CN108638874B - 一种基于增程式车辆的储能管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于增程式车辆的储能管理系统，涉及车辆能源管理技术领域。本发明包括增程器单元组、储能单元和分布式能量管理单元。增程器单元组包括多个増程器单元，用于将化石能源或其它种类的内燃机能源转化为电能。储能单元用于向所述车辆负载供电和回收所述车辆制动能量，包括超级电容储能单元和动力电池储能单元，所述储能单元设有第一预设电量值。分布式能量管理单元，设置成根据所处车辆的负载需求功率和所述储能单元的荷电状态，协调控制所述增程器单元组和所述储能单元向所述车辆提供动力源。本发明的储能管理系统大大提高了车辆能量转化效率和动力电池使用寿命。

Description

一种基于增程式车辆的储能管理系统

技术领域

本发明涉及车辆能源管理技术领域，特别是涉及一种基于增程式车辆的储能管理系统。

背景技术

电动车辆存在续驶里程短、充电时间长的问题，增程式电动车辆的出现有效弥补了此种不足。目前，增程式车辆的整车能量源一般由增程器和动力电池组成。而增程式车辆的动力电池容量往往较小，当增程器启动工作时，受限于车辆工况变化与增程器响应特性，增程器输出功率与车辆需求功率无法实时同步，致使电池充放电工况较为频繁，电池易于受到较大电流的反复冲击，降低了动力电池的使用寿命。当车辆制动进行能量回收时，动力电池往往承受更大的电流冲击，受限于动力电池本体的物理特性，频繁的充放电工况易于导致电池包过热，不但影响能量的转换效率，而且需要额外的能量冷却动力电池，进而致使车辆节能率受影响。此外，动力电池长期处于大电流充放电频繁的工况，对动力电池的寿命也会产生不利影响。

发明内容

本发明的一个目的是针对现有技术的缺陷，提供一种能够提高增程式车辆能量转化效率和动力电池使用寿命的储能管理系统。

特别地，本发明提供了一种基于增程式车辆的储能管理系统，用于提高增程式车辆能量转化效率和使用寿命，包括：

增程器单元组，包括多个増程器单元，用于将内燃机能源转化为电能；

储能单元，用于向所述车辆负载供电和回收所述车辆制动能量，且包括超级电容储能单元和动力电池储能单元，所述超级电容储能单元配置成辅助储能部件，所述动力电池储能单元配置成主储能部件；以及

分布式能量管理单元，设置成根据所处车辆的负载需求功率和所述储能单元的荷电状态协调控制所述增程器单元组和所述储能单元向所述车辆提供动力源。

进一步地，所述储能单元还包括：

双向直流逆变器，与所述超级电容储能单元串联连接，用于根据所述车辆的负载功率控制所述超级电容储能单元的充放电；以及

高压继电器，与所述动力电池储能单元串联，用于控制所述动力电池储能单元的充放电状态；

所述超级电容储能单元与所述动力电池储能单元并联连接，所述高压继电器与所述双向直流逆变器并联连接至高压负载端，以使所述超级电容储能单元和所述动力电池储能单元同时或单独地向所述高压负载端供电。

进一步地，还包括：

燃料采集与供给系统，用于向所述增程器单元组提供能量源；以及

车载充电装置，用于利用外部电源向所述储能单元提供电能。

进一步地，所述分布式能量管理单元至少通过所述车辆的档位、加速踏板深度、制动踏板深度或当前车速信号获取所述车辆的负载需求功率。

进一步地，当所述储能单元的电量大于等于第一预设电量值、且在所述车辆正常行驶过程中所述储能单元的放电功率满足所述车辆的负载需求功率时控制所述高压继电器保持吸合，以使所述储能单元单独向所述车辆提供电能，

其中，所述动力电池储能单元用作主电源，所述超级电容储能单元用作辅助电源，若所述超级电容储能单元的电量大于第二预设电量值，所述分布式能量管理单元通过控制所述双向直流逆变器使所述超级电容储能单元优先放电，以保证所述车辆制动时所述超级电容储能单元具有能够回收所述车辆的制动能量的容量空间。

