CN103997093A - 一种复合电源超级电容实时电量管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合电源超级电容实时电量管理系统及方法，适用于使用超级电容作为复合电源并使用电动机作为唯一动力或者混合动力的汽车。该方法可提高超级电容的使用效率，从而可减少车辆搭载的电容数量，节约车辆空间并降低电源系统成本。技术方案为：通过卫星地理信息获得车辆的当前位置海拔高度，对比即将行驶路线上的最高和最低海拔点，计算势能差，并考虑车辆运行状态，依此为电容进行充放电操作，使电容电量满足下一段行程的动力需求和制动能量回收能力需求，即平衡超级电容的保有电量和保有空余容量。使用该方法可在满足车辆动态性能的前提下减少超级电容的使用数量，同时也可提高车辆制动能量回收效率，增加车辆的续驶里程。

Description

一种复合电源超级电容实时电量管理方法

技术领域：

本发明涉及一种复合电源超级电容实时电量管理系统和方法，适用于使用超级电容作为复合能量源并使用电动机作为唯一动力或者混合动力的汽车。 

背景技术：

使用超级电容和蓄电池或发电机混合可以大大提高电源的功率密度，对提高使用电动机为动力的汽车的性能有重要意义。但超级电容能量密度偏低，大量使用将占用过多的空间，因此必须控制超级电容的数量(和容量成正比)，但必须使其有足够的电量实现动力性能，同时也有足够容量保证能量回馈性能。在电容容量确定的情况下，保证动力性能(保有电量)和保证能量回馈性能(保有空余容量)是相互矛盾的，此消彼长。 

发明内容：

本发明的目的在于解决超级电容的保有电量和保有空余容量之间在车辆行驶过程中的矛盾问题，公开了一种复合电源超级电容实时电量管理系统和方法。通过该系统和方法可以进行超级电容电量的实时控制，使保有电量和保有空余容量在动态中实现平衡。 

本发明的方案为：本发明公开了一种超级电容实时电量管理系统和方法，包括卫星导航接收设备(100)，地理信息数据库(101)，地磁指北设备(200)，惯性测量设备(201)，车辆工况测量设备(300)，超级电容组(400)，电池组或发电机(401)，能量管理控制器(500)和能量管理方法。其中： 

1、使用卫星导航设备(100)及地理信息数据库(101)的数据计算得到车辆当前地理坐标，2、测量车辆当前运行状态(300)，辅助指北设备(200)和惯性测量设备(201)判断车辆下一时刻的可能运行状态，3，结合前两项结果，在地理信息库找出最可能的一条运行路线，4、在预定里程跨度上找到最高海拔点和最低海拔点，5、与车辆当前点海拔做减法运算，得到该里程内的势能变化 最大值，7、以改值为基准推算超级电容(400)在下一时刻的必须充电或放电电量，9、充电操作时，通过电池或发电机(401)为超级电容(400)补充电量，10、放电操作时，加大超级电容(400)在复合能源中的放电电流比例，加快电容电量的泄放，为制动能量回馈提供空余容量。 

附图说明：

图1电容实时电量管理系统示意图。 

图2电容实时电量控制流程图。 

具体实施方案：

结合附图和实施例对本发明进一步描述。 

复合电源超级电容实时电量管理系统的实施例： 

图1示意了本发明的系统实施例的组成结构。本实施例包括复合能源单元(400、401)，导航单元(100、101、200、201、300)，控制单元(500)，执行单元(600)，其中执行单元不属于控制系统，为实施例演示组成。 

导航单元的分为2个子系统，一个是卫星地理信息子系统(100、101)，另一个是地磁及惯性子系统(200、201、300)。 

复合电源超级电容实时电量管理方法实施例： 

图2示意了本发明的方法实施流程。卫星地理信息子系统把汽车的地理坐标和地理信息数据库中的坐标叠加，从而得到汽车当前的位置信息。当卫星地理信息系统由于隧道、峡谷等因素失效时，地磁及惯性子系统提供辅助导航信息，惯性测量系统记录车辆的运动状态的变化情况，把车辆工况中的速度按小段进行积分，结合惯性测量体统的状态变化信息以及地磁指北信息，弥补卫星地理信息的缺失。 

