CN103287249A - 混合能量装置 - Google Patents

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CN103287249A CN2012100471640A CN201210047164A CN103287249A CN 103287249 A CN103287249 A CN 103287249A CN 2012100471640 A CN2012100471640 A CN 2012100471640A CN 201210047164 A CN201210047164 A CN 201210047164A CN 103287249 A CN103287249 A CN 103287249A
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Abstract

本发明涉及一种混合能量装置，该装置采用超级电容串并联组成超级电容模块组，既能充分发挥超级电容的大容量、高能量、高峰值放电电流、低纹波噪声、长充放电使用寿命的特点，可以串联成大容量高电压的储能模块模组，也可以并联成超能量的低压储能模块模组，还可以串并联混合成大容量高低压储能模块模组；同时，采用采用多回路功率模块、直流-直流变换器、直接能量转移、电压均衡混合控制等方式扩流扩容、多形式多回路进行功率控制，从而充分发挥超级电容的物理效能；该装置用于汽车，可全面改善及提升整车的电性能、动力性能及减排性能，提高电源能量的综合利用率，拓进整车的有效性能。

Description

混合能量装置
技术领域
本发明涉及一种超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制；直流-直流变换器电压均衡控制；直接能量转移电压均衡控制等组成的汽车混合能量/动力系统装置，尤其是一种能充分发挥超级电容的大容量、高能量、高峰值放电电流、低纹波噪声、长充放电使用寿命的均压控制体系性能作为汽车混合能量/动力系统装置使用，且模块或模组组合或混合形式灵活多变，即可串联成大容量高电压的储能模块模组；也可并联成超能量的低压储能模块模组；又可串并联混合成大容量高/低压储能模块模组，以扩容扩流、多形式多回路功率模块控制、直流-直流变换器均压控制、间接/直接能量转移均压控制等构成的电压均衡组合或混合控制模式集控着串、并、混联成为直接物理电荷效应的大容量、高能量、高峰值放电电流、低纹波电压噪声、长充放电使用寿命的电源储能模块模组，能够积聚成物理电荷的大容量、高能量、高峰值放电电流、低纹波电压噪声、长充放电使用寿命的储能(模块组)汽车混合能量/动力系统装置。全面改善及提升整车的电性能、动力性能及减排性能，提高电源能量的综合利用率，拓进整车的有效性能，也决定了其作为混合能量/动力系统装置在车载能量电源及车载新能源领域的应用。 
背景技术
传统工业电容的电荷容量及体积难以匹配，体积小时其电荷容量不大，电荷容量大时其体积也巨大，且受限于其自身容量的容抗和阻抗，该容抗和阻抗削弱了其电能量的吸收及释放(充放电过程)，物理电荷移动响应速度慢，大容量电容的应用因受其体积及制造工艺的制约，局限了其的应用及发展，实际应用中较少。超级电容因其体积小、低电压、电荷容量大、充放电寿命长、高物理电荷的放电电流、高输出功率、快速充电能力及适应温度范围宽，决定了其的应用领域及应用前景广泛，但其单体电压低(一般均为2.0～2.7V)，必须实行串联或串并联方式发挥其大容量/高放电电流/充放电寿命长/快速充电等一系列性能及自身特点；又因其容量大及材料工艺的差异，单体容量误差也会变大，当串联或串并联使用时，因其容量的误差而引起单体电压的差异性，单体容量误差大的会欠充电，单体容量误差小的会过充电，长期过充电的电容会因过压而坏损，长期欠充电的电容能量得不到有效发挥，正因为超级电容单体电压低需要串联或串并联形成电能量模块模组或设备才能得以充分有效的利用， 为保证其单体电压在一定范围内正常工作及能量的发挥，必须实行单体/单体模组电压的均衡或电压能量的转移，电压均衡及电压能量的间接或直接转移的控制效果决定了超级电容的使用寿命及物理电荷大能量释放的性能，也决定了其用作汽车混合能量/动力系统装置的可行性及有效性，能够更深层次的拓扑及利用超级电容的直接物理电荷效应及大容量、高能量、高峰值放电电流、长充放电使用寿命的物理储能性能作为汽车混合能量/动力系统装置。 
现有技术中的超级电容单体或多体模组电压(或能量)均衡控制一般采用如下技术方案：(1)“无任何均压控制的简单串联或串并联形式，即C1||C2||......Cn的串联形式或C1||C2||......Cn//Ca||Cb||......Cn1的串并联及C1//Ca||C2//Cb...//...||......Cn//Ca//Ca1||Cb//Cb1...//...||......Cn1串并混联形式”型电容模块模组；(2)“无源元器件(电阻、二极管或稳压二极管等组成)电压均衡控制的串联或串并联形式，即C1||C2||......Cn的串联形式或C1||C2||......Cn//Ca||Cb||......Cn1的串并联及C1//Ca||C2//Cb...//...||......Cn//Ca//Ca1||Cb//Cb1...