所能承受的最大放電或充電電流時，為了避免電池組過放電或過充電，需要由超級電容放電或充電，以便改善電池組的工作狀態(tài)，延長其使用壽命。電池組的工作電流為

為了避免過大的回饋電流對蓄電池造成損害，可采用恒定充電電流的制動方式，即以蓄電池充電電流為被控對象。這是一種比較實用的控制策略，適合于采用蓄電池單電源系統(tǒng)的電動車。由于蓄電池電壓在再生制動過程中不會發(fā)生明顯的變化，因此電樞電流的上升不會太大。在超級電容一蓄電池復(fù)合電源系統(tǒng)中，由于超級電容端電壓在單次再生制動過程中就會發(fā)生很大的改變，隨著制動過程中超級電容端電壓的上升和電機反電動勢的下降，電樞電流將急劇上升，有可能對功率器件甚至電機造成損害，因此對超級電容充電時可采用恒功率的策略，即對再生制動過程中超級電容的充電功率進行控制。

在超級電容電壓低的時候，采用大電流充電，當(dāng)電容電壓上升時，充電電流指令值下降，可兼顧能量回收與系統(tǒng)器件保護。

綜合控制策略

采用速度約束控制策略可使車輛的動力性能得到提高，而采用電流約束控制策略時蓄電池的電流可以工作在規(guī)定的范同內(nèi)，對蓄電池有保護作用。這2種控制策略各有優(yōu)缺點，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行綜合應(yīng)用，可以兼顧它們的優(yōu)點，既能對蓄電池起到保護作用，延長電池的使用壽命，又能提高整車的動力性能。