进一步地，当所述车辆进行制动时，所述分布式能量管理单元控制所述高压负载端中的驱动电机进行电制动，以将制动产生的电能存入所述储能单元，从而回收所述制动能量，

其中，所述分布式能量管理单元通过控制所述双向直流逆变器对所述超级电容储能单元进行充电，将所述车辆制动回收的所述制动能量优先导入所述超级电容储能单元，避免大电流对所述动力电池储能单元的冲击。

进一步地，当所述储能单元电量小于第一预设电量值时，所述分布式能量管理单元根据所述车辆的工况信息判断是否开启所述增程器单元组且同时检测所述动力电池储能单元的电流；

所述分布式能量管理单元控制所述增程器单元组输出功率，以跟随所述车辆的负载需求功率，所述增程器单元组用作主能量源，所述储能单元用作辅助能量源；

当所述电流小于等于所述第一预设电流值时，所述分布式能量管理单元控制所述高压继电器断开，断开所述动力电池储能单元供电，以避免拉弧现象，所述增程器单元组用作主能量源，所述超级电容储能单元用作辅助能量源。

进一步地，当所述车辆的负载需求功率瞬时变大时，所述分布式能量管理单元控制所述增程器单元组增大功率输出以跟随所述负载需求功率，同时通过控制所述双向直流逆变器对所述超级电容储能单元放电，向所述高压负载端提供电能补足所需功率差额，以消除所述增程器单元组功率输出响应滞后的影响。

进一步地，当所述车辆的负载需求功率瞬时变小时，所述分布式能量管理单元控制所述增程器单元组增减小功率输出以跟随所述负载需求功率，同时通过控制所述双向直流逆变器将多余负载消耗的电能充入所述超级电容储能单元，以消除所述增程器单元组功率输出响应滞后的影响。

进一步地，当所述车辆处于制动状态时，所述分布式能量管理单元控制所述高压负载端中的驱动电机进行电制动，将动力转化为电能；

同时控制所述增程器单元组的输出功率为零，将制动回收的电能全部回收至所述超级电容储能单元。

本发明的储能管理系统包括增程器单元组、储能单元和分布式能量管理单元，其中，储能单元包括超级电容储能单元和动力电池储能单元。本发明利用动力电池储能单元能量密度大，超级电容储能单元功率密度大的特点，组合成为储能单元，其中，超级电容储能单元作为辅助储能部件，可根据车辆负载功率实时变化进行“削峰平谷”。

进一步地，本发明的分布式能量管理单元可根据不同的车辆工况，协调控制所述增程器单元组和所述储能单元向所述车辆提供动力源，避免增程式车辆中的动力电池长期处于较大电流频繁冲击的状态，减少了行车过程中动力电池储能单元的充放电，提高了车辆能量转化效率和动力电池的使用寿命。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是本发明一实施例的储能管理系统的系统架构框图；

图2是本发明一实施例的储能管理系统的储能单元单独工作放电电流流向示意图；

图3是本发明一实施例的储能管理系统的储能单元单独工作制动回收电流流向示意图；

图4是本发明一实施例的储能管理系统的超级电容储能单元平谷作用时电流流向示意图；

图5是本发明一实施例的储能管理系统的超级电容储能单元削峰作用时电流流向示意图；

图6是本发明一实施例的储能管理系统在储能单元和増程器单元组同时工作制动后的回收电流流向示意图。

具体实施方式

图1是本发明一实施例的储能管理系统的系统架构框图。如图1所示，本发明的一种基于增程式车辆的储能管理系统，用于提高增程式车辆能量转化效率，包括增程器单元组2、储能单元1和分布式能量管理单元3。增程器单元组2包括多个増程器单元，用于将化石能源或其它种类的内燃机能源转化为电能。储能单元1用于向所述车辆负载供电和回收所述车辆制动能量，包括超级电容储能单元11和动力电池储能单元13，所述超级电容储能单元11配置成辅助储能部件，所述动力电池储能单元13配置成主储能部件所述储能单元1设有第一预设电量值。分布式能量管理单元3设置成根据所处车辆的负载需求功率和所述储能单元1的荷电状态协调控制所述增程器单元组2和所述储能单元1向所述车辆提供动力源。

