CN104163116B - 车用复合储能系统的能量管理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车用复合储能系统的能量管理方法，其中，该复合储能系统包括相互并联的电池组以及超级电容组，该能量管理方法包括以下步骤：根据车辆工作状态，判断该复合储能系统的充放电状态，当该复合储能系统处于充电状态时，检测所述超级电容组的电压Vsc，并将该超级电容组的电压Vsc与所述超级电容组的满电电压Vsc-max进行比较：当Vsc＜Vsc-max时，则将所述车辆制动产生的再生制动能量回收至所述超级电容组，当Vsc=Vsc-max时，则将所述再生制动能量回收至所述电池组。当该复合储能系统处于放电状态时，根据所述超级电容组电压Vsc以及该车辆的整车需求功率Pdemand来分配所述超级电容组以及电池组的输出功率。

Description

车用复合储能系统的能量管理方法
技术领域
本发明涉及一种车用复合储能系统的能量管理方法，尤其涉及一种新能源车用复合储能系统的能量管理方法。
背景技术
随着能源危机和环境污染的加重，新能源汽车逐渐得到发展，并一点点走进了人们的生活，许多汽车厂商加大了新能源车的研发投入，并通过示范性运营等方式将产品推向市场。但是目前来说，以电动汽车为代表的新能源车仍然饱受质疑，其中很大程度上是由于电池技术的瓶颈，目前的趋势是采用锂离子电池作为新能源汽车的储能装置，但锂离子电池的价格还比较高，功率密度还不够大，在实际使用过程中，寿命难以得到保证，需要定期更换，这样会进一步增加新能源汽车的使用成本。不可否认，电池技术本身也在突飞猛进的发展，但是其目前的水平仍然难以符合实际的工程需求。
为了解决这一问题，现有技术中提出了复合储能的概念，即将不同特性的储能装置结合在一个系统中，并充分发挥其各自的优势，在满足实际需求的同时，保证各部件具有较好的使用工况，保证其使用寿命。其中比较典型的方案是将锂离子电池和超级电容进行结合，锂离子电池具有大能量密度、低功率密度的特点，而超级电容正好相反，具有较高的功率密度，较长的使用寿命，但是其能量密度较低。将二者结合，可以同时保证复合储能系统的能量密度、功率密度及耐久性达到要求。当然，这需要一个合理的能量分配方法对电池、超级电容的输出功率进行调控。
复合储能系统的构型可以分为被动式、主动式和半主动式三种。被动式构型直接将电池、超级电容及总线并联在一起，超级电容起到低通滤波器的作用对电池进行滤波，其不具有控制自由度，因此超级电容不能得到充分利用，系统工作效果一般；主动式构型采用两个双向DC/DC控制器，分别将电池和超级电容同总线解耦，可以对其进行单独的控制，系统具有两个控制自由度，工作效果好，但是其成本较高；半主动式构型采用一个双向DC/DC控制器将电池或者超级电容同总线解耦，具有一个控制自由度，可以实现绝大多数能量管理方法，并同时保证了系统的较低成本。
但目前简单有效地通过分配电池、超级电容的功率输出的能量管理方法仍然较少。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种简单有效地车用复合储能系统的能量管理方法。
一种车用复合储能系统的能量管理方法，其中，该复合储能系统包括电池组以及超级电容组，该能量管理方法包括以下步骤：根据车辆工作状态，判断该复合储能系统的充放电状态，当该复合储能系统处于充电状态时，检测所述超级电容组的电压Vsc，并将该超级电容组的电压Vsc与所述超级电容组的满电电压Vsc-max进行比较：当Vsc<Vsc-max时，则将所述车辆制动产生的再生制动能量回收至所述超级电容组，当Vsc=Vsc-max时，则将所述再生制动能量回收至所述电池组。当该复合储能系统处于放电状态时，根据所述超级电容组电压Vsc以及该车辆的整车需求功率Pdemand来分配所述超级电容组以及电池组的输出功率，具体包括以下步骤：设定所述超级电容组的工作阈值功率Pmin以及该超级电容组的安全电压Vsc-safe；比较所述整车需求功率Pdemand和所述工作阈值功率Pmin，同时比较所述超级电容组电压Vsc和所述安全电压Vsc-safe：若Pdemand>Pmin，且Vsc>Vsc-safe，则设定所述电池组的输出功率为Pmin，所述超级电容组的输出功率为Pdemand-Pmin；若Pdemand≤Pmin，且Vsc>Vsc-safe，则设定所述电池组的输出功率为Pdemand，所述超级电容组的输出功率为0；若Vsc<Vsc-safe，则设定所述电池组的输出功率为Pdemand+Pch，其中Pdemand提供给该车辆，Pch为给所述超级电容组充电的功率。
