CN103802767B - 混合动力用复合电源 - Google Patents

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Abstract

本发明属于混合动力车辆的驱动控制技术领域，具体涉及一种混合动力用复合电源。本发明技术方案中，在车辆急加速时，利用超级电容比功率高的优点来提供较大的瞬时功率，能够提高电源的响应特性，也可以减小电池的放电电流，减小对电池的损伤，当车辆减速度较大需要较大制动功率时，利用超级电容来吸收大部分制动能量，减小对电池的充电电流。不仅能提高制动能量回收的比例，而且能增加电池的使用寿命。

Description

混合动力用复合电源
技术领域
本发明属于混合动力车辆的驱动控制技术领域，具体涉及一种混合动力用复合电源。
背景技术
传统装甲车用柴油机作为动力，它能适用装甲车的大多数使用需求。但是装甲车进入防空洞等通风不良区域要求车辆能实现零排放，以免装甲车巨大的排放和较低的排放质量影响空气质量，造成CO中毒等。而且，有时装甲车有较高的隐身需求，装甲车采用纯电动行驶可以大幅度降低车辆的红外和噪声辐射，有利于规避红外探测和噪声搜索。这些都对装甲车采用电驱动提出了需求。但是鉴于目前电池的储能密度较低，远不能满足装甲车远距离作战的需求，采用混合动力方案是可行的方案。它既满足装甲车长时间、大功率的需求，也满足较少的纯电动行驶需求。
现有的混合动力车辆（HEV）大多采用蓄电池作为其车载储能源，但蓄电池储能的HEV在加速、爬坡或再生制动时，突发大功率的能力由于蓄电池较低的比功率而受到限制。蓄电池单独作为HEV的储能源存在较多问题，最为突出的是蓄电池捕获再生制动能量或短持续时间事件，诸如加速、爬坡、刹车等期间提供突发大功率的能力有限。这种高功率局限性降低了混合动力系统设计的效率，不能满足HEV对短时功率的需求。如果通过增加储能源的数量来弥补这种功率局限性，势必增加HEV的成本和重量。同时，大电流充放还会影响蓄电池的寿命，特别是再生制动能量回收时，电池因充电效率低，尤其是大电流充电，从而导致其循环使用寿命大为缩短。
超级电容具有比功率高的优点，但由于超级电容其自身能量密度低的缺点使其难以独立地成为HEV的驱动能量源，采用超级电容作为辅助，与蓄电池联合作为HEV的电源，是一条较好的解决混合动力电源问题的路径。超级电容与蓄电池的结合可以充分发挥二者的优势，在加速和爬坡时弥补蓄电池有限的输出瞬时功率能力，快速回收制动能量，在起-停频繁的城市工况条件下，改善燃油效率，提高储能系统的工作效率、延长蓄电池的使用寿命，也不必为了同时满足能量和功率需求而增加串并联电池数量，避免了系统配置上的浪费。用蓄电池和超级电容器组成的复合电源可以使系统的能量利用率提高，有效改善蓄电池的循环使用寿命。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种混合动力用复合电源。
（二）技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种混合动力用复合电源，所述复合电源包括：动力电池、超级电容、双向DC/DC变换器、逆变器、电池管理系统、电容管理系统、多能源控制器；
所述多能源控制器通过CAN总线分别连接电池管理系统及电容管理系统，所述电容管理系统通过CAN总线分别连接双向DC/DC变换器及超级电容，所述超级电容与双向DC/DC变换器相连接；所述电池管理系统通过CAN总线连接动力电池；
所述超级电容经过双向DC/DC变换器与动力电池共同连接在直流母线上，并经所述直流母线连接至逆变器。
（三）有益效果
