CN103481785A - 增程式动力系统及其双电压保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增程式动力系统及其双电压保护方法。该增程式动力系统包括：动力电池组、超级电容组、分别与所述动力电池组和所述超级电容组电连接的第一接触器和第二接触器、功率二极管、预充电回路、发电系统、驱动系统和整车控制器，其中，整车控制器在监测到所述发电系统发生故障、且所述超级电容组的电压无法抬升时，控制所述第一接触器、所述第二接触器和所述预充电回路以实现双电压工作。因此本发明的动力系统的双电压平台可以工作在任何工况下，保证了制动能量的高效回收，有效地提高了整车的节油率。

Description

增程式动力系统及其双电压保护方法
技术领域
本发明涉及新能源车辆的动力系统领域，尤其涉及一种增程式动力系统及其双电压保护方法。
背景技术
纯电动汽车具有节能、低噪声、零排放等突出优点，是电动汽车发展的重要方向之一，但是由于目前阶段充电站建设的限制，纯电动汽车受到续驶里程的制约，难以得到市场的认可。国家鼓励发展混合动力电动汽车，而增程式电动汽车是混合动力电动汽车的重要方向。增程式电动汽车是一种特殊的纯电动汽车，其通过蓄电池和内燃机作为驱动装置的动力源，分割了用电与用油的时间，增加了纯电动车的续驶里程，又兼具了混合动力车的特点。
如图1所示，动力系统包括动力电池系统1、超级电容系统2、接触器7、接触器8、功率二极管9、发电电机52、整车控制器6以及双电机控制器51、驱动电机53和辅助电源系统4。
当发电电机52正常工作时，整车控制器6控制接触器7与接触器8闭合。由于功率二极管9反向截止，发电电机52产生的能量全部储存至超级电容组21。当超级电容组21的电压与动力电池组11电压接近时，闭合接触器7。动力电池系统1通过功率二极管9与超级电容系统2相连接，这就是双电压工作，其具有电池充放电流小、电容回收能量效率高的优点。
当车辆制动时，由于功率二极管9反向截止，电制动回收能量全部回收到超级电容组21中，制动能量回收效率与使用纯超级电容系统相同，实现了制动能量的高效回收。
当车辆驱动时，由于回收制动能量后超级电容组21的电压高于动力电池组11的电压，功率二极管9工作在截止状态。此时，超级电容系统2为车辆驱动系统提供能量。当超级电容组21的电压低于动力电池组11的电压时，功率二极管9导通，动力电池系统1开始为车辆驱动系统提供能量。
但是在实际运行过程中，当增程式混合动力系统的发电系统不能正常工作时，为避免蓄电池对超级电容器进行短路充电的电流冲击，整车控制器将控制断开超级电容组。结果导致，当车辆驱动时，车辆仅能在动力电池组容量范围内纯电动模式运行，且当车辆制动时，电制动能量无法回收。
基于以上，当发电系统不能正常工作时，超级电容组被断开，无法实现双电压工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是需要提供一种增程式动力系统，该系统具有双电压存储装置，可以实现制动能量的高效回收。此外，还提供了一种在发电系统不能正常工作时，仍能使双电压工作实现的增程式动力系统的双电压保护方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种增程式动力系统，包括：动力电池组；超级电容组；分别与所述动力电池组和所述超级电容组电连接的第一接触器和第二接触器；功率二极管，其电性连接所述第一接触器和所述第二接触器；预充电回路，其电性连接所述功率二极管和所述第二接触器；发电系统，其用于发电产生电能量；驱动系统，其用于驱动车辆及回馈制动能量；整车控制器，其在监测到所述发电系统发生故障、且所述超级电容组的电压无法抬升时，控制所述第一接触器、所述第二接触器和所述预充电回路以实现所述动力电池组和所述超级电容组的双电压工作，从而实现所述驱动系统的回馈制动能量的回收。
