本發(fā)明涉及電容測(cè)試方法，更具體地說，涉及一種電動(dòng)汽車中超級(jí)電容器的評(píng)估方法。

背景技術(shù)：

電動(dòng)汽車使用電池組1作為能量來源，但以電池作為能量源的電動(dòng)汽車比功率低、充電時(shí)間較長(zhǎng)等問題一直受限于電池技術(shù)而限制了電動(dòng)汽車的快速發(fā)展。而作為另一種儲(chǔ)能元件超級(jí)電容，從充放電角度考慮，較適合作為車載電源。但其比能量過低，導(dǎo)致持續(xù)放電能力不夠而限制了它的使用?，F(xiàn)在較好的方法是將二者結(jié)合起來，充分發(fā)揮蓄電池比能量大、超級(jí)電容比功率高的特性，則能較好的解決單一儲(chǔ)能設(shè)備作為車載電源的局限性問題。

電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)如圖1所示，動(dòng)力電池組1向電機(jī)2提供電動(dòng)車巡航時(shí)的電流，并通過DCDC變換器3給超級(jí)電容器4充電，超級(jí)電容器4在電動(dòng)車加速、制動(dòng)等時(shí)刻提供或者吸收瞬時(shí)的大電流。超級(jí)電容器4作為儲(chǔ)能緩沖器件，理論上越大越好，可以降低動(dòng)力電池組1的電流變化，快速響應(yīng)電動(dòng)車的加速、制動(dòng)要求，但是由于成本、重量、體積等限制，需要從系統(tǒng)整體來評(píng)估超級(jí)電容的容量。

但是，應(yīng)用超級(jí)電容器4需要在現(xiàn)在的電動(dòng)汽車基礎(chǔ)上額外付出成本、重量的代價(jià)，如何選擇和評(píng)估合適的超級(jí)電容器4是一個(gè)重要的問題。

超級(jí)電容器4的選擇和評(píng)估缺少統(tǒng)一、明了的工程化方法，現(xiàn)在主要依靠經(jīng)驗(yàn)或者仿真方法來指導(dǎo)設(shè)計(jì)和選型。前者依賴人的主觀判斷，后者的模型復(fù)雜、參數(shù)繁多，例如文獻(xiàn)：于遠(yuǎn)彬車載復(fù)合電源設(shè)計(jì)理論與控制策略研究吉林大學(xué)博士學(xué)位論文中所提及的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的超級(jí)電容器的評(píng)估模型復(fù)雜、參數(shù)繁多的問題， 本發(fā)明的目的是提供一種電動(dòng)汽車中超級(jí)電容器的評(píng)估方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種電動(dòng)汽車中超級(jí)電容器的評(píng)估方法，包括：計(jì)算車輛加速過程中的最大需要能量；根據(jù)最大需要能量，計(jì)算完全由超級(jí)電容器供電所需要的最小容量C_f1，以及完全由超級(jí)電容器和電池組共同供電所需要的最小容量C_f2；計(jì)算車輛最大制動(dòng)回饋能量；根據(jù)最大制動(dòng)回饋能量，計(jì)算超級(jí)電容器吸收回饋能量需要的最小容量C_c；根據(jù)最小容量C_f1和最小容量C_f2評(píng)估超級(jí)電容器的放電能力；根據(jù)最小容量C_c評(píng)估超級(jí)電容器的充電能力。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，車輛加速過程中最大需要能量E_f＝P_e×t；其中，P_e為電機(jī)額定功率；t為車輛加速時(shí)間。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，完全由超級(jí)電容器供電所需要的最小容量C_f1為：其中，U₁為超級(jí)電容器的開始放電電壓，U₂為超級(jí)電容器的中止放電電壓，η_D為DCDC轉(zhuǎn)換器效率，η_C1為超級(jí)電容器放電效率。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，完全由超級(jí)電容器和電池組共同供電所需要的最小容量C_f2為：其中，I_B為電池組額定放電電流，U₁為超級(jí)電容器的開始放電電壓，U₂為超級(jí)電容器的中止放電電壓，η_D為DCDC轉(zhuǎn)換器效率，η_C1為超級(jí)電容器放電效率，U_e為超級(jí)電容的額定電壓。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，車輛最大制動(dòng)回饋能量其中，m為整車質(zhì)量，v₁為電動(dòng)車制動(dòng)前速度，v₂為電動(dòng)車制動(dòng)后速度，η_h為制動(dòng)能量回收效率。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，超級(jí)電容器吸收回饋能量需要的最小容量C_c為：其中，U₁′為超級(jí)電容器的中止充電電電壓，U₂′為超級(jí)電容器的開始充電電壓，η_D為DCDC轉(zhuǎn)換器效率，η_C2為超級(jí)電容器充電效率。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，對(duì)于給定的超級(jí)電容容量C：如果C≥C_f1， 則放電容量充裕，表明在理想的能量管理策略下，超級(jí)電容器可以單獨(dú)負(fù)擔(dān)電動(dòng)車的任何瞬時(shí)大功率放電，電池組不會(huì)受到影響；如果C_f1≤C＜C_f2，則放電容量較充裕，表明在理想的能量管理策略下，超級(jí)電容器可以和電池組共同負(fù)擔(dān)電動(dòng)車的任何瞬時(shí)大功率放電，電池組放電不會(huì)超過額定放電電流；如果C＜C_f2，則放電容量欠充裕，表明在某些情況下，為了滿足電動(dòng)車的加速性能，電池組需要以超過額定放電電流放電。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，對(duì)于給定的超級(jí)電容容量C：如果C≥C_c，則充電容量充裕，表明在理想的能量管理策略下，超級(jí)電容器可以完全吸收電動(dòng)車的制動(dòng)回饋能量；如果C＜C_c，則充電容量欠充裕，表明在某些情況下，電動(dòng)車制動(dòng)能量無(wú)法完全被吸收。