本发明的储能管理系统包括增程器单元组2、储能单元1和分布式能量管理单元3，其中，储能单元1包括超级电容储能单元11和动力电池储能单元13。本发明利用动力电池储能单元13能量密度大，超级电容储能单元11功率密度大的特点，组合成为储能单元1，其中，超级电容储能单元11作为辅助储能部件，可根据车辆负载功率实时变化进行“削峰平谷”。所述超级电容储能单元11的规格以满足“削峰平谷“与车辆制动能量回收的功能需求为前提。本发明的分布式能量管理单元3可根据不同的车辆工况，协调控制所述增程器单元组2和所述储能单元1向所述车辆提供动力源，避免增程式车辆中的动力电池长期处于较大电流频繁冲击的状态，减少了行车过程中动力电池储能单元13的充放电，提高了车辆能量转化效率和动力电池的使用寿命。

在一实施例中，本发明的储能单元1还包括双向直流逆变器12和高压继电器14(参见图1)。双向直流逆变器12与所述超级电容储能单元11串联连接，用于根据所述车辆的负载功率控制所述超级电容储能单元11的充放电。高压继电器14，与所述动力电池储能单元13串联，用于控制所述动力电池储能单元13的充放电状态。其中，超级电容储能单元11设有第二预设电量值，动力电池储能单元13设有第一预设电流值，所述超级电容储能单元11与所述动力电池储能单元13并联连接，所述高压继电器14与所述双向直流逆变器12并联连接至高压负载端4，以使所述超级电容储能单元11和所述动力电池储能单元13同时或单独向所述高压负载端4供电。所述高压负载端4为车辆高压部件总称，如驱动系统、高压附件等，用于保障车辆正常运行。

在一实施例中，分布式能量管理单元3通过CAN网络与所述储能单元1、增程器单元组2、燃料采集与供给系统6和车载充电装置5进行信息交互。储能单元1配有常规的电池管理系统(BMS)，用于管理动力电池储能单元13且可测量超级电容储能单元11端的电压。每个增程器单元配有单独增程器控制器。分布式能量管理单元3结合车辆工况，在保证车辆正常行驶的前提下，协调控制增程器单元组2、储能单元1，以提高车辆能量转化效率和动力电池使用寿命。

如图1所示，本发明的储能管理系统还包括燃料采集与供给系统6和车载充电装置5。燃料采集与供给系统6接入至所述增程器单元组2，用于向所述增程器单元组2提供能量源。车载充电装置5接入至高压继电器14与双向直流逆变器12前端，用于利用外部电源向所述储能单元1提供电能。分布式能量管理单元3根据BMS反馈的动力电池储能单元13与超级电容储能单元11状态，控制充电电流大小以及是否吸合高压继电器14。本发明在高压继电器14断开时，仅可向超级电容单元充电；在高压继电器14吸合，则同时向动力电池储能单元13与超级电容储能单元11充电。

进一步地，所述分布式能量管理单元3至少通过所述车辆的档位、加速踏板深度、制动踏板深度或当前车速信号获取所述车辆的负载需求功率。本发明分布式能量管理单元3，通过档位、加速踏板深度、制动踏板深度或当前车速信号解析驾驶员意图以获取所述车辆的负载需求功率。分布式能量管理单元3根据所述储能单元1的荷电状态分别解析出所述动力电池储能单元13和超级电容储能单元11的最大允许充放电功率并结合增程器单元组2响应特性，并控制增程器单元组2的启停与功率、控制高压继电器14吸合或断开和控制双向直流逆变器12工作状态。本发明的増程器单元组包括多个増程器单元，所述増程器单元组可根据不同的车型需求，进行拓展配置。