//...||......Cn1串并混联形式”型电容模块模组；(3)“有源元器件(开关电阻、晶体三极管等组成)电压均衡控制的串联或串并联形式，即C1||C2||......Cn的串联形式或C1||C2||......Cn//Ca||Cb||......Cn1的串并联及C1//Ca||C2//Cb...//...||......Cn//Ca//Ca1||Cb//Cb1...//...||......Cn1串并混联形式”型电容模块模组；(4)“直流-直流变换器电压均衡控制的串联或串并联形式，即C1||C2||......Cn的串联形式或C1||C2||......Cn//Ca||Cb||......Cn1的串并联及C1//Ca||C2//Cb...//...||......Cn//Ca//Ca1||Cb//Cb1...//...||......Cn1串并混联形式”型电容模块模组。所述以上超级电容电压均衡控制方法或策略中：(1)只是采取了一种简单传统的直接串或串并联且无任何均压控制的方式，最易导致单体或多体模组欠压或过压而损坏且能量得不到充分利用；(2)无源元器件的电压均衡控制方式，只是采用了电阻、二极管或稳压二极管进行电压或能量的短路或泄能，均压效果差、能量消耗大且利用率极低下；(3)有源元器件的电压均衡控制方式，采用开关电阻、晶体三极管进行电压或能量的短路或泄能，耗能大且电源能量利用率低；(4)直流-直流变换器的电压均衡控制方式，采用DC-DC方式进行间接能量转移，虽提高了能量利用率，但随扩流扩容的增加，电压均衡控制会变得冗余复杂起来。 
发明内容
本发明的目的在于以超级电容为模块模组能量载体承接起一种汽车混合能量/动力系统装置，也在于保证及提高超级电容串联单体/并联多体模组的电压均衡/能量交换均衡及能量的有效利用率，实现串联单体/并联多体模组的电压能量适时有效的间接或直接转移，避免能量的消耗及过电压，同时采取扩流扩容、多形式多回路功率模块的控制策略，极易实现控制 超高电压/超大容量的模块模组的串并混联组合，以独立模块均压控制或混合系统均压控制方式，实现超大容量模组的电压均衡及电压能量的间接或直接转移，该控制效果决定了超级电容的使用寿命及物理电荷大能量释放(放电电流)的性能，使其物理电荷的大容量、高能量、高峰值放电电流、低纹波电压噪声、长充放电使用寿命得以有效的保障及物理性能在汽车混合能量/动力系统装置中得以充分发挥，进而充分发挥超级电容的大容量、高能量、高峰值放电电流、低纹波噪声、长充放电使用寿命的性能作为汽车混合能量/动力系统装置使用变得尤为现实尤为有效。 
可深层次的拓扑及利用超级电容的直接物理电荷效应及大容量、高能量、高峰值放电电流、长充放电使用寿命的物理储能性能作为汽车混合能量/动力系统装置，采取扩流扩容、多形式多回路功率模块的控制方式，可实现超高电压超大容量的模块模组的串并混联组合控制，以独立模块均压控制或混合模块均压控制来实现超大容量模组的电压均衡及电压能量的间接或直接转移，提高了超级电容模块模组的使用可靠性及电荷储能/电荷释放的物理有效性能。 
本发明所述汽车混合能量/动力系统装置旨在保证及提高超级电容单体/多体模组的电压均衡/能量交换均衡及能量的有效利用率，超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制、直流-直流变换器均压控制、直接能量转移均压控制、电压均衡混合控制系统包括：超级电容模块组；电压均衡有源控制/直流-直流变换器均压控制/直接能量转移均压控制等复合成的功率模块控制；电压均衡控制系统及其衍生控制系统，其目的在于保证单体或多体模组电容的电压均衡、能量均衡及能量的间接及直接转移，保持超级电容固有的物理储能性能在汽车混合能量/动力系统装置得到最佳发挥。 
一种混合能量装置，其特征在于包括超级电容模块组C、功率控制模块组A、电压均衡控制与衍生控制系统B，其中功率控制模块组A的作用为电压均衡有源控制、直流-直流变换器电压均衡控制以及直接能量转移电压均衡控制。 
上述的混合能量装置，其特征在于，所述超级电容模块组C由多个超级电容串联构成，这种串联型超级电容模块组通过电压均衡控制组合成大容量高电压的储能模块模组，用于提供高电压大电流低纹波噪声的电能输出；或者所述超级电容模块组C由多个超级电容并联构成，这种并联型超级电容模块模组通过电压均衡控制组合成超大容量低电压的储能模块模组，用于低电压超大电流低纹波噪声的电能输出；或者所述超级电容模块组C由多个超级电容采用串并联混合的方式构成，这种串并混联型超级电容模块模组通过电压均衡控制组合成大容量高低电压的储能模块模组，用于高低电压大电流低纹波噪声的电能输出。 
上述的混合能量装置，其特征在于，所述功率控制模块A采用电压均衡有源控制模块、直流-直流变换器电压均衡控制模块和直接能量转移电压均衡控制模块中的任意一种或者多 种模块的组合；其中电压均衡有源控制模块包括功率开关电阻或功率开关电阻矩阵，还包括有源性功率控制模块，其中有源性功率控制模块采用功率晶体管、晶体管矩阵、功率场效应管、功率场效应管矩阵、功率IGBT管或功率IGBT管矩阵中的一种或多种的组合控制功率，并受控于电压均衡控制与衍生控制系统B；直流-直流变换器电压均衡控制模块包括DC/AC能量存储变换器模块及AC/DC能量转换变换器模块，DC/AC能量存储变换器模块及AC/DC能量转换变换器模块受控于电压均衡控制与衍生控制系统B；直接能量转移电压均衡控制模块包括电压检测模块、功率控制双回路模块及飞渡电容模块，电压检测模块、功率控制双回路模块及飞渡电容模块受控于电压均衡控制与衍生控制系统B。 