相对于现有技术，本发明实施例提供的车用复合储能系统的能量管理方法中，在所述复合储能系统充电时通过检测超级电容组的电压来优先为所述超级电容组充电，在放电时，根据所述超级电容组的电压以及车辆的整车需求功率来分配所述超级电容组和电池组的输出功率。该能量管理方法简单、有效，可以合理的分配复合储能系统中电池组和超级电容组之间的功率，可充分利用所述超级电容组存储的能量，分担所述电池组的工作压力，进而延长电池组的寿命。
附图说明
图1为本发明实施例提供的半主动式复合储能系统构型示意图。
图2为本发明实施例提供的主动式复合储能系统构型示意图。
图3为本发明实施例提供的车用复合储能系统的能量管理方法的流程图。
主要元件符号说明
复合储能系统 100、200
电池组 10
超级电容组 20
DC/DC控制器 30、30A、30B
总线 40
电压传感器 50
系统控制器 60
逆变器 70
电机 80
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的车用复合储能系统的能量管理方法作进一步的详细说明。
请参阅图1-3，本发明实施例提供的车用复合储能系统的能量管理方法包括以下步骤：
步骤一，根据车辆工作状态，判断该复合储能系统的充放电状态，当该复合储能系统处于充电状态时，执行步骤二，以及当该复合储能系统处于放电状态时，执行步骤三；
步骤二，检测所述超级电容组的电压Vsc，并将该超级电容组的电压Vsc与所述超级电容组的满电电压Vsc-max进行比较：当Vsc<Vsc-max时，则将所述车辆制动产生的再生制动能量回收至所述超级电容组，当Vsc=Vsc-max时，则将所述再生制动能量回收至所述电池组；
步骤三，根据所述超级电容组电压Vsc以及该车辆的整车需求功率Pdemand来分配所述超级电容组以及电池组的输出功率，具体包括以下步骤：
S31，设定所述超级电容组的工作阈值功率Pmin以及该超级电容组的安全电压Vsc-safe；
S32，比较所述整车需求功率Pdemand和所述工作阈值功率Pmin，同时比较所述超级电容组电压Vsc和所述安全电压Vsc-safe；
S33，若Pdemand>Pmin，且Vsc>Vsc-safe，则设定所述电池组的输出功率为Pmin，所述超级电容组的输出功率为Pdemand-Pmin；
S34，若Pdemand≤Pmin，且Vsc>Vsc-safe，则设定所述电池组的输出功率为Pdemand，所述超级电容组的输出功率为0；
S35，若Vsc<Vsc-safe，则设定所述电池组的输出功率为Pdemand+Pch，其中Pdemand提供给该车辆，Pch为给所述超级电容组充电的功率。
该能量管理方法可适用于采用电池组和超级电容组的复合储能系统。该复合储能系统可以为主动式或半主动式。请参阅图1，本发明第一实施例提供一种半主动式复合储能系统100，该半主动式复合储能系统100包括电池组10、超级电容组20、DC/DC控制器30、总线40、电压传感器50、系统控制器60、逆变器70以及电机80。
所述电池组10直接并联在总线40上。该电池组10可包括一个或多个电池单体。当包括多个电池单体时，该多个电池单体之间可并联、串联或串并联，根据需要输出的功率来设计。所述电池单体的类型可根据需要来选择，如可以为锂离子电池。
所述超级电容组20与所述电池组10并联到所述总线40上，所述超级电容组20与所述DC/DC控制器30并联，并通过该DC/DC控制器30并联在所述总线40上。该超级电容组20可包括一个或多个超级电容，当包括多个超级电容时，该多个超级电容之间并联、串联或串并联，根据需要输出的功率来设计。所述DC/DC控制器30用于调节所述超级电容组20的输出功率。本发明实施例中该DC/DC控制器30为双向DC/DC控制器。所述电压传感器50可用于检测所述所述超级电容组20的电压，并传输到所述系统控制器60中。此外，该电压传感器50也可以检测所述电池组10的电压。所述系统控制器60根据所述电池组10以及超级电容组20的电压变化来分配所述电池组10和超级电容组的目标输出功率。所述逆变器70对所述电池组10以及超级电容组20输出的电流进行转换，传输给所述电机80以提供给车辆使用。
请进一步参阅图2，本发明第二实施例提供了一种主动式复合储能系统200。该主动式复合储能系统200的构型与所述半主动式复合储能系统100的构型基本相同，区别在于，该主动式复合储能系统200包括两个DC/DC控制器30A和30B。该两个DC/DC控制器30A和30B分别与所述电池组10和超级电容组20并联，用于分别控制所述电池组10和超级电容组20的功率输出。
在上述步骤一中，可根据车辆的工作状态来判断所述复合储能系统的充放电状态。具体地，当车辆处于驱动状态时（即Pdemand>0），所述复合储能系统就处于放电状态，当车辆制动时(即Pdemand<0)，所述复合储能系统就处于充电状态。
