摘 要

面临环境问题和石油枯竭的双重危机，新能源汽车应运而生，其中混合动力汽车兼具传统内燃机汽车和电动汽车的优点，在保证动力性地同时，减少了燃油消耗。超级电容器作为新型储能源，由于能够克服传统动力电池存在的大电流充放电能力不足，循环寿命短等缺陷，在混合动力汽车中得到亲睐。为了保证安全性和可靠性，需要对超级电容器的寿命进行合理的分析并作出相应的控制策略。

本文主要对超级电容器寿命进行分析，对影响其寿命的主要因素温度和电压进行数据采集和实时监控。设计了相应的数据采集电路，以freescale的16位单片机作为主控单元，通过通信模块将采集到的温度和电压信息传送到单片机。再由单片机下达指令，通过控制电路实现对温度和电压的控制，使其处于有效工作范围。对于超出控制范围的情况使超级电容器立即断路并及时报警。从而使超级电容器能够处于最佳工作环境以达到延长其使用寿命的目的。

关键词：超级电容器，寿命，温度，电压

Abstract

Faced with invironment pollution and oil shortage, the new energy automobie come into being.Among of which HEV combine traditional ICEV with electric vehicle, which is not only promoting the vehicle dymamic performance, but also reduse fuel consumption. The traditional sourse power lack of charging and diasharge ang its life is short. However, Supercapacitor is one of the new sourse power,which could get over these problem. So supercapacitor is used in HEV as sourse energe .In order to promote safety and reliability of vehicle, we should analysis the life of supercapacitor and make up pointed control strategy.

The text mainly analysis the life of supercapacitor and find out the main influence factors to its life, such as temperature and voltage. Then, we desigen the date acquisition circuit. In order to monitor temperature and voltage. The text choose 16-bit microcontroller of freescale as main control unit, which could receive date through communication channel. The microcontroller will analysis this date and respond to it. If date is out of range, supercapacitor will stop work and give an alarm. Therefor supercapicitor could work at optimum condition and last its life.

Key word: supercapacitor; life; temperature; voltage

目录

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2电动力源 1

1.3超级电容器的研究现状 2

1.4本文主要研究内容 3

第二章 超级电容器的寿命分析 5

2.1超级电容器的原理和特点 5

2.2超级电容器的老化特征 7

2.3 超级电容器寿命的影响因素 8

2.4超级电容器的寿命估算 8

第三章 硬件设计 10

3.1总体方案 10

3.2.控制芯片的选用 11

3.3模块电压采集电路的设计 12

3.4总电压采集电路的设计 14

3.5温度采集电路的设计 14

3.6通信模块的设计 15

第四章 软件设计 16

4.1软件设计总体思想 16

4.2数据采集程序的设计 17

4.3通信程序 19

4.4热管理程序 20

4.5安全管理程序 22

第五章 总结与展望 24

5.1总结 24

5.2展望 24

附录 25

参考文献 28

第一章 绪论

1.1引言

21世纪以来，我国经济持续快速增长，各行业都得到了快速发展，其中汽车工业作为国民经济的支柱产业更是发展迅速。汽车作为当今社会不可缺少的交通工具，以其便捷高效的特点在日常生产生活中也发挥着重要作用，同时也促进了其他行业的发展，因此其社会需求量也日益增多。但其为我们日常生活提供便利的同时也带来了一系列问题。

随着汽车全球保有量的增加，世界范围内对石油的需求也在增加。汽车燃料和石油化工对石油的消耗，使其全球存储量急剧下降，面临枯竭的危机。据美国能源部预测，2020年以后全球石油将供不应求^【1】。而石油资源在世界范围内的分布极不均匀，大都集中在中东地区，占到全球石油存储量的55%，而我国所在的亚太地区只占到2.5%^【1】。而我国原油对外依存率在2011年就已达到55%^【2】。一但发生石油危机，经严重威胁到我国经济安全和国防安全。

传统内燃机造成的排气污染、粉尘污染、光化学污染、噪声污染等日益严重，已经影响了人们的日常生活。汽车尾气中包含多种有害物质，其中氮氧化物进入人体后会极大地损害人体呼吸系统和消化系统，引发一系列疾病，而且氮氧化物也是构成光化学污染的主要因素。SO2是形成酸雨的罪魁祸首，而CO2更是加剧了温室效应，影响了全球气候。

面对日益严重的环境问题和能源危机，汽车工业面临极大的挑战。低碳环保节能的新能源汽车应运而生，已成为21世纪汽车工业的发展热点。其中，混合动力汽车既具有传统内燃机汽车的动力性，又能一定程度减少燃油消耗，提高了经济型，因此混合动力汽车得到了快速发展。

混合动力汽车一般是指由传统的燃油机和另外的电动力源如电池共同供能的汽车。将电动机、原动机、能量存储装置等组合起来，进行匹配和优化，充分发挥出内燃机汽车和电动汽车各自的优势。因此，相比于纯电动汽车，则保证了动力性，还能带动空调、转向助力等设备，乘坐的舒适性也更好。因此相比于纯电动汽车，混合动力汽车更能满足顾客需求，迎合市场供应。目前比较成功的有丰田普锐斯混合动力汽车，凯美瑞混合动力汽车、比亚迪DM双模混合动力汽车等。

1.2电动力源

车用动力电源需要满足比能量高，比功率大，充放电效率高，相对稳定性好，使用成本低及安全性好等要求。2010年，工业和信息化部颁布了先进动力电池系统的规格和等级：工作温度为-20~55⁰C; 储存和运输温度为-40~80⁰C; 比能量≥90W.h/kg; 最大放电倍率≥5C; 最大冲电倍率≥3C; 循环寿命≥2000次（单体），1200次（系统）^[3]。

车用储能装置主要有蓄电池、超级电容器、燃料电池和飞轮电池等。^[3][4]