CN104354600A - 一种电电混合的供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电电混合的供电系统，包括并联连接的主电源和辅助电源，与主电源串联连接的主电源直流到直流变换单元M-DC/DC，与辅助电源串联连接的辅助直流到直流变换单元S-DC/DC，以及连接于主电源和辅助电源之间的充电直流到直流变换单元C-DC/DC。本发明拓扑结构及相适应的DC/DC变换形式满足了电电混合的要求，具有更高的输出功率、更高的能量利用效率和可靠性，系统结构简单、成本低。

Description

一种电电混合的供电系统
 
技术领域
   本发明涉及动力电池领域，具体是一种电电混合的供电系统。
背景技术
单独的大能量电池系统作为动力源往往不能满足系统的需要，如负载的瞬时功率变化、能量回收等，往往需要配合大功率二次电池（或超级电容）一起使用。电电混合性能主要的特性应该是：①负载的适应性、②能量利用效率。
公开的专利号为CN203567571U的技术（其原理图见图1），负载的动力主要是主电源提供的，辅助电源只作为能量回收用途。其缺点是，如果主电源是燃料电池，则提供给负载的功率范围较窄，很难满足负载（例如电动车辆）的需求，电池的输出功率动态特性较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电电混合的供电系统，其拓扑结构及相适应的DC/DC变换形式满足了电电混合的要求，具有更高的输出功率、更高的能量利用效率和可靠性，系统结构简单、成本低。
本发明的技术方案为：
一种电电混合的供电系统，包括并联连接的主电源和辅助电源，与主电源串联连接的主电源直流到直流变换单元M-DC/DC，与辅助电源串联连接的辅助直流到直流变换单元S-DC/DC，以及连接于主电源和辅助电源之间的充电直流到直流变换单元C-DC/DC。
所述的辅助电源由锂离子电池、铅酸电池或超级电容组成。
所述的主电源选用燃料电池或金属燃料电池。
所述的辅助直流到直流变换单元S-DC/DC为双向DC/DC。
电电混合的供电系统实现方法的说明：
（1）、主电源2、辅助电源1的配电要求和说明
辅助电源的功能主要是功率调整和短时供电，其能量来源是主电源，因此对辅助电源的要求是：能满足辅助主电源的功率调整要求，如：主电源的额定功率为10KW,峰值功率为15KW，要求辅助电源的最大输出功率为5KW，则电电混合后的电源系统的额定功率为10KW，峰值功率为20KW；辅助能量的要求，主电源在启动延续期间、停止延续期间或工作过程中的一些状态调整期间，往往输出功率达不到额定功率值，此时需要辅助电源存储的电能来补充这段时间的能量不足，如：主电源的能量为500AH，要求辅助电源的能量储存能力为25AH，则系统的电源能量仍为500AH，而主电源在改变工况时，辅助电源有5%（即25AH）的系统电源能量和5KW的输出功率用以补充主电源在状态调整期间的能量需求。
主电源能在一个电源工作周期（即主电源从电源100%带电到电源用尽）内以设计的电电混合电源系统的额定电源功率和额定电源能量指标提供能量输出；具体体现为：能满足电电混合电源系统的额定功率要求和峰值功率要求，如：要求主电源的额定功率为10KW，峰值功率为15KW，则电电混合后的电源系统的额定功率亦为10KW，峰值功率为15KW+辅助电源功率；能满足电电混合电源系统的额定能量要求，如：电电混合电源系统要求额定能量为500AH，则主电源的额定能量应为500AH（不考虑辅助电源的储存能力）。
（2）、电电混合系统内3个直流到直流变换单元DC/DC 的实现说明：
 因为主电源要求能在一个电源工作周期内以电电混合电源系统的性能指标提供额定能量输出和额定功率输出，所以与之相连接的主电源直流到直流变换单元M-DC/DC5的额定输出功率和峰值输出功率要与系统对主电源的功率要求相一致，且主电源的M-DC/DC5的长时间工作耐久能力也要与主电源的使应耐久能力相一致。