上述的混合能量装置，其特征在于，所述DC/AC能量存储变换器模块包括LCC半桥IGBT模块及磁储能模块；或者所述DC/AC能量存储变换器模块包括全桥IGBT模块及磁储能模块；或者所述DC/AC能量存储变换器包括IGBT升压斩波模块、全桥IGBT模块及磁储能模块。 
上述的混合能量装置，其特征在于，所述AC/DC能量转换变换器模块包括能量转换二极管。 
上述的混合能量装置，其特征在于，在所述直接能量转移电压均衡控制模块中，电压检测模块监测超级电容的端电压并及时反馈到电压均衡控制与衍生控制系统B用以控制功率控制双回路模块的开关器件进行直接能量转移，功率控制双回路模块依据电压均衡控制与衍生控制系统B的指令开关双回路IGBT管转移超级电容盈余的能量或填充缺损的能量，飞渡电容模块直接存储超级电容富余的能量或直接填充亏缺的能量，电压均衡控制与衍生控制系统B经电压检测反馈控制双回路IGBT管的开关，盈余时从超级电容转移能量至飞渡电容，亏损时从飞渡电容转移能量至超级电容。 
一种汽车，将上述的混合能量装置作为汽车的动力装置。 
一种上述的汽车，所述混合能量装置还包括电压信号输入/输出系统E，闭环回路搭铁系统F，电压信号输出系统G；电压信号输入/输出系统E包括分别接驳于车载蓄电池正极的接头E1与负极的接头E2及发动机机体搭铁金属部件的接头E3；闭环回路搭铁系统F的线缆端子的一端接驳于接头E3，另一端呈放射状分散接驳于整车的搭铁部位；电压信号输出系统包括多个输出端G1、G2、......Gn，其中输出端G1、G2、G3、G4分别接驳于点火系统、照明系统、空调系统、音响系统。 
本发明的基本构想及基本工作原理：基于超级电容的单体体积小、电压低、物理电荷的大容量、高物理电荷的峰值放电电流、高输出功率、低纹波噪声、长充放电使用寿命、快速充电能力及适应温度范围宽的物理电荷储能性能和物理电荷释放性能，其物理电荷储能性能和释放性能决定了即可作为优良的电源储能模块模组，又可作为积聚物理电荷的大容量、高 能量、高峰值放电电流、低纹波电压噪声、长充放电使用寿命的电源储能(模块模组)设备，具备了作为汽车混合能量/动力系统装置的先决条件，也具备了广泛的应用领域及应用前景。本发明的基本工作原理为：为保证超级电容作为汽车混合能量/动力系统装置，凸显其大容量、高能量、高峰值放电电流、低纹波噪声、长充放电使用寿命物理储存和释放性能的充分发挥而采用的电压均衡/能量均衡控制体系，可串联成大容量高电压的储能模块组；也可混联成超能量的低压储能模块组；还可串并联混合成大容量高低压储能模块模组，以扩流、多形式多回路功率控制模块、直流-直流变换器均压控制、间接或直接能量转移均压控制的电压均衡/能量均衡混合控制模式集控着串、并、混联储能模块组的电压均衡和能量均衡，采用多回路功率模块、直流-直流变换器均压控制、直接能量转移均压控制、电压均衡/能量均衡混合控制策略，即保证了作为汽车混合能量/动力系统装置其物理电荷储存性能，也充分发挥了作为汽车混合能量/动力系统装置其物理电荷的释放性能，适时进行着电压和能量的间接或直接转移，避免能量的耗损及流失。电压均衡/能量均衡控制体系统包括：电容模块组；电压均衡控制、直流-直流变换器均压控制、间接或直接能量转移均压控制、复合功率模块控制；电压均衡控制系统及其衍生控制系统。电压均衡/能量均衡控制系统发出多路控制信号，分别制控着电压均衡控制模块、直流-直流变换器控制模块、直接能量转移控制模块、复合功率控制模块，同时检测感知各电压均衡控制模块的工作状态，且电压均衡控制系统适时检测电容单体或模组的电压状态、电压均衡性能、过压能量转移及扩容扩流均衡控制效果等，适时发出相应指令作出电压及能量的均衡调整和均衡转移，进而可更深层次的拓扑及利用超级电容的直接物理电荷性能的储存和释放效应，基于其的物理电荷性能和特性，决定了能够作为大容量、高能量、高峰值放电电流、低纹波噪声、长充放电使用寿命的汽车混合能量/动力系统装置(或电源能量储能模块组或电源能量储能设备)；同时汽车混合能量/动力系统装置与整车的接驳包括电压信号输入/输出系统E(E1、E2、E3)，闭环回路搭铁系统F(F1～Fn)，电压信号输出系统G(G1～Gn)，电压信号输入/输出系统包括E(E1、E2、E3)，E(E1、E2、E3)分别接驳于车载蓄电池正极的E1与负极的E2及发动机机体搭铁金属部件的E3；闭环回路搭铁系统包括F(F1～Fn)，F(F1～Fn)诸线缆端子的一端接驳于发动机机体搭铁金属部件E3，诸线缆端子的另一端呈放射状分散接驳于整车的搭铁部位；电压信号输出系统包括G(G1～Gn)，G(G1～Gn)分别为接驳于点火系统的G1，接驳于照明系统的G2，接驳于空调系统的G3，接驳于音响系统的G4......及接驳于信号处理系统的Gn。 
附图说明
图1为所有实施例的基本结构方框图，尤其是超级电容电压均衡电路控制构成的的汽车 混合能量/动力系统装置原理框图，是各实施例的根本和依据，后续实施例均是其分支及衍生。 
