CN107284380B - 一种用于车辆制动能量回收的超级电容系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆制动能量回收的超级电容系统，其特征在于：第一储能模块最高工作电压与第二储能模块最高工作电压相同，第二储能模块最低工作电压与第一储能模块单独启动车辆的最低工作电压相同；第一储能模块的最高工作电压为模块中所有单体最高工作电压之和的95～100%；第一储能模块的最低工作电压为模块中所有单体最低工作电压之和的95～100%；第二储能模块的最高工作电压为模块中单体最高工作电压之和的83～92%；第三储能模块的最高工作电压为模块中单体最高工作电压之和的83～92%；第三储能模块的最低工作电压为模块中所有单体最低工作电压之和的83～92%；超级电容控制单元对第一储能模块、第二储能模块和第三储能模块控制和管理。解决车辆制动能量回收过程中电池效率低，使用寿命短的问题。

Description

一种用于车辆制动能量回收的超级电容系统
技术领域
本发明涉及车辆制动能量回收系统，特别是涉及一种用于车辆制动能量回收的超级电容系统。
背景技术
公开号为CN103538482A的专利公开了一种可助力及回收制动能量的汽车启停系统，针对现有启停系统频繁启动发动机需要高性能蓄电池，增加了成本，蓄电池短时间大电流充放电能力有限难以回收制动能量；无法为发动机提供有效助力的问题。系统包括蓄电池、电机和电机控制器组成的BSG单元、超级电容、单向降压变换器、启动机、启停系统控制器。发动机冷启动时，蓄电池为启动机供电，单向降压变换器工作于非降压模式，BSG单元与超级电容之间无能量交换。蓄电池储能不足以正常启动时，超级电容通过单向降压变换器为蓄电池充电；蓄电池和启动机之间无能量交换，启动机与单向降压变换器之间也无能量交换。发动机热启动时，超级电容经BSG单元鲜红的电机控制器为电机供电，电机处于电动运转模式；单向降压变换器工作于非降压模式，蓄电池和启动机之间无能量交换。在超车及短时爬坡等工况时，汽车需要大扭矩驱动，电机工作在电动状态为发动机提供助力。助力过程与发动机热启动过程的能量流向相同，但是助力过程中电机的转速更高、输出功率更大。汽车制动时，BSG单元给超级电容充电，同时，BSG单元经单向降压变换器为蓄电池充电；蓄电池和启动机之间无能量交换，启动机和单向降压变换器之间也无能量交换。超级电容储能不足正常充电时，BSG单元中的电机工作处于发电状态，经电机控制器为超级电容充电，单向降压变换器工作处于非降压模式，蓄电池和启动机之间无能量交换。公开号为CN102658802A的专利公开了一种汽车怠速启停系统及复合电源，针对现有技术中蓄电池容易受到损害的问题。系统包括储能单元，由蓄电池和超级电容组成，启动电机包括电动机模式和发电机工作模式，电机驱动器，电力电子变换装置、状态监测装置、电子控制单元，与电机驱动器、汽车状态监测装置、电力电子变换器装置、启动电机、储能单元通信连接，用于根据汽车状态监测装置检测到的参数，判断是否处于启动、行驶、怠速启停会停止的状态，以控制引擎、电机驱动器的运转，以及储能单元和启动电机之间的能量转移，提高燃油经济性和延长蓄电池寿命。
针对现有汽车启停系统在启动时采用蓄电池作为启动机的能量来源，蓄电池使用寿命短，生产成本高，同时在制动时不能回收存储制动能量的问题。公开号为CN105291862A的中国专利公开了一种基于超级电容的汽车启停系统及方法，该系统包括控制器、启动机、蓄电池电压测量模块和第一支路，所述第一支路包括串接的第一电子开关和蓄电池，蓄电池电压测量模块分别于蓄电池和控制器连接，启动机通过发动机与发电机相连，启动机、发动机和发电机均与控制器连接，第一支路的两端分别连接发电机的两端和启动机的两端，还包括温度检测模块，电容电压测量模块，电路选择模块；第二支路的两端分别连接发电机的两端和启动机两端，第二支路包括串接的超级电容和第二电子开关，温度模块分别与发动机与控制器连接，电容电压测量模块与超级电容和控制器连接；第一电子开关、第二电子开关分别通过电路选择模块与控制器连接。