本发明技术方案中，在车辆急加速时，利用超级电容比功率高的优点来提供较大的瞬时功率，能够提高电源的响应特性，也可以减小电池的放电电流，减小对电池的损伤，当车辆减速度较大需要较大制动功率时，利用超级电容来吸收大部分制动能量，减小对电池的充电电流。不仅能提高制动能量回收的比例，而且能增加电池的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的混合动力用复合电源的结构示意图。
图2为本发明技术方案中混合动力车辆的动力系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决现有技术的问题，本发明提供一种混合动力用复合电源，如图1所示，所述复合电源包括：动力电池、超级电容、双向DC/DC变换器、逆变器、电池管理系统、电容管理系统、多能源控制器；
所述多能源控制器通过CAN总线分别连接电池管理系统及电容管理系统，所述电容管理系统通过CAN总线分别连接双向DC/DC变换器及超级电容，所述超级电容与双向DC/DC变换器相连接；所述电池管理系统通过CAN总线连接动力电池；
所述超级电容经过双向DC/DC变换器与动力电池共同连接在直流母线上，并经所述直流母线连接至逆变器。
此外，本发明还提供一种基于前述复合电源的动力控制方法，如图2所示，该控制方法适用于混合动力车辆的动力系统，该动力系统中，电动机与发动机通过动力合成装置共同输出到变速箱，同时发动机和电动机也设置为可单独输出动力；由控制系统根据整车状态和功率需求控制工作，其控制策略因车辆的工作模式而不同。所述混合动力车辆设置为具备两种工作模式：一般模式和纯电动模式；所述一般模式覆盖了车辆的大部分工况，所述纯电动模式用于顾及到特殊情况下的行驶工况；驾驶员根据实际需求来选择、切换车辆的工作模式。
车辆在一般模式下，在低速行驶或者起步、倒车时，控制系统判断动力电池SOC值的水平，达到预定阈值则采用动力电池单独供电给电机来驱动车辆，若没有达到预定阈值，则启动发动机，启动车辆的同时发电，为复合电源供电；当车速升高，功率需求增大时，发动机工作，而且保证其工作在较节油的工作范围；此时，动力电池和超级电容均不放电，当二者的SOC值低于一定水平时，还通过发动机提供多余动力来发电给二者充电；当出现短时间需求大功率时，比如驾驶员急踩油门，超级电容提供较大的功率，保证车辆短时的加速性能；当出现驾驶员有持续的大功率需求时，动力电池介入工作，而且发动机工作在大负荷区域，一旦控制系统发现动力电池的SOC值低于某一水平时，提出电量过低警示，发动机单独提供动力，此时车辆的动力性能有所减低；
当混合动力车辆减速或者下坡行驶时，此时电机处于再生制动状态，功率从电驱动系统流向车载储能系统，控制双向DC/DC变换器首先由超级电容吸收再生制动能量，同时实时监测超级电容的SOC值；当制动时间较长，而超级电容的SOC值达到上限值时仍未停止，此时由动力电池继续吸收多余的制动能量，若动力电池的SOC值也达到其允许的上限值，启动机械制动模式；
车辆在纯电动模式下时，发动机不工作，车辆动力主要由动力电池提供，当出现短时间需求较大功率时，超级电容放电，增大车辆的输出功率；同样，纯电动模式下，也采用与正常模式下相同的再生制动策略，当混合动力车辆减速或者下坡行驶时，此时电机处于再生制动状态，功率从电驱动系统流向车载储能系统，控制双向DC/DC变换器首先由超级电容吸收再生制动能量，同时实时监测超级电容的SOC值；当制动时间较长，而超级电容的SOC值达到上限值时仍未停止，此时由动力电池继续吸收多余的制动能量，若动力电池的SOC值也达到其允许的上限值，启动机械制动模式；
车辆在纯电动模式下，显示预计的续驶里程和电池的电量预警。当动力电池电量低于预设限值时，提出驾驶员警告，建议切换到正常模式下工作，如果驾驶员仍然采取纯电动模式，车辆将继续运行直到SOC值低于某一最低值后，动力电池不工作，电机没有功率输出，车辆停止。