在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明的電動(dòng)汽車中超級(jí)電容器的評(píng)估方法提出一種簡(jiǎn)單清晰的電動(dòng)汽車用超級(jí)電容器的工程評(píng)估方法，為整車與超級(jí)電容的匹配提出指導(dǎo)。

附圖說明

圖1是電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)示意圖；

圖2是本發(fā)明電動(dòng)汽車中超級(jí)電容器的評(píng)估方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

如圖2所示，對(duì)于給定的超級(jí)電容器，額定電壓U_e，容量C，本發(fā)明的超級(jí)電容器評(píng)估方法包含如下步驟：

步驟A.計(jì)算車輛加速過程中最大需要能量E_f。

E_f＝P_e×t

其中：P_e為電機(jī)額定功率；t為車輛加速時(shí)間。

電動(dòng)車加速需要的最大能量與工況、駕駛習(xí)慣等都有關(guān)系，車輛加速時(shí)間t取電動(dòng)車正常情況下最大加速時(shí)間，正常行駛時(shí)電機(jī)功率不會(huì)超過額定功率P_e。

步驟B.計(jì)算完全由超級(jí)電容器供電所需要的最小容量C_f1。

其中：U₁為超級(jí)電容器的開始放電電壓；U₂為超級(jí)電容器的中止放電電壓；η_D為DCDC轉(zhuǎn)換器效率；η_C1為超級(jí)電容器放電效率。

超級(jí)電容的開始放電電壓U₁可能隨工況、能量管理策略的變化而不同，在計(jì)算最小需要容量時(shí)可以取為額定電壓U_e；超級(jí)電容的中止放電電壓U₂隨實(shí)際的電容器、DCDC轉(zhuǎn)換器情況而定，通常不應(yīng)該低于DCDC轉(zhuǎn)換器η_D與超級(jí)電容器端電壓相關(guān)，可以取平均值；超級(jí)電容器放電效率η_C1與超級(jí)電容器充放電時(shí)間、充放電深度有關(guān)，也可以取平均值。

步驟C.計(jì)算完全由超級(jí)電容器和電池組共同供電所需要的最小容量C_f2。

其中：I_B為電池組額定放電電流，U_e為超級(jí)電容的額定電壓，其他參數(shù)與上式相同。

步驟D.計(jì)算車輛最大制動(dòng)回饋能量E_c。

其中：m為整車質(zhì)量；v₁為電動(dòng)車制動(dòng)前速度，可以取電動(dòng)車最高行駛速度；v₂為電動(dòng)車制動(dòng)后速度，可以取為0，η_h為制動(dòng)能量回收效率。