与现有技术相比，该发明成本低廉，启动时超级电容优先带动启动机，避免大电流冲击蓄电池，延长电池寿命；系统具有蓄电池和超级电容两种动力来源，保障冗余可靠性，能够在制动过程中回收能量。公开号为CN104129319A、CCCN203974575U的专利公开了一种带制动能量回收的汽车怠速启停系统，包括与发动机相连接的BSG电机和DC/DC转换器，超级电容的电压等级为24V，汽车制动时，BSG电机经过控制器发24V电为超级电容充电，汽车正常行驶时，BSG电机经控制器和DC/DC转换器发14V电为电池充电。减少了汽车启动机的启动频率和避免启动时大电流对汽车电池的损耗，无需增加启动机和电池，且制动时超级电容回收能量。公开号为CN201310394672.0的专利公开了一种可回收制动能量的汽车复合储能启停系统，针对现有系统多次启动发动机造成蓄电池频繁大电流放电，严重影响寿命，普通蓄电池不能有效回收及利用车辆制动时的动能的问题。该系统包括蓄电池、电机子系统、超级电容、双向降压变换器，电机子系统包括电机和电机控制器。超级电容可以为车载高动态响应需求负载快速供电，有效实现再生制动储能。
综合以上分析可以看出，车辆加装制动能量回收系统可以减少排放和燃料、电能等能源消耗，但由于车辆在制动过程中，尤其是城市工况下，频繁地对储能电池大电流充放电，导致其寿命快速衰减，频繁更换，增加了使用成本。因此，有必要从车辆制动特点，结合储能装置优势，开发相应的能量回收系统。
发明内容
本发明目的是提供一种用于车辆制动能量回收的超级电容系统，解决车辆制动能量回收过程中电池效率低，使用寿命短的问题。现阶段，用于车辆能量回收的储能装置大部分是铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池，由于电池的性能限制，一方面要有大的裕量满足车辆瞬时大功率输出工况，另一方面电池频繁充放电，尤其是大电流频繁充放电，衰减严重，不能有效回收能量。
与现有用于车辆制动能量回收的储能（装置）系统技术不同，本发明的用于车辆制动能量回收系统，是基于超级电容的储能特性，实现车辆启动、制动能量回收、负载供电以及车辆行驶助力等。
本发明技术方案是这样实现的：一种用于车辆制动能量回收的超级电容系统，包括第一储能模块、第二储能模块、第三储能模块及超级电容控制单元，其特征在于：第一储能模块最高工作电压与第二储能模块最高工作电压相同，第二储能模块最低工作电压与第一储能模块单独启动车辆的最低工作电压相同；第一储能模块与第二储能模块并联连接，第三储能模块与第一储能模块和第二储能模块串联连接，通过DC/DC转换器与逆变器及启动/发电机连接；超级电容控制单元与第一储能模块、第二储能模块和第三储能模块连接通讯，超级电容控制单元根据车辆控制器输入的信号进行第一储能模块、第二储能装置和第三储能装置的电能源控制及管理，其控制方法包括：
超级电容控制单元根据整车控制器输入的车辆启动状态信号，确定超级电容系统的第一储能模块、第二储能模块及第三储能模块的电压状态（SOV）、温度状态（T）以及健康状态（SOH）：
1）第一储能模块电压状态（SOV）：U≥Ulim1；
2）第一储能模块电压状态（SOV）：Ulim2≤U＜Ulim1；
3）第一储能模块温度状态（T）：-40～65℃；
4）第一储能模块健康状态（SOH）：容量衰减⊿C≤20%，内阻增加⊿ESR≤20%；
5）第二储能模块电压状态（SOV）：U≥Ulim1；
6）第二储能模块温度状态（T）：-30～65℃；
7）第二储能模块健康状态（SOH）：容量衰减⊿C≤20%，内阻增加⊿ESR≤20%；
8）第三储能模块电压状态（SOV）：U≥Ulim3；
9）第三储能模块温度状态（T）：-20～65℃；
10）第三储能模块健康状态（SOH）：容量衰减⊿C≤20%，内阻增加⊿ESR≤20%；
若满足1）3）4），第一储能模块为车辆启动供电；
若不满足3）或4），第一储能模块故障诊断；
若满足2）3）4），由第一储能模块辅助第二储能模块为车辆启动供电；
若满足3）4）5）6）7），不满足1）2），由第二储能模块为车辆启动供电；
