超级电容充电电路开题报告

毕业设计（论文）

开 题 报 告

题 目 超级电容的充电电路研究

专 业

班 级

学 生

指导教师

一、毕业设计(论文)课题来源、类型

1、课题来源：超级电容充电技术的科学研究

2、课题类型：实验仿真

二、选题的目的及意义

目的：

通过本课题的设计，了解超级电容充电的基本工作原理，特点及发展

概况，掌握对超级电容充电的分析方法，手段。利用所学的专业知识分析

掌握超级电容充电的基本工作原理和实际电路的组成部分，根据要实现的

电动汽车的实际需求，设计电路的原理图和最初的电路图，并对所设计的

电路的正确性和可行性进行仿真验证，结合验证结果对电路中的各项参数

进行优化，以获得比较理想的实际工作电路。同时，培养学生独立发现问

题、分析问题和解决问题的能力。

意义：

特斯拉掀起了电动汽车的高潮，不少人向往清洁时髦的新能源汽车要进

入寻常百姓家，而混合动力电动汽车被认为是本世纪解决汽车面临的石油能

源危机和环境污染问题的有效方案之一【1】。超级电容非常适合用于制动过程

中能量回收，而且成本较低【2】。通过与传统蓄电池组成复合电源， 在启动、

加速等高功率下采用超级电容供电， 可以延长蓄电池寿命【3】。另外电动车

除了价格的可接受外，解决随时随地的充电问题是才是棘手。而建设电动车

充电网络是一项庞大的事业，谁又能将充电变得像加油一样便捷？众所周

知，电动车的能量源泉是蓄电池，电动车从蓄电池中吸取的平均功率较低，

峰值功率却反而很大，又因为电动车的启动和停车相对汽车比较频繁，使得

蓄电池的放电过程变化很大。与电池相比，超级电容可以弥补燃料电池的比

功率不足，提高电池的寿命，最大限度的回收制动能量等效果。因此超级电

容的充电技术得到了人们的更广泛研究。

三、本课题在国内外的研究状况及发展趋势

目前, 世界各国争相研究、 并越来越多地将其应用到电动车上. 超级电容

已经成为电动车电源发展的新趋势【4-9】，而超级电容的充电技术是被认为解决电动车动力问题的最佳途径。

日本是将超级电容应用于混合动力电动汽车的先驱, 超级电容是近年来日

本电动车动力系统开发中的重要领域之一. 本田的 FCX燃料电池-超级电容混

合动力车是世界上最早实现商品化的燃料电池轿车, 该车已于 2002 年在日本和美国的加州上市。日产公司于 2002 年 6 月 24 日生产了安装有柴油机、 电动机和超级电容的并联混合动力卡车, 此外还推出了天然气-超级电容混合动客车, 该车的经济性是原来传统天然气汽车的 2.4倍. 目前, 装备超级电容的混合动力电动公交车已经成为日本的国家攻关项目。

瑞士的 PSI 研究所给一辆48 kW的燃料电池车安装了储能 360 Wh 的超级

电容组, 超级电容承担了驱动系统在减速和起动时的全部瞬态功率, 以50kW的15s额定脉冲功率来协助燃料电池工作, 牵引电机额定连续功率为45kW,峰值功率为 75 kW, 采用 360 V 的直流电源。 大众Bora 实验车进行的燃油消耗测试结果表明其油耗少于7L/100 km, 而相同质量的 BMW7 系列油耗则为10.7 L/100 km。1996 年俄罗斯的Eltran 公司研制出以超级电容作电源的电动汽车,采用

300个电容串联,充电一次可行驶12 km, 时速为25 km/h。美国在超级电容混合动力汽车方面的研究也取得了一定进展, Maxwell 公司所开发的超级电容器在各种类型电动汽车上都得到了良好的应用。美国NASALewis 研究中心研制的混合动力客车采用超级电容作为主要的能量存储系统【10】。