综上所述，本发明技术方案利用了动力电池能量密度较高、且超级电容功率密度较高的特点，降低了混合动力车辆中对电池动力性能的需求，有利于提高电池的使用寿命。同时，超级电容能够回收较大的制动功率，有利于提高制动能量回收的比率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种混合动力用复合电源，其特征在于，所述复合电源包括：动力电池、超级电容、双向DC/DC变换器、逆变器、电池管理系统、电容管理系统、多能源控制器；
所述多能源控制器通过CAN总线分别连接电池管理系统及电容管理系统，所述电容管理系统通过CAN总线分别连接双向DC/DC变换器及超级电容，所述超级电容与双向DC/DC变换器相连接；所述电池管理系统通过CAN总线连接动力电池；
所述超级电容经过双向DC/DC变换器与动力电池共同连接在直流母线上，并经所述直流母线连接至逆变器；
该混合动力用复合电源工作于混合动力车辆的动力系统，该动力系统中，电动机与发动机通过动力合成装置共同输出到变速箱，同时发动机和电动机也设置为可单独输出动力；由控制系统根据整车状态和功率需求控制工作，其控制策略因车辆的工作模式而不同；所述混合动力车辆设置为具备两种工作模式：一般模式和纯电动模式；所述一般模式覆盖了车辆的大部分工况，所述纯电动模式用于顾及到特殊情况下的行驶工况；驾驶员根据实际需求来选择、切换车辆的工作模式；
车辆在一般模式下，在低速行驶或者起步、倒车时，控制系统判断动力电池SOC值的水平，达到预定阈值则采用动力电池单独供电给电机来驱动车辆，若没有达到预定阈值，则启动发动机，启动车辆的同时发电，为复合电源供电；当车速升高，功率需求增大时，发动机工作，而且保证其工作在较节油的工作范围；此时，动力电池和超级电容均不放电，当二者的SOC值低于一定水平时，还通过发动机提供多余动力来发电给二者充电；当出现短时间需求大功率时，包括驾驶员急踩油门时，超级电容提供较大的功率，保证车辆短时的加速性能；当出现驾驶员有持续的大功率需求时，动力电池介入工作，而且发动机工作在大负荷区域，一旦控制系统发现动力电池的SOC值低于某一水平时，提出电量过低警示，发动机单独提供动力，此时车辆的动力性能有所减低；
当混合动力车辆减速或者下坡行驶时，此时电机处于再生制动状态，功率从电驱动系统流向车载储能系统，控制双向DC/DC变换器首先由超级电容吸收再生制动能量，同时实时监测超级电容的SOC值；当制动时间较长，而超级电容的SOC值达到上限值时仍未停止，此时由动力电池继续吸收多余的制动能量，若动力电池的SOC值也达到其允许的上限值，启动机械制动模式；
车辆在纯电动模式下时，发动机不工作，车辆动力主要由动力电池提供，当出现短时间需求较大功率时，超级电容放电，增大车辆的输出功率；同样，纯电动模式下，也采用与一般模式下相同的再生制动策略，当混合动力车辆减速或者下坡行驶时，此时电机处于再生制动状态，功率从电驱动系统流向车载储能系统，控制双向DC/DC变换器首先由超级电容吸收再生制动能量，同时实时监测超级电容的SOC值；当制动时间较长，而超级电容的SOC值达到上限值时仍未停止，此时由动力电池继续吸收多余的制动能量，若动力电池的SOC值也达到其允许的上限值，启动机械制动模式；
车辆在纯电动模式下，显示预计的续驶里程和电池的电量预警；当动力电池电量低于预设限值时，提出驾驶员警告，建议切换到一般模式下工作，如果驾驶员仍然采取纯电动模式，车辆将继续运行直到SOC值低于某一最低值后，动力电池不工作，电机没有功率输出，车辆停止。
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