若不满足6）或7），第二储能模块故障诊断；
若满足2）3）4）6）7）8）9）10），不满足1）5），由第一储能模块辅助第三储能模块为车辆启动供电；
若不满足9）或10），第三储能模块故障诊断。
超级电容控制单元根据整车控制器输入的车辆行驶状态信号，比较车辆行驶所需功率Preq与车辆发动机或/和电机功率Pmax，若Pmax＞Preq，确定超级电容系统的第一储能模块、第二储能模块及第三储能模块的电压状态（SOV）、温度状态（T）包括：
1）第一储能模块电压状态（SOV）：U＜Ulim2；
2）第一储能模块温度状态（T）：-30～65℃；
3）第二储能模块电压状态（SOV）：U＜Ulim1；
4）第二储能模块温度状态（T）：-20～65℃；
5）第三储能模块电压状态（SOV）：U＜Ulim3；
6）第三储能模块温度状态（T）：-20～65℃；
若满足1）2），第一储能模块充电至Us1；
若满足2），不满足1），第一储能模块不充电；
若不满足2），第一储能模块故障诊断；
若满足3）4），第二储能模块充电至Us1；
若不满足3）或4），第二储能模块不充电；
若不满足4），第二储能模块故障诊断；
若满足5）6），第三储能模块充电至Us2；
若满足6），不满足5），第三储能模块不充电；
若不满足6），第三储能模块故障诊断；
超级电容控制单元根据整车控制器输入的车辆行驶状态信号，比较车辆行驶所需功率Preq与车辆发动机或/和电机功率Pmax，若Pmax＜Preq，确定超级电容系统的第二储能模块及第三储能模块的电压状态（SOV）、温度状态（T）包括：
1）第二储能模块电压状态（SOV）：U≥Ulim1；
2）第二储能模块温度状态（T）：-20～65℃；
3）第三储能模块电压状态（SOV）：U≥Ulim3；
4）第三储能模块温度状态（T）：-20～65℃；
5）若满足1）2）3）4），第二储能模块辅助第三储能模块为车辆行驶、加速及爬坡供电。
6）若满足2）4）不满足1）3），第二储能装置不供电；
7）若不满足2）4），第二储能模块和第三储能模块故障诊断。
超级电容控制单元根据整车控制器输入的车辆制动状态信号，确定超级电容系统的第一储能模块、第二储能模块及第三储能模块的电压状态（SOV）、温度状态（T）包括：
1）第一储能模块电压状态（SOV）：U＜Us1；
2）第一储能模块温度状态（T）：-30～65℃；
3）第二储能模块电压状态（SOV）：U＜Us1；
4）第二储能模块温度状态（T）：-20～65℃；
5）第三储能模块电压状态（SOV）：U＜Us2；
6）第三储能模块温度状态（T）：-20～65℃；
若满足1）2），第一储能模块回收能量，电压充至Us1；
若不满足2），第一储能模块故障诊断；
若满足3）4），第二储能模块回收能量，电压充至Us1；
若不满足4），第二储能模块故障诊断；
若满足5）6），第三储能模块回收能量，充电至Us2；
若不满足6），第三储能模块故障诊断。
超级电容控制单元根据整车控制器输入的车辆工作状态信号，判断负载功率Pload，确定超级电容系统的第二储能模块及第三储能模块的电压状态（SOV）、温度状态（T）：
1）第二储能模块电压状态（SOV）：U≥Ulim1；
2）第二储能模块温度状态（T）：-20～65℃；
3）第三储能模块电压状态（SOV）：U≥Ulim3；
4）第三储能模块温度状态（T）：-20～65℃；
若满足1）2），第二储能模块为负载供电；
若满足2）3）4），不满足1），第三储能模块为负载供电；
若满足3）4），由第三储能模块为负载供电；
若不满足2）或4）第二储能模块和第三储能模块故障诊断。
本发明中，所述的第一储能模块由二个及以上的圆柱型超级电容单体正负极柱通过导体紧固连接，采集/监控超级电容器单体电压、温度及单体均衡的电路板固定连接在一极极柱上，单体正负极导体紧固连接处及单体圆柱面与模块箱体之间以绝缘硅胶垫隔离，单体之间排布形成风冷通道，电路板与超级电容控制单元通讯连接。第一储能模块供电时，第一储能模块中超级电容单体负极放电电压线性升高，单体最高工作电压为单体额定电压的95%，第一储能模块的最高工作电压为模块中所有单体最高工作电压之和的95～100%；单体最低工作电压为额定电压的55%，第一储能模块的最低工作电压为模块中所有单体最低工作电压之和的95～100%；