目前, 国内对以超级电容作为惟一能源的电动汽车的研究取得了一定的进

展,2004年7月我国首部电容蓄能变频驱动式无轨车在上海张江投入试运行, 该

公交车利用超级电容比功率大和公共交通定点停车的特点, 当电车停靠站时在 30 s 内快速充电, 充电后就可持续提供电能, 时速可达 44 km/ h。2005 年 1 月上海交通大学与山东烟台市签署协议, 共同投资开发超级电容公交电车, 计划在烟台福山区建一条 12 km 的示范线, 在福山高新技术产业区建立年产 1 万辆新型环，保超级电容公交车的生产基地. 哈尔滨工业大学和巨容集团研制的超级电容电动公交车, 可容纳50名乘客, 最高速度20 km/h。 但是, 国内目前

【11】 对超级电容-蓄电池复合电源电动车的设计及控制, 基本上还处于起步阶段。

由于超级电容具有比功率高、 循环寿命长、 充放电时间短等优点, 因此代

替电动车里的蓄电池而作为动力源而受到关注。随着电动车的深入研究, 超级电容已经成为近年来新型能源器件的一个研究热点, 它的市场份额也将会越来越大。由于超级电容比能量低的致命影响, 用超级电容作为惟一能源的电动车注定其续驶里程短, 难以推广应用。如果以超级电容作为惟一能源的电动车在近几年里想要进入实用阶段，那么超级电容的比能量就必须有突破性进展。超级电容和其他储能元件组成的复合电源系统兼顾了其他储能元件的高比能量和超级电容的高比功率的优点, 可以更好地满足电动车启动和加速性能的要求, 并能提高电动车制动能量的回收效率, 增加续驶里程。目前, 超级电容可以和蓄电池、 燃料电池、 飞轮电池等组成复合电源系统。由于燃料电池存在成本很高、 冷启动响应慢等缺陷, 因此近几年还处于实验阶段。飞轮电池的使用条件要求比较苛刻,再加上安全考虑, 因此目前还很难有所突破。对蓄电池的研究目前已相当成熟, 并且它成本相对较低, 在电动车能源领域占有重要的地位, 因此超级电容?蓄电池复合电源系统最具有竞争力。在纯电动车和合动力电动车上采用超级电容?蓄电池复合电源系统, 将是电动车领域未来发展的重要方向之一. 随着对电动车用超级电容的进一步研究和开发, 超级电容-蓄电池复合电源系统在满足性能和成本要求上更具有实用性, 其市场前景广阔, 经济效益显著。

四、本课题主要研究内容及步骤

研究内容

本课题主要研究超级电容的充电基本工作原理，了解超级电容在国内外的

发展现状及未来的发展趋势。在熟悉工作原理的基础上研究超级电容在电动车上的应用，以及与蓄电池相比其自身的优缺点。应用自己在电路方面的知识，设计超级电容在的电动车上应用的世界电路并用pspice软件进行仿真，最后对参数进行修改完善，使其符合实际要求。

步骤

1、 熟悉设计的任务和要求；

2、 查阅和学习相关文献资料，了解超级电容充电的工作原理；

3、总结文献资料，撰写开题报告。

4、掌握并熟练使用Pspice电路仿真软件，并能够通过计算机辅助设

计的手段对超级电容充电电路进行仿真研究。

5、毕业论文撰写，答辩。

五、完成论文的条件和拟采用的研究手段（途径）

仿真软件：Pspice电路仿真软件

研究手段：利用Pspice设计仿真电路

六、本课题进度安排、各阶段预期达到的目标：

 第2周：查阅相关资料，撰写开题报告

 第3周：提交开题报告、英文翻译

 第4周：研究方案制定

 第5周：学习Pspice软件

 第6-7周：超级电容充电电路设计

 第8-9周：超级电容充电电路仿真

 第10周：中期检查

 第11-12周：仿真研究与电路优化

 第13周：研究结果总结、分析

 第14周：总结整理，撰写论文

 第15周：论文撰写

 第16周：设计结果检查，提交论文初稿

 第17周：提交论文定稿，毕业答辩

七、参考文献：

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【2】 李媛媛， 陈英放， 方勤. 超级电容器在电动车上的应用 ［J］.江西能源，

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【3】 陈立超，张昕，张欣.超级电容式混合动力电动汽车控制策略的研究，2010

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【4】 BAISDEN A C, EM ADI A. ADVISOR -based model of a battery and an

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【5】 DIXON J W, ORT UZAR M E. U ltracapacitors+ DC-DC converters in

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