基本信息
- 項目名稱：
- 基于混合儲能的太陽能電動車能源動力系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品是一種基于太陽能-儲能電池-超級電容混合儲能的太陽能電動車能源動力系統(tǒng)，整個系統(tǒng)包括儲能電池充電管理模塊、儲能電池-超級電容協(xié)調充放電模塊和電機控制模塊。整車正常運行時額定時速可達45km/h，最大時速可達60km/h，在額定速度下續(xù)航時間為1小時。
- 詳細介紹：
- 本作品是西安交通大學第一輛太陽能電動車“南洋I號”的能源動力系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于太陽能-儲能電池-超級電容混合儲能。整個系統(tǒng)包括儲能電池充電管理模塊、儲能電池-超級電容協(xié)調充放電模塊和電機控制模塊： （1）儲能電池充電管理模塊采用太陽能和市電雙電源互補充電，以彌補夜間和陰雨天氣單獨利用太陽能供電的不足。為了最大限度地利用太陽能，設計了適用于電動車的最大功率跟蹤算法。此外還設計了儲能電池的智能四階段快速充電及其過壓、過流保護。 （2）儲能電池-超級電容協(xié)調充放電模塊將超級電容功率密度大、循環(huán)壽命長的特點和儲能電池能量密度大的特點相結合。在電動車爬坡或加速時，由儲能電池和超級電容共同放電，從而大大增加了電動車的瞬時輸出功率，提高了爬坡和加速性能；在下坡或減速時，由超級電容吸收制動電流，不僅回收了制動能量，還避免了較大制動電流對儲能電池的沖擊，有效延長了儲能電池的使用壽命。 （3）電機控制模塊選取無刷直流輪轂電機，使用直接轉矩控制，省掉了傳統(tǒng)電機控制的矢量變換過程，使電機的控制簡單且迅速。 目前整車額定時速可達45km/h，最大時速可達60km/h，在額定時速下續(xù)航時間為1小時。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 太陽能電動車具有零排放、無噪音、綜合利用能源等特點，是一種既節(jié)能又環(huán)保的綠色交通工具。但目前制約太陽能電動車發(fā)展的技術瓶頸很多，主要表現在能量來源不足，能量利用不充分，汽車運行性能（主要為加減速、起制動性能）不佳，續(xù)航能力差等。針對這些缺點，本作品設計了基于太陽能-儲能電池-超級電容混合儲能的太陽能電動車能源動力系統(tǒng)，不僅提高了能量利用率，增加了續(xù)航里程，而且提高了電動車的啟動制動、加減速性能，很好地達到了節(jié)能增效的目的。 （1）考慮到夜間和陰雨天氣難以利用太陽能，設計了太陽能和市電雙電源互補充電系統(tǒng)。 （2）為了使太陽能電池板始終輸出最大功率，分別設計了適用于太陽能電動車的最大功率跟蹤算法。 （3）實現了儲能電池智能四階段快速充電。 （4）根據電動車不同的運行工況，實現了儲能電池和超級電容協(xié)調充放電管理。在電動車爬坡或加速時，由儲能電池和超級電容共同放電，從而大大增加了電動車的瞬時輸出功率，提高了爬坡和加速性能；在下坡或減速時，由超級電容吸收制動電流，不僅回收了制動能量，還避免了較大制動電流對儲能電池的沖擊，有效延長了儲能電池的使用壽命。 整車額定時速可達45km/h，最大時速可達60km/h，在額定時速下續(xù)航時間為1小時。
科學性、先進性