在一个实施例中，所述预充电回路包括一电阻、与该电阻串联的第三接触器以及与该电阻和第三接触器并联的第四接触器。
在一个实施例中，所述整车控制器在监测到所述发电系统发生故障、所述超级电容组的电压无法抬升时，控制所述第一接触器、第二接触器和第三接触器闭合。
在一个实施例中，所述预充电回路还包括一温度传感器，其将采集到的关于所述预充电回路的温度传输给所述整车控制器；所述整车控制器在监测到所述预充电回路的温度超过设定值时，断开所述第三接触器。
在一个实施例中，所述整车控制器在监测到所述发电系统正常工作时，控制所述第三接触器断开以及控制所述第一接触器、第二接触器、第四接触器闭合。
在一个实施例中，所述整车控制器在监测到所述发电系统发生故障、且所述超级电容组的电压被抬升至与所述动力电池组的电压接近时，控制所述第三接触器断开以及控制所述第一接触器、第二接触器、第四接触器闭合。
根据本发明的另一方法，还提供了一种增程式动力系统的双电压保护方法，所述增程式动力系统包括动力电池组、超级电容组、分别与所述动力电池组和所述超级电容组电连接的第一接触器和第二接触器、连接所述第一接触器和所述第二接触器的功率二极管、连接所述功率二极管和所述第二接触器的预充电回路、发电系统、驱动系统和整车控制器，该保护方法包括：所述整车控制器在监测到所述发电系统发生故障、且所述超级电容组的电压无法抬升时，控制所述第一接触器、所述第二接触器和所述预充电回路以实现所述动力电池组和所述超级电容组的双电压工作，从而实现所述驱动系统的回馈制动能量的回收。
在一个实施例中，所述整车控制器在监测到所述发电系统发生故障、所述超级电容组的电压无法抬升时，控制所述第一接触器、第二接触器和所述预充电回路中的第三接触器闭合，其中所述预充电回路包括一电阻、与该电阻串联的第三接触器以及与该电阻和第三接触器并联的第四接触器。
在一个实施例中，所述整车控制器在监测到预充电回路的温度超过设定值时，断开所述第三接触器。
在一个实施例中，所述整车控制器在监测到所述发电系统正常工作时，或所述整车控制器在监测到所述发电系统发生故障、且所述超级电容组的电压被抬升至与所述动力电池组的电压接近时，控制所述第三接触器断开以及控制所述第一接触器、第二接触器、第四接触器闭合。
与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：
在增程式动力系统中，本发明采用预充电回路，在发电系统发生故障、超级电容组电压无法抬升时，由整车控制器控制接通预充电回路，从而对超级电容组进行保护，保证了双电压工作，实现了任何工况下制动能量的高效回收。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是现有技术的增程式电动车辆的动力系统的结构的示意图；
图2是根据本发明一实施例的增程式电动车辆的动力系统的结构的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。
图2所示的是本发明一实施例的增程式电动车辆的动力系统的结构的示意图。
如图2所示，动力系统包括动力电池系统1、超级电容系统2、预充电回路3、接触器7、接触器8、功率二极管9、发电电机52、驱动电机53、辅助电源系统4、整车控制器6以及双电机控制器51。
动力系统中的动力电池系统1包括动力电池组11与动力电池管理系统12，其中动力电池组11优选为电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车提供动力的蓄电池。超级电容系统2包括超级电容组21与超级电容管理系统22，其中，超级电容组21用于提供车辆驱动能量，并且存储所回收的车辆制动能量。接触器7与接触器8分别与动力电池系统1和超级电容系统2连接，并且功率二极管9电性连接接触器7与接触器8。预充电回路3，其电性连接功率二极管9和接触器8。
