超级电容电动公交车动力系统匹配研究与设计

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上海交通大学硕士学位论文

超级电容电动公交车动力系统匹配研究与设计

姓名：张臣申请学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：陈杰20060201

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超级电容电动公交车动力系统匹配研究与设计

摘 要

公交车是城市交通中最重要的车辆之一，同时也是城市污染的重要来源。随着现代社会对环保和节能要求的提高，需要对传统的公交车进行改造。电动公交车是最具有潜力的节能环保公交车。无轨电车由于存在视觉污染问题而被大多数城市所淘汰。超级电容电动车是一种适合公交线路特点的新型电动车，具有很大的应用前景。超级电容公交车完全以超级电容为动力源，具有充电速度快、充放电效率高、循环寿命长、无污染，价格适中等独特的优点，适合大中城市短距离固定路线运输。

本文对超级电容电动公交车动力系统的匹配做了深入而细致的研究，主要完成以下工作：

1）总结了超级电容的特性，确立了车用超级电容匹配基本原则，并给

出相关参数的测试方法；

2） 研究城市道路的特性，确立超级电容公交车总体设计思路；3） 确定超级电容电动公交车的基本参数，研究超级电容与电动车性能

匹配关系，并分析了影响电动车性能的关键因素；

4） 匹配超级电动公交车的驱动结构；研究超级电容电压下降对驱动性

能的影响，并提出了相关改善措施；改进了一种电流双向流动的电路结构，改进后的结构形式，在升压时，有利于降低超级电容放电的电流波动；

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5） 比较不同充电系统以及整流站和充电站建设的优缺点；研究超级电

容电动车行驶里程与充电站建设以及超级电容匹配的关系，给出最佳超级电容控制策略。

关键词：超级电容，电动公交车，匹配，动力系统

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Matching Research and Design of Dynamic System of

Supercapacitor Bus

Abstract

The bus is one of the most important public transportation vehicles andat the same time it is still the main pollution source in city. To be energyeconomy and environmental protection, traditional bus should be improved.Electrical bus is considered as one of the most energy economic andenvironment friendly public transportations. The trolleybus, which is drivendirectly by electric power, is replaced gradually because its “vision pollution”.The supercapacitor automobile, a kind of new electric vehicle and used inselected road, is especially fit to public transportation. The supercapacitor bus,powered only by supercapacitors, has many advantages such as quick charge,high efficiency, long life cycle, no pollution, and proper price.

This thesis presents a deep and clear research on dynamic system match ofsupercapacitor bus and finishes the following task:

1) Summarizes the characters of supercapacitor, establishes the basicprincipals of supercapacitor match and gives methods to measure therelative parameters;

2) Researches on characters of city road and discusses the outline to designsupercapacitor bus;

3) Gives the basic parameters of supercapacitor bus, researches on the

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matching relationship between the bus and supercapacitors and analyzesthe factors which influence the performance of the supercapacitor bus;4) Matches the structure of driving system of supercapacitor bus; analyzesthe influence of voltage drop to dynamic performance and proposedmethods to counteract the negative influence;

5) Compares different charging and commutating systems and strategies ofbuilding charging station; researches on the relation among the mileage,charging station and supercapacacitos used in vehicles and proposes theoptimum principals for matching charging station and supercapacitorsused in vehicles.

Key words: supercapacitor, electric bus, match, dynamic system

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上海交通大学学位论文原创性声明

本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

学位论文作者签名：张臣

日期： 2006 年 2 月23 日

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上海交通大学学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于

不保密（请在以上方框内打“√”）

学位论文作者签名：张臣 指导教师签名：陈杰日期：2003 年 2 月23日 日期： 2003年2月23日

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第一章 绪论

超级电容电动公交车以新型储能原件超级电容器作为动力源，通过电机来驱动汽车的行驶。它是一种纯电动车，所有的电能通过超级电容来提供。超级电容器（Super-capacitor）是超级电容电动车的核心。超级电容器是一种物理电容，它保持了一般电容器能大规模充放电的特性，而它的电容是普通电容器电容的几十万倍，因而比一般的电容器能存储更多的能量，这些能量能够驱动汽车行驶一定的距离。当然目前的电容器所存储的能量还不能和化学二次电池相比，因此在续驶里程上还不如一般的蓄电池电动车。但是可以利用超级电容能够大功率充电的特性对超级电容进行定期补充能量。这为超级电容车用在公交场合提供了可能，可以利用公交车上下乘客的时间来为超级电容补充能量来增加超级电容车的行驶里程。这是本课题的最初思想来源。超级电容纯电动车是一个全新的课题，其系统匹配国内外少有研究，如何做到整车系统与电容，电机以及充电站的匹配是本文的主要研究内容。本章主要讨论了本文的选题背景以及超级电容车的发展。

1.1 研究背景概述

自1973年发生第一次世界性的能源危机以来，人们真正地感受到能源短缺对各国经济发展的巨大威胁。人们认识到节能是解决能源危机的根本途径，必须使通常的动力装置由高耗能型向节能型和智能型转变。节能水平的高低已成为衡量一个国家能源利用好坏的一项综合性指标，也是一个国家科学技术水平高低的重要指标。这为电动车的复兴发展提供了一个很好的基础[1]。