步驟E.計(jì)算超級(jí)電容器吸收回饋能量需要的最小容量C_c。

其中：U₁′為超級(jí)電容器的中止充電電電壓；U₂′為超級(jí)電容器的開始充電電壓；η_C2為超級(jí)電容器充電效率。其他參數(shù)與前式相同。

超級(jí)電容的開始充電電壓U₂′為制動(dòng)開始時(shí)的電壓，隨工況、能量管理策略的變化而隨時(shí)變化，在計(jì)算最小需要容量時(shí)通常可以取為超級(jí)電容的中止充電電壓U₁′可以定位額定工作電壓U_e；超級(jí)電容器充電效率η_C2同樣與超級(jí)電容器充放電時(shí)間、充放電深度有關(guān)，也可以取平均值。

步驟F.超級(jí)電容器放電能力評(píng)估：

如果C≥C_f1，則放電容量充裕，表明在理想的能量管理策略下，超級(jí)電容器可以單獨(dú)負(fù)擔(dān)電動(dòng)車的任何瞬時(shí)大功率放電，電池組不會(huì)受到影響。

如果C_f1≤C＜C_f2，則放電容量較充裕，表明在理想的能量管理策略下，超級(jí)電容器可以和電池組共同負(fù)擔(dān)電動(dòng)車的任何瞬時(shí)大功率放電，電池組放電不會(huì)超過額定放電電流。

如果C＜C_f2，則放電容量欠充裕，表明在某些情況下，為了滿足電動(dòng)車的加速性能，電池組需要以超過額定放電電流放電。

步驟G.超級(jí)電容器充電能力評(píng)估：

如果C≥C_c，則充電容量充裕，表明在理想的能量管理策略下，超級(jí)電容器可以完全吸收電動(dòng)車的制動(dòng)回饋能量。

如果C＜C_c，則充電容量欠充裕，表明在某些情況下，電動(dòng)車制動(dòng)能量無(wú)法完全被吸收。

下面通過幾個(gè)實(shí)施例來進(jìn)一步說明上述技術(shù)方案。

實(shí)施例1

對(duì)于給定的超級(jí)電容器，額定電壓U_e＝380V，容量C＝20F，本評(píng)估方法包含如下步驟：

A.電機(jī)額定功率P_e＝20000W，最大加速時(shí)間t＝50s，計(jì)算車輛加速過程中最大需要能量E_f。

E_f＝P_e×t＝1000000J

B.超級(jí)電容器的開始放電電壓U₁＝U_e＝380V，超級(jí)電容器的中止放電電壓DCDC轉(zhuǎn)換器效率η_D＝80％，為超級(jí)電容器放電效率η_C1＝90％，可以計(jì)算完全由超級(jí)電容器供電所需要的最小容量C_f1。

C.電池組額定放電電流I_B＝20A，計(jì)算完由超級(jí)電容器和電池組共同供電所需要的最小容量C_f2。

D.整車質(zhì)量m＝1000kg；電動(dòng)車制動(dòng)前速度v₁＝80km/h，；電動(dòng)車制動(dòng)后速度v₂＝0km/h，制動(dòng)能量回收效率η_h＝25％，計(jì)算車輛最大制動(dòng)回饋能量E_c。

E.超級(jí)電容器的中止充電電電壓U₁′＝380V，超級(jí)電容器的開始充電電壓U₂′＝190V，超級(jí)電容器充電效率η_C2＝0.9，可以計(jì)算超級(jí)電容其吸收回饋能量需要的最小容量C_c。

F.超級(jí)電容器放電能力評(píng)估：

C_f1≤C＜C_f2，放電容量較充裕，表明在理想的能量管理策略下，超級(jí)電容器可以和電池組共同負(fù)擔(dān)電動(dòng)車的任何瞬時(shí)大功率放電，電池組放電不會(huì)超過允許放電最大電流。