图2为实施例1应用于晶体管型的超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制；直流-直流变换器电压均衡控制；直接能量转移电压均衡控制等组成的汽车混合能量/动力系统装置的晶体三极管控制电压均衡电路原理框图。 
图3为实施例2应用于晶体管扩流矩阵型的超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制；直流-直流变换器电压均衡控制；直接能量转移电压均衡控制等组成的汽车混合能量/动力系统装置的晶体管扩流矩阵控制电压均衡电路原理框图。 
图4为实施例3应用于晶体管扩流扩容矩阵型的超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制；直流-直流变换器电压均衡控制；直接能量转移电压均衡控制等组成的汽车混合能量/动力系统装置的晶体管扩流扩容矩阵控制电压均衡电路原理框图。 
图5为实施例4应用于场效应管型的超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制；直流-直流变换器电压均衡控制；直接能量转移电压均衡控制等组成的汽车混合能量/动力系统装置的MOSFET场效应管控制电压均衡电路原理框图。 
图6为实施例5应用于场效应管扩流矩阵型的超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制；直流-直流变换器电压均衡控制；直接能量转移电压均衡控制等组成的汽车混合能量/动力系统装置的MOSFET场效应管扩流矩阵控制电压均衡电路原理框图。 
图7为实施例6应用于场效应管扩流扩容矩阵型的超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制；直流-直流变换器电压均衡控制；直接能量转移电压均衡控制等组成的汽车混合能量/动力系统装置的MOSFET场效应管扩流扩容矩阵控制电压均衡电路原理框图。 
图8为实施例7应用于IGBT管型的超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制；直流-直流变换器电压均衡控制；直接能量转移电压均衡控制等组成的汽车混合能量/动力系统装置的IGBT管控制电压均衡电路原理框图。 
图9为实施例8应用于IGBT管扩流矩阵型的超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制；直流-直流变换器电压均衡控制；直接能量转移电压均衡控制等组成的汽车混合能量/动力系统装置的IGBT管扩流矩阵控制电压均衡电路原理框图。 
图10为实施例9应用于IGBT管扩流扩容矩阵型的超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制；直流-直流变换器电压均衡控制；直接能量转移电压均衡控制等组成的汽车混合能量/动力系统装置的IGBT管扩流扩容矩阵控制电压均衡电路原理框图。 
图11为实施例10应用于斩波式DC-DC直流变换器型的超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制；直流-直流变换器电压均衡控制；直接能量转移电压均衡控制等 组成的汽车混合能量/动力系统装置的斩波型全桥控制电压均衡电路原理框图。 
图12为实施例11应用于DC-DC直流变换器型的超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制；直流-直流变换器电压均衡控制；直接能量转移电压均衡控制等组成的汽车混合能量/动力系统装置的LCC半桥控制电压均衡电路原理框图。 
图13为实施例12应用于DC-DC直流交换器型的超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制；直流-直流变换器电压均衡控制；直接能量转移电压均衡控制等组成的汽车混合能量/动力系统装置的全桥控制电压均衡电路原理框图。 
图14为实施例13应用于飞渡电容器直接能量转移型的超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制；直流-直流变换器电压均衡控制；直接能量转移电压均衡控制等组成的汽车混合能量/动力系统装置的直接能量转移控制电压均衡电路原理框图。 
图中，A1、A2......An1为电压均衡控制模块；B为电压均衡(微)控制系统；Ca、Cb......Cn为电容模块模组。电压均衡模块包括由开关电阻矩阵、开关管(晶体管、场效应管或IGBT管)矩阵及控制部分构成；或由DC-DC直流变换均匀控制器、磁感储能变换转换器阵列、二极管阵列、回路控制及控制部分构成；或由直接能量转移变换均匀控制器的电压检测模块阵列、功率控制双回路模块阵列、飞渡电容模块及控制部分构成；电压均衡(微)控制系统控制着电压均衡模块及电压均衡/能量均衡结果的反馈且时时作出相应的控制调整；超级电容模块模组由单体电容经串、并、混联构成。电压信号输入/输出系统E(E1、E2、E3)，闭环回路搭铁系统F(F1～Fn)，电压信号输出系统G(G1～Gn)。电压信号输入/输出系统包括E(E1、E2、E3)，E(E1、E2、E3)分别接驳于车载蓄电池正极的E1与负极的E2及发动机机体搭铁金属部件的E3；闭环回路搭铁系统包括F(F1～Fn)，F(F1～Fn)诸线缆端子的一端接驳于发动机机体搭铁金属部件E3，诸线缆端子的另一端呈放射状分散接驳于整车的搭铁部位；电压信号输出系统包括G(G1～Gn)，G(G1～Gn)分别为接驳于点火系统的G1，接驳于照明系统的G2，接驳于空调系统的G3，接驳于音响系统的G4......及接驳于信号处理系统的Gn。 
