CN103786590B - 一种增程式电动车的双电压储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增程式电动车的双电压储能系统，负载系统与电容储能系统直接相连，电池储能系统通过二极管与电容储能系统及负载系统相连接；当车辆制动时，由于二极管反向截止，电制动回收能量全部回收到所述电容储能系统中，制动能量回收完成后，电容储能系统电压大于电池储能系统电压；当车辆驱动时，电容储能系统电压高于电池储能系统电压，二极管工作在截止状态，电容储能系统为驱动系统提供能量，当电容储能系统电压低于电池储能系统电压时，二极管导通，电池储能系统开始为驱动系统提供能量；当电池剩余电量达到设定值时，接触器闭合，电容储能系统的电量往回流向电池储能系统，对电池进行充电，本发明的目的在于提供一种充放电电流小、储能系统效率高、使用寿命长的增程式电动车的双电压储能系统。

Description

一种增程式电动车的双电压储能系统

技术领域

本发明涉及一种增程式电动车的双电压储能系统。

背景技术

近年来，随着电动汽车技术研发的不断深入，电驱动作为未来动力的解决方案之一已经得到了业界的广泛认同。电动汽车的发展一直受到电池技术的制约。

如何解决电池的问题，成了电动汽车发展最大的瓶颈。现在随着电池技术的发展，动力型锂电池的出现，电动汽车的电能来源问题得到了基本解决。但是，在车辆的使用过程中，纯电池的电动汽车出现了诸多问题，例如电池寿命，车辆加速性能，电池能量回收等等。如何解决这些问题，延长电动车的续驶里程，提高节油率和能量利用效率，提高电池的使用寿命，已经成为电动汽车推广应用和产业化所必须先行解决的问题。增程式电动车由于在提升行驶里程，降低电池成本和对电池能量密度要求降低等方面的优势受到越来越多的关注，成为混合动力汽车向纯电动车的最佳过渡车型。

储能系统是增程式电动车实用化、商品化的关键技术之一，影响着增程式电动车的动力性和节油率。优化储能系统与所搭载的整车控制系统之间的匹配性，是电动汽车研究的一项有关核心技术，必将带来良好的经济、社会和环境效益。

随着对电动车研究的深入，对储能系统能量使用的控制要求也越来越高，设计过程中也考虑到电动汽车在刹车过程中对能量的回收。由于电池的充电是通过化学反应来完成的，所需时间较长，而车辆制动的时间很短，因此回收能量的效果不佳。双电压储能系统，将超级电容与电池混合使用，电池具有低比功率，不支持大电流充放电，超级电容具有高比功率，支持大电流充放电。通过二级管的连接，电流只能从电池流向超级电容，而不能由超级电容流向电池。同时增加一个接触器，当电池的电量低于一定值时，电流会回流到电池，避免电池出现过放现象，从而延长电池的使用寿命。这种双电压平台的储能系统，车辆在刹车过程中产生的回馈电能也能被超级电容吸收。特别是在城市行驶中经常遇到红灯，车辆的起动和刹车相当的频繁。如果只使用电池，对电池的使用寿命和电能的使用效率影响相当的大。有关研究表明，电动汽车在比较频繁的制动和起动的城市道路上行驶，如能有效的回收制动能量，可以使电动汽车的行驶距离延长10%～40%。

在目前电池技术没有重大突破的情况下，无论蓄电池、燃料电池、超级电容，还是超高速飞轮，任何单一能源都不能同时满足高比能量和高比功率的要求，都难以满足电动汽车行驶的能源需求，因此难于单独作为电动汽车的能源。目前，增程式电动汽车的储能系统多采用单一电压平台，通过一个电池或超级电容来为车辆提供电能。如果单纯使用电池，在车辆需要瞬时大功率时，电池的放电能力显得力不从心，在城市交工况或其他拥堵工况，制动时间较多，极其容易造成电池的损坏，会降低电池寿命。如果单纯使用超级电容，尽管其在能量存储上的有进步，但其续驶能力还是存在不足。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种充放电电流小、储能系统效率高、使用寿命长的增程式电动车的双电压储能系统。

本发明的完整技术方案是，一种增程式电动车的双电压储能系统，包括电池储能系统以及电容储能系统，负载系统与所述电容储能系统直接相连，所述电池储能系统通过二极管与所述电容储能系统及负载系统相连接；

当车辆制动时，由于二极管反向截止，电制动回收能量全部回收到所述电容储能系统中，制动能量回收完成后，电容储能系统电压大于电池储能系统电压；

当车辆驱动时，由于回收制动能量后电容储能系统电压高于电池储能系统电压，二极管工作在截止状态，电容储能系统为驱动系统提供能量，当电容储能系统电压低于电池储能系统电压时，二极管导通，电池储能系统开始为驱动系统提供能量；