所述的第二储能模块由二个及以上的方型超级电容单体正负极通过导体紧固连接，与采集/监控超级电容器单体电压、温度及单体均衡的电路板连接，单体正负极导体紧固连接处及单体之间与模块箱体之间以绝缘硅胶垫隔离，单体之间排布形成风冷通道，电路板与超级电容控制单元通讯连接。第二储能模块供电时，第二储能模块中超级电容单体负极放电电压趋于恒定，第二储能模块中单体最高工作电压为单体额定电压的90%，第二储能模块的最高工作电压为模块中单体最高工作电压之和的83～92%；
所述的第三储能模块由二个及以上的方型超级电容单体正负极通过导体紧固连接，与采集/监控超级电容器单体电压、温度及单体均衡的电路板连接，单体之间排布形成风冷或液冷通道，电路板与超级电容控制单元通讯连接。第三储能模块供电时，第三储能模块中超级电容单体负极放电电压趋于恒定，单体最高工作电压为单体额定电压的90%，第三储能模块的最高工作电压为模块中单体最高工作电压之和的83～92%；单体最低工作电压为单体额定电压的60%，第三储能模块的最低工作电压为模块中所有单体最低工作电压之和的83～92%；
所述的超级电容单体内芯为卷绕式结构，正负电极中至少一极含有活性炭，充电过程中，电压线性降低或升高，所述的活性炭介孔比例为53～60%，平均孔径1.3～2.2nm，灰分≤0.2%，孔容为0.7～0.8cm3/g。
本发明的积极效果是超级电容系统承担启动和制动能回收过程中的瞬间高功率负荷，降低电能损耗，低温冷启动，实现电气性能的提升，有效回收制动能量，为发动机提供助力，为车载用电设备供电，使用寿命周期内免维护，降低用户使用成本。
附图说明：
图1是本发明实施例的超级电容系统电路示意图。
图2是本发明实施例的超级电容放电曲线特征示意图。
图3本发明实施例的车辆启动时超级电容系统供电流程图。
图4本发明实施例的车辆行驶时超级电容系统充电流程图。
图5本发明实施例的车辆行驶时超级电容系统为车辆行驶、加速及爬坡供电流程图。
图6本发明实施例的车辆制动时超级电容系统回收能量流程图。
图7本发明实施例的车辆负载工作时超级电容系统供电流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种用于车辆制动能量回收的超级电容系统作详细描述，所述的实施例只是对本发明的权利要求的具体描述，权利要求包括但不限于所述的实施例内容。
本发明的目的在于提供一种用于车辆能量回收的超级电容系统，即基于超级电容系统以实现车辆启动、制动能量回收、负载供电以及车辆行驶助力等。
本发明实施例中，第一储能模块1与第二储能模块2并联连接，第三储能模块3与第一储能模块1和第二储能模块2串联连接，通过DC/DC转换器4与逆变器及启动/发电机连接；第三储能模块3通过DC/DC转化器5与启动/发电机连接。如图1所示。K1、K2、G1、G2、S1、S2分别与超级电容控制单元（CCU）连接。车辆为第一储能模块1、第二储能模块2、第三储能模块充电时，超级电容控制单元（CCU）通过控制S1的通断实现不同储能模块充电；DC/DC转换器4中K1在超级电容控制单元（CCU）控制下开关导通，与储能电感L1和电容C1构成回路，电感L通过自感产生脉冲电压，与K2、电容C1构成回路，电容C1两端获得的电压为第一储能模块1和或第二储能模块2和或第三储能模块3供电。超级电容控制单元（CCU）通过控制S1、S2的通断实现不同储能模块为车辆启动供电，S1断开S2导通时，第一储能模块1或和第二储能模块2为车辆启动供电；S2断开S1导通时，第三储能模块3通过DC/DC转换器5为车辆启动供电，DC/DC转换器5中G1在超级电容控制单元（CCU）控制下开关导通，与储能电感L2和电容C2构成回路，电感L2通过自感产生脉冲电压，与G2、电容C2构成回路，电容C2两端获得的电压为车辆启动供电。本实施例中控制单元（CCU）可与上述组件集成在一起，也可以作为一个独立组件与整车控制器连接或嵌入。