辅助直流到直流变换单元S-DC/DC3的性能要求是能把辅助电源所储存的全部电能以最大的功率全部输出出去的能力，这就要求S-DC/DC3在辅助电源的全电压范围内都具有最大的功率输出能力；假如辅助电源的最低电压为200V,最高电压为280V,则S-DC/DC3的输入电压工作范围至少应在200V到300V的范围内。S-DC/DC3的输入电压工作范围在200V到300V的范围内时，其输出最低功率要满足电电混合系统对辅助电源峰值输出功率的要求。辅助直流到直流变换单元S-DC/DC3具有双向变换的目的是能吸收由于减负荷而形成的反电动势能量的吸收。
充电直流到直流变换单元C-DC/DC4满足辅助电源的充电规律，例如，如果选择锂离子电池作为辅助电源，则充电规律应满足该锂离子电池的充电曲线；满足电电混合系统的充电规律，如满足额定工作状态下要求的辅助电源的SOC状态范围。假如辅助电源要求的SOC工作范围是20%-90%，用这个SOC范围控制直流到直流变换单元C-DC/DC4的充电范围。
本发明的优点：
（1）、能量较大的燃料电池（包括金属燃料电池），往往它们的动态功率特性范围较窄，本发明的电电混合系统实现了辅助电源能够给负载提供较大的功率输出变化范围，有利于负荷的峰值功率调整、使主电源的功率能够维持输出较为稳定的工作状态；
（2）、主电源在负载动力匹配设计上是满足负载的额定工况的，在这个额定工况下电源将有最大的能量利用效率。本发明实现了使主电源能够输出最大能量的目的；
（3）、用不同的DC/DC具体形式匹配不同的电源配置，会使系统更加优化。
具体实施方式
见图2，一种电电混合的供电系统，包括并联连接的主电源2和辅助电源1，与主电源2串联连接的主电源直流到直流变换单元M-DC/DC 5，与辅助电源1串联连接的辅助直流到直流变换单元S-DC/DC 3，以及连接于主电源2和辅助电源1之间的充电直流到直流变换单元C-DC/DC 4。
电电混合的供电系统的工作过程描述：
（1）、如果电源连接的负荷功率小于主电源2的额定功率，主电源2通过直流到直流变换单元M-DC/DC5供电;
（2）、如果电源连接的负荷功率大于主电源2的额定功率，主电源2通过M-DC/DC 5供电，辅助电源通过辅助直流到直流变换单元S-DC/DC 3供电;
（3）、直流到直流变换单元M-DC/DC 5和辅助直流到直流变换单元S-DC/DC 3输出的总功率等于连接负载7的消耗功率，直流到直流变换单元M-DC/DC 5和辅助直流到直流变换单元S-DC/DC的实际功率大小由控制系统6分配（见图3）。
（3）、如果辅助电源1的荷电状态低于电电混合系统要求的最大值，充电直流到直流变换单元C-DC/DC 4即对辅助电源1进行充电。
见图3，主电源2的电池参量采集信号连接于控制系统6的SAMP2端口602，辅助电源1的电池参量采集信号连接于控制系统6的SAMP1端口601，辅助直流到直流变换单元S-DC/DC 3连接于端口603的C1端，直流到直流变换单元M-DC/DC 5连接于端口603的C2端，充电直流到直流变换单元C-DC/DC 4连接于端口603的C3端；主电源2、辅助电源1、直流到直流变换单元M-DC/DC 5、辅助直流到直流变换单元S-DC/DC 3、充电直流到直流变换单元C-DC/DC 4和控制系统6组成了电电混合的供电系统。
控制系统6的SAMP1端口和SAMP2端口，采集电池的参量信息，主要有单体电压、电池箱分布温度，这些参数用于对电电混合的供电系统的决策控制，决策控制主要指系统的输出功率大小、主电源和辅助电源的功率输出分配及对电源的保护策略等功能；控制系统6的端口603主要完成控制系统6对3个DC/DC的控制管理、故障检测及其它任务。

Claims (4)

1.一种电电混合的供电系统，包括并联连接的主电源和辅助电源，其特征在于：还包括有与主电源串联连接的主电源直流到直流变换单元M-DC/DC，与辅助电源串联连接的辅助直流到直流变换单元S-DC/DC，以及连接于主电源和辅助电源之间的充电直流到直流变换单元C-DC/DC。
2.根据权利要求1所述的一种电电混合的供电系统，其特征在于：所述的辅助电源由锂离子电池、铅酸电池或超级电容组成。
3.根据权利要求1所述的一种电电混合的供电系统，其特征在于：所述的主电源选用燃料电池或金属燃料电池。
4.根据权利要求1所述的一种电电混合的供电系统，其特征在于：所述的辅助直流到直流变换单元S-DC/DC为双向DC/DC。
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