在现有技术中，当检测到发电电机52不能正常工作时，整车控制器6控制断开接触器8以保护超级电容组21，从而造成双电压平台失效。这种保护措施使得当车辆驱动时，车辆仅能在动力电池组11容量范围内以纯电动模式运行；当车辆制动时，因接触器8处于断开状态，且功率二极管9反向截止，电制动能量无法回收至超级电容组21。
在本实施例中，整车控制器6在监测到发电电机52发生故障、且超级电容组21的电压无法抬升时，控制所述接触器7、接触器8以及预充电回路3以实现动力电池组11和超级电容组21的双电压工作，从而实现驱动电机53的回馈制动能量的回收。
优选地，预充电回路3包括电阻31、与电阻31串联的接触器32以及与电阻31和接触器32并联的接触器33。由整车控制器6控制接触器7、接触器8和接触器32闭合。将预充电回路3的电阻31接入电路，动力电池组11通过电阻31对超级电容组21充电，从而避免动力电池组11对超级电容组21短路充电，当超级电容组21的电压与动力电池组11的电压接近时，动力电池组11停止对超级电容组21充电。
这样，通过预充电回路3可以有效地避免动力电池组11对超级电容组21进行短路充电而引起的电流冲击，起到保护超级电容组21的作用，从而使得动力系统在任何工况下都可以实现双电压工作。
在本实施例中，优选地，预充电回路3还包括温度传感器（未示出），其将采集到的关于预充电回路3的温度信息传输给整车控制器6。根据所采集的预充电回路3的温度信息，由整车控制器6来控制预充电回路3的接触器32、33。优选地，当整车控制器6监测到所采集的温度信息超过设定值时，断开预充电回路3的开关32，进而延长电阻31的使用寿命。
当发电电机52正常工作时，或整车控制器6在监测到发电电机52发生故障、且超级电容组21的电压被抬升至与动力电池组11的电压接近时，整车控制器6控制接触器32打开、接触器33、7和8闭合。当发电电机52不能正常工作时，整车控制器6控制预充电回路3的开关32闭合、开关33断开，以便于正常接通超级电容系统2。由此可见，采用预充电回路3可以使得超级电容系统2在任何情况下均可以正常接通，从而实现了制动能量的高效回收。
另外，在整个动力系统中，双电机控制器51用于实现驱动工况时的逆变，回馈制动、发电工况时的整流；驱动电机53用于驱动车辆和回馈制动能量；辅助电源系统4集成了直流变换电源、三相逆变电源，用于辅助动力系统工作。
下面将详细说明实现增程式动力系统的双电压保护的方法。
首先，整车控制器6对动力系统进行监测，当其监测到发电电机52发生故障、超级电容组2的电压无法抬升时，整车控制器6通过控制接触器7、接触器8和预充电回路3中的接触器32闭合，将动力电池系统1、超级电容系统2与预充电回路3同时接入至动力系统中。由于预充电回路3的作用，该动力系统可以有效避免由动力电池组11对超级电容组21进行短路充电而引起的电流冲击，起到保护超级电容组21的作用。
进一步，此时预充电回路电阻31接入电路，动力电池组11通过接入预充电电阻31对超级电容组21充电，从而避免动力电池组11对超级电容组21短路充电，直至超级电容组21的电压被抬升至与动力电池组11的电压接近。
然后，当整车控制器6在监测到发电电机52正常工作时，或整车控制器6在监测到发电电机52发生故障、且超级电容组21的电压被抬升至与动力电池组11的电压接近时，控制接触器32断开以及控制接触器7、接触器8、接触器33闭合。
基于以上，发电电机52正常工作与否的情况下，增程式动力系统的动力电池组、超级电容组均能正常接通，双电压平台储能系统得到了保护。不会出现现有技术方案中当发电系统不能正常工作时，超级电容组被断开，无法实现双电压工作的情况。从而实现了双电压保护。
此外，优选地，整车控制器6在监测到预充电回路3的温度超过设定值时，断开接触器32，以延长电阻31的使用寿命。