本发明实施例中，第二储能模块2与第三储能模块3集成在一个箱体中，A端为48V端子，A′为16V端子；第一储能模块1为单独另一箱体，与A′端子连接，B端与电机连接；
本发明实施例中，第一储能模块1由6个卷绕式圆柱型超级电容单体（2.7V 1500F0.55mΩ）正负极柱通过导体紧固串联连接，采集/监控超级电容器单体电压、温度及单体均衡的电路板固定连接在负极极柱上，单体正负极导体紧固连接处及单体圆柱面与模块箱体之间以绝缘硅胶垫隔离，单体之间排布形成风冷通道，电路板与超级电容控制单元通讯连接；第一储能模块供电时，第一储能模块中超级电容单体正极放电电压线性降低，具有放电曲线（I）特征；超级电容单体负极放电电压线性升高，具有放电曲线（II）特征，如图2所示；单体最高工作电压Uc1为2.56V，单体最低工作电压Uclim1为1.48V，第一储能模块1单独启动车辆工作电压Ulim1为9.6V，第一储能模块1最低工作电压Ulim2为8.8V即所有单体最低电压Uclim1之和的99%；最高工作电压Us1为15.2V，额定电压为16V。
本发明实施例中，第二储能模块2由5个卷绕方型超级电容单体（3.8V 2200F 2.0mΩ）通过导体紧固串联连接，单体与采集/监控超级电容器单体电压、温度及单体均衡的电路板连接，单体正负极导体紧固连接处及单体之间与模块箱体之间以绝缘硅胶垫隔离，单体之间排布形成风冷通道，电路板与超级电容控制单元通讯连接。第二储能模块2供电时，第二储能模块2中超级电容单体正极放电电压线性降低，具有放电曲线（I）特征；超级电容单体超级电容单体负极放电电压趋于恒定，具有放电曲线（III）特征，如图2所示；第二储能模块2最低工作电压与第一储能模块1工作电压Ulim1相同均为9.6V，第二储能模块2最高工作电压与第一储能模块1最高工作电压Us1相同均为15.2V；
本发明实施例中，第三储能模块3由10个卷绕式方型超级电容单体（3.8V 2200F2.0mΩ）正负极通过导体紧固串联连接，单体与采集/监控超级电容器单体电压、温度及单体均衡的电路板连接，单体之间排布形成风冷通道，电路板与超级电容控制单元通讯连接。第三储能模块3中超级电容单体正极放电电压线性降低，具有放电曲线（I）特征；超级电容单体负极放电电压趋于恒定，具有放电曲线（III）特征，如图2所示；超级电容单体最高工作电压Uc2为3.42V，最低工作电压Uclim2为2.28V，第三储能模块3最低工作电压Ulim2为19.2V，最高工作电压Us1为28.8V，额定电压为32V。
本发明实施例中，所述的超级电容圆柱型和方型单体内芯为卷绕式结构，所述的超级电容单体正负电极中至少一极含有活性炭，所述活性炭参数如下表1。
比表面积（m<sup>2</sup>/g） 1408.33
平均孔径（nm） 2.15
孔容（cm<sup>3</sup>/g） 0.76
介孔比例（%） 53.30
灰分（%） 0.13
本发明实施例中，超级电容控制单元（CCU）根据整车控制器输入的车辆启动状态信号，确定超级电容系统的第一储能模块1、第二储能模块2及第三储能模块3的电压状态（SOV）、温度状态（T）以及健康状态（SOH）：
1）第一储能模块1电压状态（SOV）：U≥9.6V；
2）第一储能模块1电压状态（SOV）：8.8V≤U＜9.6V；
3）第一储能模块1温度状态（T）：-40～65℃；
4）第一储能模块1健康状态（SOH）：容量衰减⊿C≤50F，内阻增加⊿ESR≤1.2mΩ；
5）第二储能模块2电压状态（SOV）：U≥9.6V；
6）第二储能模块2温度状态（T）：-30～65℃；
7）第二储能模块2健康状态（SOH）：容量衰减⊿C≤73F，内阻增加⊿ESR≤4mΩ；
8）第三储能模块3电压状态（SOV）：U≥19.2V；
9）第三储能模块3温度状态（T）：-20～65℃；
10）第三储能模块3健康状态（SOH）：容量衰减⊿C≤44F，内阻增加⊿ESR≤6.7mΩ；
若满足1）3）4），第一储能模块1为车辆启动供电；
若不满足3）或4），第一储能模块1故障诊断；