在上述步骤二中，所述电压Vsc是指实时检测到的所述超级电容组的实际电压。所述满电电压Vsc-max顾名思义即为该超级电容组充满电后的电压。车辆可收集由于制动产生的再生能量，从而在车辆处于制动时，可将该再生能量给所述复合储能系统充电，在本发明实施例中，优先给所述超级电容组充电，即只要超级电容没有充满（Vsc小于Vsc-max），就将能量全部回收至超级电容组，当所述超级电容组充满后，再将剩余的再生能量回收至所述电池组，采用这种方式可有效地缓解所述电池组的工作压力，并尽可能减小所述电池组的充电频率和充电电流。
在上述步骤三中，所述整车需求功率Pdemand是指车辆在驱动时所需的功率。所述超级电容组的工作阈值功率Pmin为一恒定的功率，其值远小于所述电池组和超级电容各自的最大输出功率。以使所述电池组尽可能在小于Pmin范围内进行工作，来达到保护所述电池组的目的。优选地，所述工作阈值功率Pmin小于70%的所述超级电容组的最大输出功率，同时小于70%的所述电池组的最大输出功率。更为优选地，所述工作阈值功率Pmin小于40%的所述超级电容组的最大输出功率，同时小于50%的所述电池组的最大输出功率。
所述安全电压Vsc-safe相对于所述超级电容组的满电电压Vsc-max适中，以保证该安全电压Vsc-safe避免所述超级电容组电压过低导致工作时效率变差。优选地，所述安全电压Vsc-safe与所述超级电容组的满电电压Vsc-max的比例关系可以为Vsc-safe:Vsc-max=0.4~0.6:1。更为优选地，所述安全电压Vsc-safe与所述满电电压Vsc-max的比例关系为0.5:1。
当Vsc<Vsc-safe时，表明所述超级电容组即将过放，因此，需要对该超级电容组充电，可根据该超级电容组的实际电压Vsc来确定所述电池组需要给所述超级电容组充电的功率Pch。
本发明实施例提供的车用复合储能系统的能量管理方法中，在所述复合储能系统充电时通过检测所述超级电容组的电压来优先为所述超级电容组充电，在放电时，根据所述超级电容组的电压以及车辆的整车需求功率来分配所述超级电容组合电池组的输出功率。该能量管理方法简单、有效，可以合理的分配复合储能系统中电池组和超级电容组之间的功率，可充分利用所述超级电容组存储的能量，分担所述电池组的工作压力，进而延长电池组的寿命。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种车用复合储能系统的能量管理方法，其中，该复合储能系统包括一电池组和一超级电容组，所述电池组与所述超级电容组并联设置，该能量管理方法包括以下步骤：
步骤一，根据车辆工作状态，判断该复合储能系统的充放电状态，当该复合储能系统处于充电状态时，执行步骤二，以及当该复合储能系统处于放电状态时，执行步骤三；
步骤二，检测所述超级电容组的电压Vsc，并将该超级电容组的电压Vsc与所述超级电容组的满电电压Vsc-max进行比较：当Vsc<Vsc-max时，则将所述车辆制动产生的再生制动能量回收至所述超级电容组，当Vsc＝Vsc-max时，则将所述再生制动能量回收至所述电池组；
步骤三，根据所述超级电容组电压Vsc以及该车辆的整车需求功率Pdemand来分配所述超级电容组以及电池组的输出功率，具体包括以下步骤：
设定所述超级电容组的工作阈值功率Pmin以及该超级电容组的安全电压Vsc-safe；
比较所述整车需求功率Pdemand和所述工作阈值功率Pmin，同时比较所述超级电容组电压Vsc和所述安全电压Vsc-safe；
若Pdemand>Pmin，且Vsc>Vsc-safe，则设定所述电池组的输出功率为Pmin，所述超级电容组的输出功率为Pdemand-Pmin；
若Pdemand≤Pmin，且Vsc>Vsc-safe，则设定所述电池组的输出功率为Pdemand，所述超级电容组的输出功率为0；
若Vsc<Vsc-safe，则设定所述电池组的输出功率为Pdemand+Pch，其中Pdemand提供给该车辆，Pch为给所述超级电容组充电的功率。
2.如权利要求1所述的车用复合储能系统的能量管理方法，其特征在于，所述安全电压Vsc-safe与所述超级电容组的满电电压Vsc-max的比值为Vsc-safe:Vsc-max＝0.4～0.6:1。
3.如权利要求2所述的车用复合储能系统的能量管理方法，其特征在于，Vsc-safe:Vsc-max＝0.5:1。
4.如权利要求1所述的车用复合储能系统的能量管理方法，其特征在于，所述工作阈值功率Pmin小于70％的所述超级电容组的最大输出功率，同时小于70％的所述电池组的最大输出功率。
5.如权利要求1所述的车用复合储能系统的能量管理方法，其特征在于，所述复合储能系统为主动式或半主动式复合储能系统。
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