具体实施方式
实施例1，应用于晶体管控制型的超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制；直流-直流变换器电压均衡控制；直接能量转移电压均衡控制等组成的汽车混合能量/动力系统装置。 
参照图2，本例所述的串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块、直流-直流变换器、直接能量转移、电压均衡混合控制系统，由A(A1～An1)电压均衡控制模块；B电压均衡(微)控制系统；C(Ca～Cn1)电容模块模组构成，A(A1～An1)电压均衡模块包括开关电阻、开 关管(晶体管)及电压均衡控制部分等构成晶体三极管控制电压均衡电路；汽车混合能量/动力系统装置还包括电压信号输入/输出系统E(E1、E2、E3)，闭环回路搭铁系统F(F1～Fn)，电压信号输出系统G(G1～Gn)。电压信号输入/输出系统包括E(E1、E2、E3)，E(E1、E2、E3)分别接驳于车裁蓄电池正极的E1与负极的E2及发动机机体搭铁金属部件的E3；闭环回路搭铁系统包括F(F1～Fn)，F(F1～Fn)诸线缆端子的一端接驳于发动机机体搭铁金属部件E3，诸线缆端子的另一端呈放射状分散接驳于整车的搭铁部位；电压信号输出系统包括G(G1～Gn)，G(G1～Gn)分别为接驳于点火系统的G1，接驳于照明系统的G2，接驳于空调系统的G3，接驳于音响系统的G4......及接驳于信号处理系统的Gn。 
基本工作及施加原理为：B电压均衡(微)控制系统检测感知超级电容C(Ca～Cn1)的端电压高低及电压能量，控制着A(A1～An1)电压均衡模块的开关电阻、开关管(晶体管或矩阵)进行电压均衡/能量均衡的能量转移，并将电压均衡/能量均衡的控制结果时时反馈给B电压均衡(微)控制系统，以作出适时的相应的电压及能量的均衡控制调整(间接转移)，避免因电容C(Ca～Cn1串并联)模块组个体数量及容量的差异性引起的电压/能量的不均衡或过电压/过能量，延长其使用寿命及保证其物理电荷的储存释放性能；电压信号输入/输出系统包括E(E1、E2、E3)，电压信号输入/输出系统E(E1、E2、E3)的E1接驳于车载蓄电池正极，E2接驳于蓄电池负极，E3接驳于发动机机体搭铁金属部件；闭环回路搭铁系统包括F(F1～Fn)，闭环回路搭铁系统F(F1～Fn)诸线缆端子的一端于发动机机体搭铁金属部件E3处接驳，诸线缆端子的另一端呈放射状分散接驳于整车的搭铁部位；电压信号输出系统包括G(G1～Gn)，G(G1～Gn)分别为接驳于点火系统的G1，接驳于照明系统的G2，接驳于空调系统的G3，接驳于音响系统的G4......及接驳于信号处理系统的Gn。 
实施例2，应用于晶体管扩流矩阵控制型的超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制；直流-直流变换器电压均衡控制；直接能量转移电压均衡控制等组成的汽车混合能量/动力系统装置。 
参照图3，A(A1～An1)电压均衡模块由开关电阻矩阵、开关管矩阵(晶体管矩阵)控制构成的晶体管扩流矩阵控制电压均衡电路，实施电阻矩阵及开关管矩阵电压均衡控制，扩大均衡控制电流的同时，提高了电压均衡/能量均衡的能量转移的物理电场性能，其余与实施例1相同，工作原理也相同。 
实施例3，应用于晶体管扩流扩容矩阵控制型的超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制；直流-直流变换器电压均衡控制；直接能量转移电压均衡控制等组成的汽车混合能量/动力系统装置。 
参照图4，A(A1～An1)电压均衡模块由开关电阻矩阵、开关管矩阵(晶体管矩阵)控 制构成的晶体管扩流矩阵控制电压均衡电路；由C(C1//Ca||C2//Cb...//...||......Cn//Ca//Ca1||Cb//Cb1...//...||......Cn)构成并/串联扩容模块组，实施电阻矩阵及开关管矩阵电压均衡控制，扩大均衡控制电流的同时，提高了并/串联扩容模块组的电压均衡/能量均衡的能量转移的物理电场性能，其余与实施例1相同，工作原理也相同。 
实施例4，应用于场效应管控制型的超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制；直流-直流变换器电压均衡控制；直接能量转移电压均衡控制等组成的汽车混合能量/动力系统装置。 
参照图5，本例所述的串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块、直流-直流变换器、直接能量转移、电压均衡混合控制系统，由A(A1～An1)电压均衡控制模块；B电压均衡(微)控制系统；C(Ca～Cn)电容模块模组构成，A(A1～An1)电压均衡模块包括开关电阻、开关管(MOSFET场效应管)及电压均衡控制部分等构成MOSFET场效应管控制电压均衡电路。 