若满足2）3）4），由第一储能模块1辅助第二储能模块2为车辆启动供电；
若满足3）4）5）6）7），不满足1）2），由第二储能模块2为车辆启动供电；
若不满足6）或7），第二储能模块2故障诊断；
若满足2）3）4）6）7）8）9）10），不满足1）5），由第一储能模块1辅助第三储能模块3为车辆启动供电；
若满足8）9）10），也可由第三储能模块3为车辆启动供电，如图3所示。
若不满足9）或10），第三储能模块3故障诊断。
如图3所示。
本发明实施例中，超级电容控制单元（CCU）根据整车控制器输入的车辆行驶状态信号，比较车辆行驶所需功率Preq与车辆发动机或/和电机功率Pmax，若Pmax＞Preq，确定超级电容系统的第一储能模块1、第二储能模块2及第三储能模块3的电压状态（SOV）、温度状态（T）包括：
1）第一储能模块（1）电压状态（SOV）：U＜8.8V；
2）第一储能模块（1）温度状态（T）：-30～65℃；
3）第二储能模块（2）电压状态（SOV）：U＜9.6V；
4）第二储能模块（2）温度状态（T）：-20～65℃；
5）第三储能模块（3）电压状态（SOV）：U＜19.2V；
6）第三储能模块（3）温度状态（T）：-20～65℃；
若满足1）2），第一储能模块1充电至15.2V；
若满足2），不满足1），第一储能模块1不充电；
若不满足2），第一储能模块1故障诊断；
若满足3）4），第二储能模块2充电至15.2V；
若不满足3）或4），第二储能模块2不充电；
若不满足4），第二储能模块2故障诊断；
若满足5）6），第三储能模块3充电至28.8V；
若满足6），不满足5），第三储能模块3不充电；
若不满足6），第三储能模块3故障诊断；
如图4所示。
本发明实施例中，超级电容控制单元根据整车控制器输入的车辆行驶状态信号，比较车辆行驶所需功率Preq与车辆发动机或/和电机功率Pmax，若Pmax＜Preq，确定超级电容系统的第二储能模块2及第三储能模块3的电压状态（SOV）、温度状态（T）包括：
1）第二储能模块2电压状态（SOV）：U≥9.6V；
2）第二储能模块2温度状态（T）：-20～65℃；
3）第三储能模块3电压状态（SOV）：U≥19.2V；
4）第三储能模块3温度状态（T）：-20～65℃；
5）若满足1）2）3）4），第二储能模块2辅助第三储能模块3为车辆行驶、加速及爬坡供电。
6）若满足2）4）不满足1）3），第二储能装置2不供电；
7）若不满足2）4），第二储能模块2和第三储能模块3故障诊断。
如图5所示。
本发明实施例中，超级电容控制单元根据整车控制器输入的车辆制动状态信号，确定超级电容系统的第一储能模块1、第二储能模块2及第三储能模块3的电压状态（SOV）、温度状态（T）包括：
1）第一储能模块1电压状态（SOV）：U＜15.2V；
2）第一储能模块1温度状态（T）：-30～65℃；
3）第二储能模块2电压状态（SOV）：U＜15.2V；
4）第二储能模块2温度状态（T）：-20～65℃；
5）第三储能模块3电压状态（SOV）：U＜28.8V；
6）第三储能模块3温度状态（T）：-20～65℃；
若满足1）2），第一储能模块1回收能量，电压充至15.2V；
若不满足2），第一储能模块1故障诊断；
若满足3）4），第二储能模块2回收能量，电压充至15.2V；
若不满足4），第二储能模块2故障诊断；
若满足5）6），第三储能模块3回收能量，充电至28.8V；
若不满足6），第三储能模块3故障诊断。
如图6所示。
本发明实施例中，超级电容控制单元根据整车控制器输入的车辆工作状态信号，判断负载功率Pload，确定超级电容系统的第二储能模块2及第三储能模块3的电压状态（SOV）、温度状态（T）：
1）第二储能模块2电压状态（SOV）：U≥9.6V；
2）第二储能模块2温度状态（T）：-20～65℃；
3）第三储能模块3电压状态（SOV）：U≥19.2V；
4）第三储能模块3温度状态（T）：-20～65℃；
若满足1）2），第二储能模块2为负载供电；
若满足2）3）4），不满足1），第三储能模块3为负载供电；
