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车用锂离子超级电容器性能研究及管理系统设计
| 论文题名： | 车用锂离子超级电容器性能研究及管理系统设计 |
| 关键词： | 车用锂离子超级电容器;性能分析;荷电状态估算;电容管理系统 |
| 摘要： | 在能源危机和环境污染的双重压力下,新能源汽车的发展得到了各国政府和汽车企业的重视。混合动力汽车兼具内燃机车辆和电动车辆的优点,在当前的技术条件下最有发展优势。车用储能系统是混合动力汽车的关键部件之一,其性能对汽车的动力性、经济性、安全性有十分重要的影响。目前常用的动力电池为镍氢电池和锂离子电池,这两种电池都存在大电流充放电能力不强,循环寿命较短的问题。锂离子超级电容器是一种新型的混合型超级电容器,它既有功率密度高和循环寿命长的特点,又具有比一般的双电层超级电容高得多的能量密度,很适合作为混合动力车用电源。为了最大限度地发挥锂离子超级电容的优势,必须对其进行有效的管理和控制。由于锂离子超级电容的能量密度与镍氢电池或者是锂离子电池相比还有一定的差距,因此需要提高其荷电状态(SOC)估算精度,以提高整体的可用能量。 为了了解锂离子超级电容的充放电特性,在专用大功率动力电池组综合试验平台上对其进行了一系列试验,对其容量特性、内阻特性、充放电倍率特性还有单体间的一致性等进行了分析。基于实际的试验数据,并结合锂离子超级电容本身的结构特点,本文建立了一种实用的等效电路模型,用脉冲放电试验来进行参数辨识,用最小二乘法拟合出该等效电路的模型参数。在Matlab中建立了仿真模型,在不同使用工况下对模型的精确性进行了验证。与试验结果的对比表明,模型具有较高的精度,能比较准确地反映锂离子超级电容的动态特性。 由于混合动力车用超级电容的单体数目较多,本文采用对超级电容组整体进行建模的方法来估算其SOC值,然后再根据单体的一致性情况对SOC进行修正。本文充分利用电流积分法短时间内具有较高精度和锂离子超级电容SOC-OCV曲线接近线性的特性,分别从电流角度和电压角度估算SOC,并用一个加权因子将二者结合起来。在基于电压的SOC估算中,分别考虑了扩展的OCV法和集员滤波法,取得了良好的效果。在不同工况下对SOC算法进行了验证,结果表明该算法具有较高的精度。 最后根据车用需求完成了超级电容管理系统的软硬件设计。系统采用freescale的16位单片机MC9S12DP512作为主控单元,采用主从式的结构,将单体数据采集模块独立出来,实现超级电容器性能参数的数据采集和均衡管理。基于设计的硬件电路,采用模块化的思想完成了数据的采集与处理、SOC估算和热管理模块的软件设计。在试验台架上对超级电容管理系统进行了测试。结果表明该管理系统能够准确采集电压、电流等数据,能在车用工况下对SOC进行比较准确的估计。 |
| 作者： | 艾贤策 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 朱建新 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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