图2是本发明一实施例的储能管理系统的储能单元1单独工作放电电流流向示意图。如图2所示，当所述储能单元1电量大于等于所述第一预设电量值，且在所述车辆正常行驶过程中所述储能单元1放电功率满足所述车辆的负载需求功率时，所述分布式能量管理单元3控制所述高压继电器14保持吸合，所述储能单元1单独向所述车辆提供电能。其中，所述动力电池储能单元13用作主电源，所述超级电容储能单元11用作辅助电源，若所述超级电容储能单元11电量大于所述第二预设电量值，所述分布式能量管理单元3通过控制所述双向直流逆变器12对所述超级电容储能单元11优先放电，以保证所述车辆制动时所述超级电容储能单元11有容量空间回收所述车辆的制动能量。

图3是本发明一实施例的储能管理系统的储能单元1单独工作制动回收电流流向示意图。如图3所示，当所述车辆进行制动时，所述分布式能量管理单元3控制所述高压负载端4中的驱动电机进行电制动，将制动产生的电能存入所述储能单元1，以回收所述制动能量。其中，所述分布式能量管理单元3通过控制所述双向直流逆变器12对所述超级电容储能单元11进行充电，将所述车辆制动回收的所述制动能量优先导入所述超级电容储能单元11，避免大电流对所述动力电池储能单元13的冲击。

当储能单元1电量小于所述第一预设电量值时，所述分布式能量管理单元3根据所述车辆的工况信息判断是否开启所述增程器单元组2且同时检测所述动力电池储能单元13的电流I。所述分布式能量管理单元3根据所述车辆的负载需求功率控制所述增程器单元组2的输出功率，所述增程器单元组2用作主能量源，所述储能单元1用作辅助能量源。当所述电流I小于等于所述第一预设电流值时，所述分布式能量管理单元3控制所述高压继电器14断开，断开所述动力电池储能单元13供电，以避免拉弧现象，所述增程器单元组2用作主能量源，所述超级电容储能单元11用作辅助能量源。

分布式能量管理单元3控制双向直流逆变器12，根据驱动电机的额定电压设定双向直流逆变器12接高压负载端4的电压，通过双向直流逆变器12对超级电容储能单元11进行充放电，使高压负载端4的电压保持稳定，进而达到“削峰平谷“的作用。

图4是本发明一实施例的储能管理系统的超级电容储能单元11平谷作用时电流流向示意图。如图4所示，当所述车辆的负载需求功率瞬时变大时，所述分布式能量管理单元3控制所述增程器单元组2增大功率输出以跟随所述负载需求功率，同时通过控制所述双向直流逆变器12对所述超级电容储能单元11放电，向所述高压负载端4提供电能补足所需功率差额，以消除所述增程器单元组2功率输出响应滞后的影响。

图5是本发明一实施例的储能管理系统的超级电容储能单元11削峰作用时电流流向示意图。如图5所示，当所述车辆的负载需求功率瞬时变小时，所述分布式能量管理单元3控制所述增程器单元组2增减小功率输出以跟随所述负载需求功率，同时通过控制所述双向直流逆变器12将多余负载消耗的电能充入所述超级电容储能单元11，以消除所述增程器单元组2功率输出响应滞后的影响。

图6是本发明一实施例的储能管理系统在储能单元1和増程器单元组同时工作制动后的回收电流流向示意图。如图6所示，当所述车辆处于制动状态时，所述分布式能量管理单元3控制所述高压负载端4中的驱动电机进行电制动，将动力转化为电能。同时控制所述增程器单元组2的输出功率为零，将制动回收的电能全部回收至所述超级电容储能单元11。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (8)