若满足3）4），由第三储能模块3为负载供电；
若不满足2）或4）第二储能模块2和第三储能模块3故障诊断。
如图7所示。

Claims (5)

1.一种用于车辆制动能量回收的超级电容系统，其特征在于，包括第一储能模块、第二储能模块、第三储能模块、DC/DC转换器及超级电容控制单元，第一储能模块最高工作电压与第二储能模块最高工作电压相同，第二储能模块最低工作电压与第一储能模块单独启动车辆的最低工作电压相同；第一储能模块与第二储能模块并联连接，第三储能模块与第一储能模块和第二储能模块串联连接，通过DC/DC转换器与逆变器及启动/发电机连接；超级电容控制单元与第一储能模块、第二储能模块和第三储能模块连接通讯，超级电容控制单元根据车辆控制器输入的信号进行第一储能模块、第二储能装置和第三储能装置的电能源控制及管理，其控制方法包括：
超级电容控制单元根据整车控制器输入的车辆启动状态信号，确定超级电容系统的第一储能模块、第二储能模块及第三储能模块的电压状态（SOV）、温度状态（T）以及健康状态（SOH）：
1）第一储能模块电压状态（SOV）：U≥Ulim1；
2）第一储能模块电压状态（SOV）：Ulim2≤U＜Ulim1；
3）第一储能模块温度状态（T）：-40～65℃；
4）第一储能模块健康状态（SOH）：容量衰减⊿C≤20%，内阻增加⊿ESR≤20%；
5）第二储能模块电压状态（SOV）：U≥Ulim1；
6）第二储能模块温度状态（T）：-30～65℃；
7）第二储能模块健康状态（SOH）：容量衰减⊿C≤20%，内阻增加⊿ESR≤20%；
8）第三储能模块电压状态（SOV）：U≥Ulim3；
9）第三储能模块温度状态（T）：-20～65℃；
10）第三储能模块健康状态（SOH）：容量衰减⊿C≤20%，内阻增加⊿ESR≤20%；
若满足1）3）4），第一储能模块为车辆启动供电；
若不满足3）或4），第一储能模块故障诊断；
若满足2）3）4），由第一储能模块辅助第二储能模块为车辆启动供电；
若满足3）4）5）6）7），不满足1）2），由第二储能模块为车辆启动供电；
若不满足6）或7），第二储能模块故障诊断；
若满足2）3）4）6）7）8）9）10），不满足1）5），由第一储能模块辅助第三储能模块为车辆启动供电；
若不满足9）或10），第三储能模块故障诊断；
超级电容控制单元根据整车控制器输入的车辆行驶状态信号，比较车辆行驶所需功率Preq与车辆发动机或/和电机功率Pmax，若Pmax＞Preq，确定超级电容系统的第一储能模块、第二储能模块及第三储能模块的电压状态（SOV）、温度状态（T）包括：
1）第一储能模块电压状态（SOV）：U＜Ulim2；
2）第一储能模块温度状态（T）：-30～65℃；
3）第二储能模块电压状态（SOV）：U＜Ulim1；
4）第二储能模块温度状态（T）：-20～65℃；
5）第三储能模块电压状态（SOV）：U＜Ulim3；
6）第三储能模块温度状态（T）：-20～65℃；
若满足1）2），第一储能模块充电至Us1；
若满足2），不满足1），第一储能模块不充电；
若不满足2），第一储能模块故障诊断；
若满足3）4），第二储能模块充电至Us1；
若不满足3）或4），第二储能模块不充电；
若不满足4），第二储能模块故障诊断；
若满足5）6），第三储能模块充电至Us2；
若满足6），不满足5），第三储能模块不充电；
若不满足6），第三储能模块故障诊断；
超级电容控制单元根据整车控制器输入的车辆行驶状态信号，比较车辆行驶所需功率Preq与车辆发动机或/和电机功率Pmax，若Pmax＜Preq，确定超级电容系统的第二储能模块及第三储能模块的电压状态（SOV）、温度状态（T）包括：
1）第二储能模块电压状态（SOV）：U≥Ulim1；
2）第二储能模块温度状态（T）：-20～65℃；
3）第三储能模块电压状态（SOV）：U≥Ulim3；
4）第三储能模块温度状态（T）：-20～65℃；
5）若满足1）2）3）4），第二储能模块辅助第三储能模块为车辆行驶、加速及爬坡供电；
6）若满足2）4）不满足1）3），第二储能装置不供电；