综上所述，在增程式动力系统中采用本发明的双电压平台，当动力电池组对超级电容组短路充电时，通过整车控制器控制接通预充电回路，可以有效避免电流冲击对超级电容组的破坏，从而保护了超级电容组，使得增程式动力系统的动力电池系统、超级电容系统均能正常接通。因此，动力系统的双电压平台可以工作在任何工况下，保证了制动能量的高效回收，有效地提高了整车的节油率。
以上所述，仅为本发明的具体实施案例，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术的技术人员在本发明所述的技术规范内，对本发明的修改或替换，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种增程式动力系统，包括：
动力电池组；
超级电容组；
分别与所述动力电池组和所述超级电容组电连接的第一接触器和第二接触器；
功率二极管，其电性连接所述第一接触器和所述第二接触器；
预充电回路，其电性连接所述功率二极管和所述第二接触器；
发电系统，其用于发电产生电能量；
驱动系统，其用于驱动车辆及回馈制动能量；
整车控制器，其在监测到所述发电系统发生故障、且所述超级电容组的电压无法抬升时，控制所述第一接触器、所述第二接触器和所述预充电回路以实现所述动力电池组和所述超级电容组的双电压工作，从而实现所述驱动系统的回馈制动能量的回收。
2.根据权利要求1所述的增程式动力系统，其特征在于，所述预充电回路包括一电阻、与该电阻串联的第三接触器以及与该电阻和第三接触器并联的第四接触器。
3.根据权利要求2所述的增程式动力系统，其特征在于，所述整车控制器在监测到所述发电系统发生故障、所述超级电容组的电压无法抬升时，控制所述第一接触器、第二接触器和第三接触器闭合。
4.根据权利要求3所述的增程式动力系统，其特征在于，所述预充电回路还包括一温度传感器，其将采集到的关于所述预充电回路的温度传输给所述整车控制器；
所述整车控制器在监测到所述预充电回路的温度超过设定值时，断开所述第三接触器。
5.根据权利要求4所述的增程式动力系统，其特征在于，所述整车控制器在监测到所述发电系统正常工作时，控制所述第三接触器断开以及控制所述第一接触器、第二接触器、第四接触器闭合。
6.根据权利要求4所述的增程式动力系统，其特征在于，
所述整车控制器在监测到所述发电系统发生故障、且所述超级电容组的电压被抬升至与所述动力电池组的电压接近时，控制所述第三接触器断开以及控制所述第一接触器、第二接触器、第四接触器闭合。
7.一种增程式动力系统的双电压保护方法，所述增程式动力系统包括动力电池组、超级电容组、分别与所述动力电池组和所述超级电容组电连接的第一接触器和第二接触器、连接所述第一接触器和所述第二接触器的功率二极管、连接所述功率二极管和所述第二接触器的预充电回路、发电系统、驱动系统和整车控制器，该保护方法包括：
所述整车控制器在监测到所述发电系统发生故障、且所述超级电容组的电压无法抬升时，控制所述第一接触器、所述第二接触器和所述预充电回路以实现所述动力电池组和所述超级电容组的双电压工作，从而实现所述驱动系统的回馈制动能量的回收。
8.根据权利要求7所述的双电压保护方法，其特征在于，
所述整车控制器在监测到所述发电系统发生故障、所述超级电容组的电压无法抬升时，控制所述第一接触器、第二接触器和所述预充电回路中的第三接触器闭合，其中所述预充电回路包括一电阻、与该电阻串联的第三接触器以及与该电阻和第三接触器并联的第四接触器。
9.根据权利要求8所述的双电压保护方法，其特征在于，
所述整车控制器在监测到所述预充电回路的温度超过设定值时，断开所述第三接触器。
10.根据权利要求9所述的双电压保护方法，其特征在于，
所述整车控制器在监测到所述发电系统正常工作时，或所述整车控制器在监测到所述发电系统发生故障、且所述超级电容组的电压被抬升至与所述动力电池组的电压接近时，控制所述第三接触器断开以及控制所述第一接触器、第二接触器、第四接触器闭合。
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