基本信息
- 项目名称：
- 基于混合储能的太阳能电动车能源动力系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品是一种基于太阳能-储能电池-超级电容混合储能的太阳能电动车能源动力系统，整个系统包括储能电池充电管理模块、储能电池-超级电容协调充放电模块和电机控制模块。整车正常运行时额定时速可达45km/h，最大时速可达60km/h，在额定速度下续航时间为1小时。
- 详细介绍：
- 本作品是西安交通大学第一辆太阳能电动车“南洋I号”的能源动力系统。该系统基于太阳能-储能电池-超级电容混合储能。整个系统包括储能电池充电管理模块、储能电池-超级电容协调充放电模块和电机控制模块： （1）储能电池充电管理模块采用太阳能和市电双电源互补充电，以弥补夜间和阴雨天气单独利用太阳能供电的不足。为了最大限度地利用太阳能，设计了适用于电动车的最大功率跟踪算法。此外还设计了储能电池的智能四阶段快速充电及其过压、过流保护。 （2）储能电池-超级电容协调充放电模块将超级电容功率密度大、循环寿命长的特点和储能电池能量密度大的特点相结合。在电动车爬坡或加速时，由储能电池和超级电容共同放电，从而大大增加了电动车的瞬时输出功率，提高了爬坡和加速性能；在下坡或减速时，由超级电容吸收制动电流，不仅回收了制动能量，还避免了较大制动电流对储能电池的冲击，有效延长了储能电池的使用寿命。 （3）电机控制模块选取无刷直流轮毂电机，使用直接转矩控制，省掉了传统电机控制的矢量变换过程，使电机的控制简单且迅速。 目前整车额定时速可达45km/h，最大时速可达60km/h，在额定时速下续航时间为1小时。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 太阳能电动车具有零排放、无噪音、综合利用能源等特点，是一种既节能又环保的绿色交通工具。但目前制约太阳能电动车发展的技术瓶颈很多，主要表现在能量来源不足，能量利用不充分，汽车运行性能（主要为加减速、起制动性能）不佳，续航能力差等。针对这些缺点，本作品设计了基于太阳能-储能电池-超级电容混合储能的太阳能电动车能源动力系统，不仅提高了能量利用率，增加了续航里程，而且提高了电动车的启动制动、加减速性能，很好地达到了节能增效的目的。 （1）考虑到夜间和阴雨天气难以利用太阳能，设计了太阳能和市电双电源互补充电系统。 （2）为了使太阳能电池板始终输出最大功率，分别设计了适用于太阳能电动车的最大功率跟踪算法。 （3）实现了储能电池智能四阶段快速充电。 （4）根据电动车不同的运行工况，实现了储能电池和超级电容协调充放电管理。在电动车爬坡或加速时，由储能电池和超级电容共同放电，从而大大增加了电动车的瞬时输出功率，提高了爬坡和加速性能；在下坡或减速时，由超级电容吸收制动电流，不仅回收了制动能量，还避免了较大制动电流对储能电池的冲击，有效延长了储能电池的使用寿命。 整车额定时速可达45km/h，最大时速可达60km/h，在额定时速下续航时间为1小时。
科学性、先进性
- 1）太阳能和市电双电源互补充电;使得太阳能电动车在夜间或连续阴雨天气行驶时可以利用市电充电，而在长期的野外行驶过程中又能通过太阳能充电为其补充能量，从而大大方便太阳能电动车的使用。 2）实现太阳能电池的最大功率点跟踪：太阳能电池输出功率具有非线性的特点，为了最大限度地利用太阳能，必须跟踪其最大功率点。本太阳能供电系统安装于电动车上，其特殊性对实现快速准确的最大功率跟踪提出了更高的要求。因而设计了适用于电动车的最大功率跟踪算法。 3）储能电池-超级电容协调充放电管理：传统电动车的动力系统一般采用蓄电池直接供电的方式，但蓄电池难以实现大电流充放电，而且循环充放电次数少、寿命短、成本高。本作品利用超级电容可以充放大电流，循环次数多，充电时间短的特点，采用储能电池和超级电容的协调充放电管理，不仅延长了储能电池的寿命，回收了制动能量，同时大大增加了电动车瞬时输出功率，提高了爬坡能力和加速性能。
获奖情况及鉴定结果
- 该系统于2011年4月1日得到了北京通大华泉科技有限公司的鉴定。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 暂无
作品可展示的形式
- 实物，图片，录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- （1）具有太阳能和市电双电源互补充电功能，弥补了单独利用太阳能的不足。 （2）可以实现太阳能电池的最大功率跟踪，提高了太阳能利用效率，增加了续航里程。 （3）可以实现储能电池智能四阶段快速充电。（4）根据电动车不同的运行工况，实现储能电池和超级电容的协调充放电管理，不仅回收了制动能量，延长了锂电池的寿命，而且大大增加了电动车短时间内的输出功率等级，提高了爬坡和加速性能。 太阳能电动车采用太阳能作为动力驱动，可以减轻传统能源的消耗，降低使用成本，而且不会对环境造成污染。太阳能电动车的商业化应用具有相当大 的市场潜力。推广应用能产生巨大经济效益和社会效益。 目前太阳能电动车可以在沙漠、高原、山区等能源供应不足的地区发挥重要作用。为了降低一次能源的消耗，还可以在景区电动车、公交车网络等领域 得到优先推广。此外，对于一些喜欢远途驾车游的人们，配备太阳能混合储能系统可以防止因找不到加油站或充电站而受困边远地区的危险。
同类课题研究水平概述
- 目前国内外大部分太阳能电动车能源系统采用太阳能-蓄电池的储能方式，但由于蓄电池难以充放大电流，因而其无法满足功率较大的负载需求，从而限制了电动车的爬坡和加速性能；而且在制动回馈时必须进行限流，否则制动时的大电流会对蓄电池造成致命的损伤。 国内华南理工大学康龙云教授等开始研发太阳能-蓄电池-超级电容复合的电动车储能系统，其采用的是铅酸蓄电池。然而铅酸蓄电池比能量较低，导致一次充电的行驶里程较短；重量和体积较大，增加了汽车自重和自身功率的消耗；寿命短，使用成本高。本作品采用重量和体积较小、具有高的比能量和能量密度的锂离子电池。此外，该太阳能-蓄电池-超级电容复合的电动车储能系统采用的最大功率跟踪方法只适用于光照均匀情况，没有考虑因树阴、建筑物等遮挡造成电动车行驶时光照快速变化和电动车静止时太阳能电池板部分遮蔽的情况，此时其难以跟踪到全局功率最大点，因而造成对太阳能利用不充分。国外亦有学者研发出太阳能、锂电池、超级电容混合储能的太阳能电动车能源系统，但同样未考虑电动车在各种光照条件下的最大功率跟踪算法。本作品充放考虑到电动车行驶和停止时可能遇到的各种光照环境，分别为各种光照环境设计了不同的最大功率跟踪算法，使得太阳能电池板始终输出最大功率，从而提高了能源利用效率。