1.一种基于增程式车辆的储能管理系统，用于提高增程式车辆能量转化效率和使用寿命，其特征在于，所述储能管理系统包括：

增程器单元组，包括多个増程器单元，用于将内燃机能源转化为电能；

储能单元，用于向所述车辆的负载供电和回收所述车辆的制动能量，且包括用作辅助储能部件的超级电容储能单元和用作主储能部件的动力电池储能单元；以及

分布式能量管理单元，设置成根据所述车辆的负载需求功率和所述储能单元的荷电状态协调控制所述增程器单元组和所述储能单元向所述车辆提供动力源；

所述分布式能量管理单元至少通过所述车辆的档位、加速踏板深度、制动踏板深度或当前车速信号获取所述车辆的负载需求功率；

所述储能单元还包括：

双向直流逆变器，与所述超级电容储能单元串联连接，用于根据所述车辆的负载功率控制所述超级电容储能单元的充放电；以及

高压继电器，与所述动力电池储能单元串联，用于控制所述动力电池储能单元的充放电状态；

所述超级电容储能单元与所述动力电池储能单元并联连接，所述高压继电器与所述双向直流逆变器并联连接至高压负载端，以使所述超级电容储能单元和所述动力电池储能单元同时或单独地向所述高压负载端供电。

2.根据权利要求1所述的储能管理系统，其特征在于，还包括：

燃料采集与供给系统，用于向所述增程器单元组提供能量源；以及

车载充电装置，用于利用外部电源向所述储能单元提供电能。

3.根据权利要求2所述的储能管理系统，其特征在于，当所述储能单元的电量大于等于第一预设电量值、且在所述车辆正常行驶过程中所述储能单元的放电功率满足所述车辆的负载需求功率时控制所述高压继电器保持吸合，以使所述储能单元单独向所述车辆提供电能，

其中，所述动力电池储能单元用作主电源，所述超级电容储能单元用作辅助电源，若所述超级电容储能单元的电量大于第二预设电量值，所述分布式能量管理单元通过控制所述双向直流逆变器使所述超级电容储能单元优先放电，以保证所述车辆制动时所述超级电容储能单元具有能够回收所述车辆的制动能量的容量空间。

4.根据权利要求3所述的储能管理系统，其特征在于，当所述车辆进行制动时，所述分布式能量管理单元控制所述高压负载端中的驱动电机进行电制动，以将制动产生的电能存入所述储能单元，从而回收所述制动能量，

其中，所述分布式能量管理单元通过控制所述双向直流逆变器对所述超级电容储能单元进行充电，将所述车辆制动回收的所述制动能量优先导入所述超级电容储能单元，避免大电流对所述动力电池储能单元的冲击。

5.根据权利要求1所述的储能管理系统，其特征在于，当所述储能单元电量小于第一预设电量值时，所述分布式能量管理单元根据所述车辆的工况信息判断是否开启所述增程器单元组且同时检测所述动力电池储能单元的电流；

所述分布式能量管理单元控制所述增程器单元组输出功率，以跟随所述车辆的负载需求功率，所述增程器单元组用作主能量源，所述储能单元用作辅助能量源；

当所述电流小于等于所述第一预设电流值时，所述分布式能量管理单元控制所述高压继电器断开，断开所述动力电池储能单元供电，以避免拉弧现象，所述增程器单元组用作主能量源，所述超级电容储能单元用作辅助能量源。

6.根据权利要求5所述的储能管理系统，其特征在于，当所述车辆的负载需求功率瞬时变大时，所述分布式能量管理单元控制所述增程器单元组增大功率输出以跟随所述负载需求功率，同时通过控制所述双向直流逆变器对所述超级电容储能单元放电，向所述高压负载端提供电能补足所需功率差额，以消除所述增程器单元组功率输出响应滞后的影响。

7.根据权利要求5或6所述的储能管理系统，其特征在于，当所述车辆的负载需求功率瞬时变小时，所述分布式能量管理单元控制所述增程器单元组增减小功率输出以跟随所述负载需求功率，同时通过控制所述双向直流逆变器将多余负载消耗的电能充入所述超级电容储能单元，以消除所述增程器单元组功率输出响应滞后的影响。

8.根据权利要求7所述的储能管理系统，其特征在于，当所述车辆处于制动状态时，所述分布式能量管理单元控制所述高压负载端中的驱动电机进行电制动，将动力转化为电能；

同时控制所述增程器单元组的输出功率为零，将制动回收的电能全部回收至所述超级电容储能单元。

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