G.超級(jí)電容器充電能力評(píng)估：

C≥C_c，充電容量充裕，表明在理想的能量管理策略下，超級(jí)電容器可以完全吸收電動(dòng)車的制動(dòng)回饋能量。

實(shí)施例2

對(duì)于給定的超級(jí)電容器，額定電壓U_e＝800V，容量C＝10F，本評(píng)估方法包含如下步驟：

A.電機(jī)額定功率P_e＝40000W，最大加速時(shí)間t＝40s，計(jì)算車輛加速過程中最大需要能量E_f。

E_f＝P_e×t＝1600000J

B.超級(jí)電容器的開始放電電壓U₁＝U_e＝800V，超級(jí)電容器的中止放電電壓DCDC轉(zhuǎn)換器效率η_D＝80％，為超級(jí)電容器放電效率η_C1＝90％，可以計(jì)算完全由超級(jí)電容器供電所需要的最小容量C_f1。

C.電池組額定放電電流I_B＝20A，計(jì)算完由超級(jí)電容器和電池組共同供 電所需要的最小容量C_f2。

D.整車質(zhì)量m＝3000kg；電動(dòng)車制動(dòng)前速度v₁＝80km/h，；電動(dòng)車制動(dòng)后速度v₂＝0km/h，制動(dòng)能量回收效率η_h＝25％，計(jì)算車輛最大制動(dòng)回饋能量E_c。

E.超級(jí)電容器的中止充電電電壓U₁′＝800V，超級(jí)電容器的開始充電電壓U₂′＝400V，超級(jí)電容器充電效率η_C2＝0.9，可以計(jì)算超級(jí)電容其吸收回饋能量需要的最小容量C_c。

F.超級(jí)電容器放電能力評(píng)估：

C≥C_f1，放電容量充裕，表明在理想的能量管理策略下，超級(jí)電容器可以單獨(dú)負(fù)擔(dān)電動(dòng)車的任何瞬時(shí)大功率放電，電池組不會(huì)受到影響。

G.超級(jí)電容器充電能力評(píng)估：

C≥C_c，充電容量充裕，表明在理想的能量管理策略下，超級(jí)電容器可以完全吸收電動(dòng)車的制動(dòng)回饋能量。

實(shí)施例3

對(duì)于給定的超級(jí)電容器，額定電壓U_e＝380V，容量C＝10F，本評(píng)估方法包含如下步驟：

A.電機(jī)額定功率P_e＝20000W，最大加速時(shí)間t＝40s，計(jì)算車輛加速過程中最大需要能量E_f。

E_f＝P_e×t＝800000J

B.超級(jí)電容器的開始放電電壓U₁＝U_e＝380V，超級(jí)電容器的中止放電電壓DCDC轉(zhuǎn)換器效率η_D＝80％，為超級(jí)電容器放電效率η_C1＝90％，可以計(jì)算完全由超級(jí)電容器供電所需要的最小容量C_f1。

C.電池組額定放電電流I_B＝20A，計(jì)算完由超級(jí)電容器和電池組共同供電所需要的最小容量C_f2。

D.整車質(zhì)量m＝2000kg；電動(dòng)車制動(dòng)前速度v₁＝60km/h，；電動(dòng)車制動(dòng)后速度v₂＝0km/h，制動(dòng)能量回收效率η_h＝25％，計(jì)算車輛最大制動(dòng)回饋能量E_c。

E.超級(jí)電容器的中止充電電電壓U₁′＝380V，超級(jí)電容器的開始充電電壓U₂′＝190V，超級(jí)電容器充電效率η_C2＝0.9，可以計(jì)算超級(jí)電容其吸收回饋能量需要的最小容量C_c。

F.超級(jí)電容器放電能力評(píng)估：

C＜C_f2，放電容量欠充裕，表明在某些情況下，為了滿足電動(dòng)車的加速性能，電池組需要以超過額定放電電流放電。

G.超級(jí)電容器充電能力評(píng)估：

C≥C_c，充電容量充裕，表明在理想的能量管理策略下，超級(jí)電容器可以完全吸收電動(dòng)車的制動(dòng)回饋能量。

本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作為對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。