7）若不满足2）4），第二储能模块和第三储能模块故障诊断；
超级电容控制单元根据整车控制器输入的车辆制动状态信号，确定超级电容系统的第一储能模块、第二储能模块及第三储能模块的电压状态（SOV）、温度状态（T）包括：
1）第一储能模块电压状态（SOV）：U＜Us1；
2）第一储能模块温度状态（T）：-30～65℃；
3）第二储能模块电压状态（SOV）：U＜Us1；
4）第二储能模块温度状态（T）：-20～65℃；
5）第三储能模块电压状态（SOV）：U＜Us2；
6）第三储能模块温度状态（T）：-20～65℃；
若满足1）2），第一储能模块回收能量，电压充至Us1；
若不满足2），第一储能模块故障诊断；
若满足3）4），第二储能模块回收能量，电压充至Us1；
若不满足4），第二储能模块故障诊断；
若满足5）6），第三储能模块回收能量，充电至Us2；
若不满足6），第三储能模块故障诊断；
超级电容控制单元根据整车控制器输入的车辆工作状态信号，判断负载功率Pload，确定超级电容系统的第二储能模块及第三储能模块的电压状态（SOV）、温度状态（T）：
1）第二储能模块电压状态（SOV）：U≥Ulim1；
2）第二储能模块温度状态（T）：-20～65℃；
3）第三储能模块电压状态（SOV）：U≥Ulim3；
4）第三储能模块温度状态（T）：-20～65℃；
若满足1）2），第二储能模块为负载供电；
若满足2）3）4），不满足1），第三储能模块为负载供电；
若满足3）4），由第三储能模块为负载供电；
若不满足2）或4）第二储能模块和第三储能模块故障诊断。
2.根据权利要求1所述的一种用于车辆制动能量回收的超级电容系统，其特征在于所述的第一储能模块由二个及以上的圆柱型超级电容单体正负极柱通过导体紧固连接，采集/监控超级电容器单体电压、温度及单体均衡的电路板固定连接在一极极柱上，单体正负极导体紧固连接处及单体圆柱面与模块箱体之间以绝缘硅胶垫隔离，单体之间排布形成风冷通道，电路板与超级电容控制单元通讯连接；
第一储能模块供电时，第一储能模块中超级电容单体负极放电电压线性升高，单体最高工作电压为单体额定电压的95%，第一储能模块的最高工作电压为模块中所有单体最高工作电压之和的95～100%；单体最低工作电压为额定电压的55%，第一储能模块的最低工作电压为模块中所有单体最低工作电压之和的95～100%。
3.根据权利要求1所述的一种用于车辆制动能量回收的超级电容系统，其特征在于所述的第二储能模块由二个及以上的方型超级电容单体正负极通过导体紧固连接，与采集/监控超级电容器单体电压、温度及单体均衡的电路板连接，单体正负极导体紧固连接处及单体之间与模块箱体之间以绝缘硅胶垫隔离，单体之间排布形成风冷通道，电路板与超级电容控制单元通讯连接；
第二储能模块供电时，第二储能模块中超级电容单体负极放电电压趋于恒定，第二储能模块中单体最高工作电压为单体额定电压的90%，第二储能模块的最高工作电压为模块中单体最高工作电压之和的83～92%。
4.根据权利要求1所述的一种用于车辆制动能量回收的超级电容系统，其特征在于所述的第三储能模块由二个及以上的方型超级电容单体正负极通过导体紧固连接，与采集/监控超级电容器单体电压、温度及单体均衡的电路板连接，单体之间排布形成风冷或液冷通道，电路板与超级电容控制单元通讯连接；
第三储能模块供电时，第三储能模块中超级电容单体负极放电电压趋于恒定，单体最高工作电压为单体额定电压的90%，第三储能模块的最高工作电压为模块中单体最高工作电压之和的83～92%；单体最低工作电压为单体额定电压的60%，第三储能模块的最低工作电压为模块中所有单体最低工作电压之和的83～92%。
5.根据权利要求1所述的一种用于车辆制动能量回收的超级电容系统，其特征在于所述的超级电容圆柱型和方型单体内芯为卷绕式结构，超级电容单体正负电极中至少一极含有活性炭，所述的活性炭介孔比例为53～60%，平均孔径1.3～2.2nm，灰分≤0.2%，孔容为0.7～0.8cm3/g。
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