把上述两个途径得到的导航信息汇总给控制单元(500)，控制单元判断即将行驶的道路势能变化情况。例如，即将行驶道路上最高点海拔比当前点高100米，则按照100米计算势能差，乘以损耗系数后得到需补充电量的值，此时电池组在驱动电动机(600)的同时为超级电容充电；当即将行驶道路的 海拔比当前点低100米时，按照100米计算势能差，乘以损耗系数后加大超级电容在复合电源中的放电电流比例，快速增加超级电容的空余容量来吸纳即将行驶路段的势能转化的电能。由于对能量使用情况做了预先的判断，并使用该方法进行了能量调度，从而提高了超级电容能量的使用效率，增加了车辆的有效续驶里程。 

Claims (12)

1.一种复合电源超级电容实时电量管理系统，包括：卫星导航接收设备(100)，地理信息数据库(101)，地磁指北设备(200)，惯性测量设备(201)，车辆运行状态测量设备(300)，超级电容组(400)，电池组或发电机(401)，能量管理控制器(500)。当前，已有的超级电容电量管理系统主要包括车辆运行状态测量设备、超级电容组、电池组/发电机和能量管理控制器，本发明与现有超级电容电量管理系统不同是增加了卫星导航设备，地理信息数据库，地磁指北设备和惯性导航设备，所有这些设备按照环境条件进行协同工作，共同完成超级电容实时电量管理。 

2.如权利要求1所述的一种复合电源超级电容实时电量管理系统，其特征是使用卫星接收系统(100)和地理信息数据库(101)确定汽车地理位置信息。 

3.如权利要求1所述的一种复合电源超级电容实时电量管理系统，其特征是使用惯性测量设备(201)、地磁指北设备(200)以及汽车运行状态测量设备(300)推算由于卫星系统失效时的地理位置信息。 

4.如权利要求1所述的一种复合电源超级电容实时电量管理系统，其特征是超级电容组(400)用来给车辆提供大功率输出时的输出功率补偿，同时也用来回收车辆制动能量。 

5.如权利要求1所述的一种复合电源超级电容实时电量管理系统，其特征是能量管理控制器(500)控制复合电源的能量流动方向和强度。 

6.一种复合电源超级电容实时电量管理方法，其特征是：能量管理控制器(500)采集卫星导航信息(100，101)、采集车辆地面运行状态信息(100，101，200)，并检测超级电容(400)当前电量，对比电容电量在该地理位置点的预设值，当高于预设值时就加大超级电容在复合电源中的放电电流比例，当低于预设值时就使用电池组或发电机对超级电容进行能量补充。 

7.如权利要求6所述的一种复合电源超级电容实时电量管理方法，其特征是根据地理海拔落差估算超级电容的电量存储状态，并结合车辆运行状态，通过控制算法给出任意时刻的确切的电容保有电量，该电量值综合考虑了 汽车的动力需求和制动能量回收能力。 

8.如权利要求6所述的一种复合电源超级电容实时电量管理方法，其特征是在复合电源系统中超级电容(400)容量确定前提下，动态平衡超级电容保有电量和保有空余容量，使超级电容在满足车辆动态性能需求的同时，也满足制动能量回馈能力的需求。 

9.如权利要求6所述的一种复合电源超级电容实时电量管理方法，其特征是在制动能量回馈时，能量管理控制器(500)控制电流只对超级电容进行充电操作。 

10.如权利要求6所述的一种复合电源超级电容实时电量管理方法，其特征是在放电操作中，计算包含损耗的放电量，通过加大超级电容(400)在混合能源系统中的放电电流比例来快速泄放电容电量。 

11.如权利要求6所述的一种复合电源超级电容实时电量管理方法，其特征是在充电操作中，通过混合能源的电池组或发电机(401)为超级电容(400)快速补充电量。 

12.如权利要求6所述的一种复合电源超级电容实时电量管理方法，其特征是在制动能量回馈时，能量管理控制器(500)控制电流只对超级电容进行充电操作。