基本工作及施加原理为：B电压均衡(微)控制系统检测感知超级电容C(Ca～Cn)的端电压高低及电压能量，控制着A(A1～An1)电压均衡模块的开关电阻、开关管(MOSFET场效应管或矩阵)进行电压均衡/能量均衡的能量转移，并将电压均衡/能量均衡的控制结果时时反馈给B电压均衡(微)控制系统，以作出适时的相应的电压及能量的均衡控制调整(间接转移)，避免因电容C(Ca～Cn或并串联)模块组个体数量及容量的差异性引起的电压/能量的不均衡或过电压/过能量，延长其使用寿命及保证其物理电荷的储存释放性能，其余与实施例1相同，工作原理也相同。 
实施例5，应用于场效应管扩流矩阵控制型的超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制；直流-直流变换器电压均衡控制；直接能量转移电压均衡控制等组成的汽车混合能量/动力系统装置。 
参照图6，A(A1～An1)电压均衡模块由开关电阻矩阵、开关管矩阵(MOSFET场效应管矩阵)控制构成的MOSFET场效应管扩流矩阵控制电压均衡电路，实施电阻矩阵及开关管矩阵电压均衡控制，扩大均衡控制电流的同时，提高了电压均衡/能量均衡的能量转移的物理电场性能，其余与实施例1、4相同，工作原理也相同。 
实施例6，应用于场效应管扩流扩容矩阵控制型的超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制；直流-直流变换器电压均衡控制；直接能量转移电压均衡控制等组成的汽车混合能量/动力系统装置。 
参照图7，本例所述的A(A1～An1)电压均衡模块由开关电阻矩阵、开关管矩阵(MOSFET场效应管矩阵)控制构成的MOSFET场效应管扩流矩阵控制电压均衡电路；由C(C1//Ca||C2//Cb...//...||......Cn//Ca//Ca1||Cb//Cb1...//...||......Cn1)构成并/串联扩容模块组，实 施电阻矩阵及开关管矩阵电压均衡控制，扩大均衡控制电流的同时，提高了并/串联扩容模块组的电压均衡/能量均衡的能量转移的物理电场性能，其余与实施例1、4相同，工作原理也相同。 
实施例7，应用于IGBT管控制型的超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制；直流-直流变换器电压均衡控制；直接能量转移电压均衡控制等组成的汽车混合能量/动力系统装置。 
参照图8，本例所述的串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块、直流-直流变换器、直接能量转移、电压均衡混合控制系统，由A(A1～An1)电压均衡控制模块；B电压均衡(微)控制系统；C(Ca～Cn)电容模块模组构成，A(A1～An1)电压均衡模块包括开关电阻、开关管(IGBT管)及电压均衡控制部分等构成IGBT管控制电压均衡电路。 
基本工作及施加原理为：B电压均衡(微)控制系统检测感知超级电容C(Ca～Cn)的端电压高低及电压能量，控制着A(A1～An1)电压均衡模块的开关电阻、开关管(IGBT管或矩阵)进行电压均衡/能量均衡的能量转移，并将电压均衡/能量均衡的控制结果时时反馈给B电压均衡(微)控制系统，以作出适时的相应的电压及能量的均衡控制调整(间接转移)，避免因电容C(Ca～Cn或并串联)模块组个体数量及容量的差异性引起的电压/能量的不均衡或过电压/过能量，延长其使用寿命及保证其物理电荷的储存释放性能，其余与实施例1、4相同，工作原理也相同。 
实施例8，应用于IGBT管扩流矩阵控制型的超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制；直流-直流变换器电压均衡控制；直接能量转移电压均衡控制等组成的汽车混合能量/动力系统装置。 
参照图9，本例所述的A(A1～An1)电压均衡模块由开关电阻矩阵、开关管矩阵(IGBT管矩阵)控制构成的IGBT场效应管扩流矩阵控制电压均衡电路，实施电阻矩阵及开关管矩阵电压均衡控制，扩大均衡控制电流的同时，提高了电压均衡/能量均衡的能量转移的物理电场性能，其余与实施例1、7相同，工作原理也相同。 
实施例9，应用于IGBT管扩流扩容矩阵控制型的超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制；直流-直流变换器电压均衡控制；直接能量转移电压均衡控制等组成的汽车混合能量/动力系统装置。 
参照图10，本例所述的A(A1～An1)电压均衡模块由开关电阻矩阵、开关管矩阵(IGBT管矩阵)控制构成的IGBT管扩流矩阵控制电压均衡电路；由C(C1//Ca||C2//Cb...//...||......Cn//Ca//Ca1||Cb//Cb1...//...||......Cn1)构成并/串联扩容模块组，实施电阻矩阵及开关管矩阵电压均衡控制，扩大均衡控制电流的同时，提高了并/串联扩容模块组的电压均衡/能 量均衡的能量转移的物理电场性能，其余与实施例1、7相同，工作原理也相同。 