当电池剩余电量达到设定值时，接触器闭合，电容储能系统的电量往回流向电池储能系统，对电池进行充电。

所述电池储能系统中的电池为磷酸铁锂电池，所述电池的参数为电池组384V，10Ah。

所述电容储能系统中电容为碳电极双电层电容，所述电容的参数为48.5V×14,165F/14。

所述电池剩余余量达到设定值为电池容量的20%。

由上可见，本发明与现在技术相比有如下有益效果：

本发明提出一种增程式电动车的双电压储能系统。采用电池和超级电容的双电压储能系统为增程式电动车提供动力，具有电池充放电电流小、储能系统效率高的特点，解决了纯超级电容或纯电池电动汽车行驶里程较短的缺点，使电池在放电过程中处于相对平稳的阶段，避免电池出现瞬间大电流充放电现象。从而使电池寿命得到了延长，提高了电动汽车的经济性，能量回收得到了解决，使续驶里程进一步延长。在车辆加速或者爬坡时所需的大功率瞬间电流由超级电容提供额外功率，从而保证了车辆的加速性和爬坡性，并起到了保护电池的作用。车辆在刹车过程中产生的回馈电能也能被超级电容吸收。在电池充电过程中，超级电容还起到了稳压和滤波作用，减少了充电过程中的纹波系数，提高了电能质量，也保护了电池。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明结构示意图；

图2为单一电池电压平压，试验效果图；

图3为单独使用超级电容的情况，试验效果图；

图4为双电压平台下，试验效果图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1：

本实施例一种增程式电动车的双电压储能系统，包括电池储能系统以及电容储能系统，负载系统与所述电容储能系统直接相连，所述电池储能系统通过二极管与所述电容储能系统及负载系统相连接；

当车辆制动时，由于二极管反向截止，电制动回收能量全部回收到所述电容储能系统中，制动能量回收完成后，电容储能系统电压大于电池储能系统电压；

当车辆驱动时，由于回收制动能量后电容储能系统电压高于电池储能系统电压，二极管工作在截止状态，电容储能系统为驱动系统提供能量，当电容储能系统电压低于电池储能系统电压时，二极管导通，电池储能系统开始为驱动系统提供能量；

当电池剩余电量小于20%时，接触器闭合，电容储能系统的电量往回流向电池储能系统，对电池进行充电。

电池储能系统中的电池为磷酸铁锂电池，电池的参数为电池组384V，10Ah；电容储能系统中电容为碳电极双电层电容，电容的参数为48.5V×14,165F/14。

增程式电动车的双电压储能系统的工作模式：

大电流瞬时放电过程，由超级电容提供能量；

长时间放电过程，由电池为驱动系统提供能量；

制动能量回收过程，由超级电容进行能量回收；

电池紧急补电过程：电池SOC降低，由超级电容对电池充电。

因此，在公交工况运行时，制动能量的回收与释放，以及电池的紧急补电功能都由超级电容单独完成，提高了能量回收效率，同时，延长了动力电池使用寿命，可以匹配更小容量的动力电池以降低成本。

技术效果对比：图2为单一电池电压平压，试验效果图，由图可以看出，在车辆需要瞬时大功率时，电池长期处于过放状态，对电池的负荷较大。

图3为单独使用超级电容的情况，试验效果图：由图可以看出，用超级电容可以进行大电流的充放电，但是由于储能有限，也大大降低其续驶里程。

图4为双电压平台下，试验效果图；由曲线可以看出，在频繁启停的公交线路，双电压平台系统使得电池放电电流减小，动力电池放电时间区间变窄，超级电容对降低电池使用强度效果非常明显。

通过以上对比，可以得出，双电压储能系统具有良好的能量回收效果，且电池在放电过程中处于相对平稳。通过电容的充放电特性，可以平滑车辆电流的变化程度，从而为电池提供良好的工作环境，延长电池的使用寿命。超级电容能够瞬间释放大电流，从而为电动车辆的迅速提升速度提供了必要的能源保障。超级电容能最大限度地回收车辆制动时反馈的电能，从而减少了车辆的能耗，延长了增程式电动车的续驶里程。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.一种增程式电动车的双电压储能系统，其特征在于，包括电池储能系统以及电容储能系统，负载系统与所述电容储能系统直接相连，所述电池储能系统通过二极管与所述电容储能系统及负载系统相连接；

当车辆制动时，由于二极管反向截止，电制动回收能量全部回收到所述电容储能系统中，制动能量回收完成后，电容储能系统电压大于电池储能系统电压；

当车辆驱动时，由于回收制动能量后电容储能系统电压高于电池储能系统电压，二极管工作在截止状态，电容储能系统为驱动系统提供能量，当电容储能系统电压低于电池储能系统电压时，二极管导通，电池储能系统开始为驱动系统提供能量；

当电池剩余电量达到设定值时，接触器闭合，电容储能系统的电量往回流向电池储能系统，对电池进行充电；

所述电池储能系统中的电池为磷酸铁锂电池，所述电池的参数为电池组384V，10Ah；

所述电容储能系统中电容为碳电极双电层电容，所述电容的参数为48.5V×14,165F/14；

所述电池剩余余量设定值为电池容量的20%。