- 1）太陽能和市電雙電源互補充電;使得太陽能電動車在夜間或連續(xù)陰雨天氣行駛時可以利用市電充電，而在長期的野外行駛過程中又能通過太陽能充電為其補充能量，從而大大方便太陽能電動車的使用。 2）實現太陽能電池的最大功率點跟蹤：太陽能電池輸出功率具有非線性的特點，為了最大限度地利用太陽能，必須跟蹤其最大功率點。本太陽能供電系統(tǒng)安裝于電動車上，其特殊性對實現快速準確的最大功率跟蹤提出了更高的要求。因而設計了適用于電動車的最大功率跟蹤算法。 3）儲能電池-超級電容協(xié)調充放電管理：傳統(tǒng)電動車的動力系統(tǒng)一般采用蓄電池直接供電的方式，但蓄電池難以實現大電流充放電，而且循環(huán)充放電次數少、壽命短、成本高。本作品利用超級電容可以充放大電流，循環(huán)次數多，充電時間短的特點，采用儲能電池和超級電容的協(xié)調充放電管理，不僅延長了儲能電池的壽命，回收了制動能量，同時大大增加了電動車瞬時輸出功率，提高了爬坡能力和加速性能。
獲獎情況及鑒定結果
- 該系統(tǒng)于2011年4月1日得到了北京通大華泉科技有限公司的鑒定。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 暫無
作品可展示的形式
- 實物，圖片，錄像
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- （1）具有太陽能和市電雙電源互補充電功能，彌補了單獨利用太陽能的不足。 （2）可以實現太陽能電池的最大功率跟蹤，提高了太陽能利用效率，增加了續(xù)航里程。 （3）可以實現儲能電池智能四階段快速充電。（4）根據電動車不同的運行工況，實現儲能電池和超級電容的協(xié)調充放電管理，不僅回收了制動能量，延長了鋰電池的壽命，而且大大增加了電動車短時間內的輸出功率等級，提高了爬坡和加速性能。 太陽能電動車采用太陽能作為動力驅動，可以減輕傳統(tǒng)能源的消耗，降低使用成本，而且不會對環(huán)境造成污染。太陽能電動車的商業(yè)化應用具有相當大 的市場潛力。推廣應用能產生巨大經濟效益和社會效益。 目前太陽能電動車可以在沙漠、高原、山區(qū)等能源供應不足的地區(qū)發(fā)揮重要作用。為了降低一次能源的消耗，還可以在景區(qū)電動車、公交車網絡等領域 得到優(yōu)先推廣。此外，對于一些喜歡遠途駕車游的人們，配備太陽能混合儲能系統(tǒng)可以防止因找不到加油站或充電站而受困邊遠地區(qū)的危險。
同類課題研究水平概述
- 目前國內外大部分太陽能電動車能源系統(tǒng)采用太陽能-蓄電池的儲能方式，但由于蓄電池難以充放大電流，因而其無法滿足功率較大的負載需求，從而限制了電動車的爬坡和加速性能；而且在制動回饋時必須進行限流，否則制動時的大電流會對蓄電池造成致命的損傷。 國內華南理工大學康龍云教授等開始研發(fā)太陽能-蓄電池-超級電容復合的電動車儲能系統(tǒng)，其采用的是鉛酸蓄電池。然而鉛酸蓄電池比能量較低，導致一次充電的行駛里程較短；重量和體積較大，增加了汽車自重和自身功率的消耗；壽命短，使用成本高。本作品采用重量和體積較小、具有高的比能量和能量密度的鋰離子電池。此外，該太陽能-蓄電池-超級電容復合的電動車儲能系統(tǒng)采用的最大功率跟蹤方法只適用于光照均勻情況，沒有考慮因樹陰、建筑物等遮擋造成電動車行駛時光照快速變化和電動車靜止時太陽能電池板部分遮蔽的情況，此時其難以跟蹤到全局功率最大點，因而造成對太陽能利用不充分。國外亦有學者研發(fā)出太陽能、鋰電池、超級電容混合儲能的太陽能電動車能源系統(tǒng)，但同樣未考慮電動車在各種光照條件下的最大功率跟蹤算法。本作品充放考慮到電動車行駛和停止時可能遇到的各種光照環(huán)境，分別為各種光照環(huán)境設計了不同的最大功率跟蹤算法，使得太陽能電池板始終輸出最大功率，從而提高了能源利用效率。