实施例10，应用于斩波式DC-DC直流变换均衡控制器全桥控制型的超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制；直流-直流变换器电压均衡控制；直接能量转移电压均衡控制等组成的汽车混合能量/动力系统装置。 
参照图11，本例所述的串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块、直流-直流变换器、直接能量转移、电压均衡混合控制系统，由A(A1～An1)电压均衡控制模块；B电压均衡(微)控制系统；C(Ca～Cn)电容模块模组构成，A(A1～An1)电压均衡混合模块包括升压斩波电路、IGBT全桥模式的DC-AC能量储存变换器、磁感储能器、二极管阵列及AC-DC能量转换变换器组成的电压均衡/能量均衡控制部分，构成斩波型全桥控制电压均衡电路。 
基本工作及施加原理为：B电压均衡(微)控制系统检测感知超级电容C(Ca～Cn)的端电压高低及电压能量，控制着A(A1～An1)电压均衡模块的直流电压经IGBT斩波升压，IGBT全桥DC/AC能量变换存储器存储，再经磁感储能器、二极管阵列及AC/DC能量转换变换器进行电压均衡/能量均衡的能量间接转移，并将电压均衡/能量均衡的控制结果时时反馈给B电压均衡(微)控制系统，以作出适时的相应的电压及能量的均衡控制调整(间接转移)，避免因电容C(Ca～Cn串并联)模块组个体数量及容量的差异性引起的电压/能量的不均衡或过电压/过能量，延长其使用寿命及保证其物理电荷的储存释放性能，其余与实施例1相同，工作原理也相同。 
实施例11，应用于DC-DC直流变换器LCC半桥IGBT控制型的超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制；直流-直流变换器电压均衡控制；直接能量转移电压均衡控制等组成的汽车混合能量/动力系统装置。 
参照图12，本例所述的串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块、直流-直流变换器、直接能量转移、电压均衡混合控制系统，由A(A1～An1)电压均衡控制模块；B电压均衡(微)控制系统；C(Ca～Cn)电容模块模组构成，A(A1～An1)电压均衡混合模块包括半桥储能电容电路、LCC半桥IGBT控制模式的DC-AC能量储存变换器、磁感储能器、二极管阵列及AC-DC能量转换变换器组成的电压均衡/能量均衡控制部分，构成LCC半桥控制电压均衡电路。 
基本工作及施加原理为：B电压均衡(微)控制系统检测感知超级电容C(Ca～Cn)的端电压高低及电压能量，控制着A(A1～An1)电压均衡模块的直流电压经LCC半桥DC/AC能量变换存储器存储，再经磁感储能器、二极管阵列及AC/DC能量转换变换器进行电压均衡/能量均衡的能量间接转移，并将电压均衡/能量均衡的控制结果时时反馈给B电压均衡(微)控制系统，以作出适时的相应的电压及能量的均衡控制调整(间接转移)，避免因电容C(Ca～Cn串并联)模块组个体数量及容量的差异性引起的电压/能量的不均衡或过电压/过能量，延长 其使用寿命及保证其物理电荷的储存释放性能。其余与实施例1相同，工作原理也相同。 
实施例12，应用于DC-DC直流变换均压控制器IGBT全桥控制型的超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制；直流-直流变换器电压均衡控制；直接能量转移电压均衡控制等组成的汽车混合能量/动力系统装置。 
参照图13，本例所述的串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块、直流-直流变换器、直接能量转移、电压均衡混合控制系统，由A(A1～An1)电压均衡控制模块；B电压均衡(微)控制系统；C(Ca～Cn)电容模块模组构成，A(A1～An1)电压均衡混合模块包括IGBT全桥控制模式的DC-AC能量储存变换器、磁感储能器、二极管阵列及AC-DC能量转换变换器组成的电压均衡/能量均衡控制部分，构成IGBT全桥控制电压均衡电路，A(A1～An1)电压均衡模块控制IGBT全桥的能量经DC/AC能量变换存储器存储，再经磁感储能器、二极管阵列及AC/DC能量转换变换器进行电压均衡/能量均衡的能量间接转移，其余与实施例1、11相同，工作原理也相同。 
实施例13，应用于飞渡电容器直接能量转移控制型的超级电容串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制；直流-直流变换器电压均衡控制；直接能量转移电压均衡控制等组成的汽车混合能量/动力系统装置。 
参照图14，本例所述的串并联、扩流扩容、多形式多回路功率模块、直流-直流变换器、直接能量转移、电压均衡混合控制系统，由A(A1～An1)电压均衡控制模块；B电压均衡(微)控制系统；C(Ca～Cn)电容模块模组；电压检测模块；飞渡电容模块组构成，A(A1～An1)电压均衡混合模块包括IGBT管控制的电压及能量直接灌入及灌出的回路控制电路1、IGBT管组成的电压及能量直接灌出的回路控制电路2组成的电压均衡/能量均衡控制部分，构成飞渡电容器直接能量转移控制电压均衡电路。 
基本工作及施加原理为：电压检测模块检测感知超级电容C(Ca～Cn)的端电压高低及能量的大小，及时反馈给B电压均衡(微)控制系统，控制着A(A1～An1)电压均衡混合模块的IGBT管组成的电压及能量直接灌入及灌出的回路控制电路1及IGBT管组成的电压及能量直接灌出的回路控制电路2组成的电压均衡/能量均衡的电压及能量的均衡灌入/灌出到飞渡电容模块，及时直接转移电容模块组多余的能量或填充缺少的能量，飞波电容模块作为能量的中继站直接存储电容模块组富余的能量或直接填充亏缺的能量，B微控制系统经电压检测反馈控制双回路IGBT管组成的电压及能量直接灌入及灌出的回路控制电路1及IGBT管组成的电压及能量直接灌出的回路控制电路2的开启关断，盈余时从电容模块组转移能量至飞渡电容，亏损时从飞渡电容转移能量至电容模块组，实现了能量的直接转移，并将电压均衡/能量均衡的控制结果时时反馈给B电压均衡(微)控制系统，以作出适时的相应的电压及能 量的直接均衡调整控制，避免因电容C(Ca～Cn串并联)模块组个体数量及容量的差异性引起的电压/能量的不均衡或过电压/过能量，延长其使用寿命及保证其物理电荷的储存释放性能，避免了能量转移中的损耗流失、全面提高了能量的利用率及降低了能量的耗损率，其余与实施例1相同，工作原理也相同。 
将上述各实施例的超级电容串并混联、扩流扩容、多形式多回路功率模块控制、直流-直流变换器控制、直接能量转移控制等组成的电路系统制成电路板印刷图，配备相关的硬件(超级电容模块组、电子元器件及模块)及软件(程序和编程系统)，再适配各种型号规格的接插适配器/线缆及外壳，封装成一体化超级电源模块设备或高能量物理电荷电源模块设备，即可适配成为汽车混合能量/动力系统装置。 

Claims (8)

1.一种混合能量装置，其特征在于包括超级电容模块组C、功率控制模块组
A、电压均衡控制与衍生控制系统B，其中功率控制模块组A的作用为电压均衡有源控制、直流-直流变换器电压均衡控制以及直接能量转移电压均衡控制。
2.一种根据权利要求1所述的混合能量装置，其特征在于，所述超级电容模块组C由多个超级电容串联构成，这种串联型超级电容模块组通过电压均衡控制组合成大容量高电压的储能模块模组，用于提供高电压大电流低纹波噪声的电能输出；或者所述超级电容模块组C由多个超级电容并联构成，这种并联型超级电容模块模组通过电压均衡控制组合成超大容量低电压的储能模块模组，用于低电压超大电流低纹波噪声的电能输出；或者所述超级电容模块组C由多个超级电容采用串并联混合的方式构成，这种串并混联型超级电容模块模组通过电压均衡控制组合成大容量高低电压的储能模块模组，用于高低电压大电流低纹波噪声的电能输出。
3.一种根据权利要求1所述的混合能量装置，其特征在于，所述功率控制模块A采用电压均衡有源控制模块、直流-直流变换器电压均衡控制模块和直接能量转移电压均衡控制模块中的任意一种或者多种模块的组合；其中电压均衡有源控制模块包括功率开关电阻或功率开关电阻矩阵，还包括有源性功率控制模块，其中有源性功率控制模块采用功率晶体管、晶体管矩阵、功率场效应管、功率场效应管矩阵、功率IGBT管或功率IGBT管矩阵中的一种或多种的组合控制功率，并受控于电压均衡控制与衍生控制系统B；直流-直流变换器电压均衡控制模块包括DC/AC能量存储变换器模块及AC/DC能量转换变换器模块，DC/AC能量存储变换器模块及AC/DC能量转换变换器模块受控于电压均衡控制与衍生控制系统B；直接能量转移电压均衡控制模块包括电压检测模块、功率控制双回路模块及飞渡电容模块，电压检测模块、功率控制双回路模块及飞渡电容模块受控于电压均衡控制与衍生控制系统B。
4.一种根据权利要求3所述的混合能量装置，其特征在于，所述DC/AC能量存储变换器模块包括LCC半桥IGBT模块及磁储能模块；或者所述DC/AC能量存储变换器模块包括全桥IGBT模块及磁储能模块；或者所述DC/AC能量存储变换器包括IGBT升压斩波模块、全桥IGBT模块及磁储能模块。
5.一种根据权利要求4所述的混合能量装置，其特征在于，所述AC/DC能量转换变换器模块包括能量转换二极管。
6.一种根据权利要求3所述的混合能量装置，其特征在于，在所述直接能量转移电压均衡控制模块中，电压检测模块监测超级电容的端电压并及时反馈到电压均衡控制与衍生控制系统B用以控制功率控制双回路模块的开关器件进行直接能量转移，功率控制双回路模块依据电压均衡控制与衍生控制系统B的指令开关双回路IGBT管转移超级电容盈余的能量或填充缺损的能量，飞波电容模块直接存储超级电容富余的能量或直接填充亏缺的能量，电压均衡控制与衍生控制系统B经电压检测反馈控制双回路IGBT管的开关，盈余时从超级电容转移能量至飞渡电容，亏损时从飞渡电容转移能量至超级电容。
7.一种汽车，将权利要求1-6所述的混合能量装置作为汽车的动力装置。
8.一种根据权利要求7所述的汽车，所述混合能量装置还包括电压信号输入/输出系统E，闭环回路搭铁系统F，电压信号输出系统G；电压信号输入/输出系统E包括分别接驳于车载蓄电池正极的接头E1与负极的接头E2及发动机机体搭铁金属部件的接头E3；闭环回路搭铁系统F的线缆端子的一端接驳于接头E3，另一端呈放射状分散接驳于整车的搭铁部位；电压信号输出系统包括多个输出端G1、G2、......Gn，其中输出端G1、G2、G3、G4分别接驳于点火系统、照明系统、空调系统、音响系统。
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