CN109552084A - 一种混合动力电车启停系统及其控制方法 - Google Patents

一种混合动力电车启停系统及其控制方法 Download PDF

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王艳琳
何啸月
万二平
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Abstract

本发明针对电动汽车能依赖于本身电机的特性将车载动能转化为电能，但由于汽车制动过程时间很短，所产生的电流很大，一般的车载蓄电池承受不了短时大电流充电，这不仅效率会很低，而且会损害电池，降低其使用寿命的问题。本发明设计了一种使用超级电容作为辅助储能装置的混合动力电车启停系统及其控制方法，一种混合动力电车启停系统，包括：电容组，电容电压检测器，电池组，电池隔离模块，能源管理模块，双向DC/DC变压模块，制动能量回收模块，制动模块连电容自控开关,制动缓存电容。

Description

一种混合动力电车启停系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及电动汽车控制技术领域，具体涉及一种混合动力电车启停系统及其控制方法。
背景技术
当发动机启动时，蓄电池将化学能转变电能输出驱动启动机工作，当发动机启动后，发电机对蓄电池进行 充电，此时蓄电池将电能转变为化学能贮存起来，由于蓄电池的输出电能和贮存电能都需 要进行能量转换，这就产生了两个缺陷，一个是能量转换有效率的出现必然导致部分能量损失，一个是能量转换的速度也导致限制了蓄电池的充、放电速度；在需要进行频繁启动的环境下，蓄电池会因此容易出现瞬时输出电流不足而令启动机转速下降，导致发动机启动时间增长，目前公开的新能源电车均采用纯电池动力方案，并未涉及超级电容器辅助启停应用。在新能源储能技术应用中，大多数储能系统只能作为主动力系统，无法兼顾快速响应启动和制动能量回馈，目前新能源电车使用磷酸铁锂、钛酸锂等电池作为动力系统，其电池倍率有限，反复大电流充放会造成电池寿命大幅衰减，同时快速启动发动机瞬时电流可高达1000A，导致系统电压跌落，会影响部分器件使用性能。
中国公开专利号CN 105291862A，公开日2016年2月3日，实用新型的名称一种基于超级电容的汽车启停系统及方法公开了一种基于超级电容的汽车启停系统及方法，其中汽车启停系统包括控制器、启动机、蓄电池电压测量模块和第一支路，第一支路包括串接的第一电子开关和蓄电池，第一支路的两端分别连接在发电机和启动机的两端，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，第二支路的两端分别连接在发电机和启动机的两端，第二支路包括串接的超级电容和第二电子开关，温度检测模块分别与发动机与控制器相连，电容电压测量模块分别与超级电容和控制器相连；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相连。本发明成本低廉，避免大电流冲击蓄电池，延长了蓄电池的使用寿命；具有冗余可靠性保障；提高了能源利用效率。
但是其不足之处是采用的电容电压较小，并且不通过双向变压，不适用于基于动力电池的供电组供电的系统环境。
发明内容
本发明是针对电动汽车能依赖于本身电机的特性将车载动能转化为电能，但由于汽车制动过程时间很短，所产生的电流很大，一般的车载蓄电池承受不了短时大电流充电，这不仅效率会很低，而且会损害电池，降低其使用寿命的问题设计了一种使用超级电容作为辅助储能装置的混合动力电车启停系统。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种混合动力电车启停系统，包括：电容组，用于辅助汽车启停供电，正极与双向DC/DC变压模块以及制动模块连电容自控开关电连接，负极与电池组负极电连接；电容电压检测器，检测端与电容组并联，输出端与能源管理模块电连接；电池组，与汽车供电母线电连接，正极通过电池隔离模块与启动回路母线通过电连接；电池隔离模块，用于隔离启动回路电压与电池组，受控端与能源管理模块电连接；能源管理模块，与电容电压检测器、电池隔离模块、双向DC/DC变压模块、制动能量回收模块以及制动模块连电容自控开关电连接；双向DC/DC变压模块，用于提高供电电压或降低供电电压同时能够反向为电容组充电，一端与电容组正极电连接另一端与启动回路母线通过电连接；制动能量回收模块，设置在发动机上，输出端与制动缓存电容并联，正极通过制动模块连电容自控开关与电容组正极电连接；制动模块连电容自控开关，一端与电容组电连接，另一端与制动能量回收模块电连接；制动缓存电容，用于迅速储存制动产生的电能，与制动能量回收模块电连接。
其中电池隔离模块分为两个部分，一部分是继电器，另一部分是同压DC/DC电路用于隔离电压；两部分可以同时开启也可以同时断开，使用继电器部分可以有效避免同压DC/DC电路的转换损耗，而使用同压DC/DC电路则可以避免母线中电压过高对电池组产生冲击。其中电容组采用15台48V/1645F组成电容组。
作为优选，所述的双向DC/DC变压模块采用隔离双向DC/DC转换器拓扑结构。
作为优选，所述的制动能量回收模块还设置在刹车器上。
一种混合动力电车启停系统的控制方法，包括以下子步骤：M1，车辆启动时，检测电容组是否有足够的电压进行点火，如果电容组电压不足则由电池组供电点火；M2，通过电容组点火时，切换双向DC/DC变压模块为升压模式，通过电池隔离模块切断电池组与启动回路母线连接；M3，点火完毕，切换双向DC/DC变压模块为充电模式，由汽车运行过程中的能量回流充电；M4，汽车遇到爬坡，切换双向DC/DC变压模块为升压模式，电池组通过电池隔离模块间接供电；M5，汽车遇到下坡，打开制动模块连电容自控开关，由制动能量回收模块提供充电电能；M6，汽车进行制动时，打开制动模块连电容自控开关，由制动缓存电容储存和电容组同步储存电能，并在制动结束后，持续向电容组充电。
作为优选，还包括以下子步骤：M7，步骤M5以及M6中，如果检测到电容器储能满，则切换切换双向DC/DC变压模块为降压模式，对电池组进行充电。
作为优选，所述的步骤M2包括以下自子步骤：A1，电容组通过双向DC/DC变压模块升压对启动回路母线供能；A2，确保发动机正常启动，切断双向DC/DC变压模块供能输出；A3，电池组对启动回路母线供能；A4，切换双向DC/DC变压模块为充电模式。
本发明的实质性效果是：启动加速性能好，能量损耗小，并且有效降低电池组损耗程度延迟电池组使用寿命，制动回能能够有效回收能量损耗，延长电池充电间隔，单次最长行驶时间。
附图说明
图1 为实施例一快速构建回路示意图。
图中： 1、电池组，2、电容组，3、双向DC/DC变压模块，4、电池隔离模块，5、启动回路母线，6、制动缓存电容，7、制动模块连电容自控开关，8、制动能量回收模块。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。
实施例一：
一种混合动力电车启停系统，如图1所示，为实施例一快速构建回路示意图，本实施例包括：电容组2，用于辅助汽车启停供电，正极与双向DC/DC变压模块3以及制动模块连电容自控开关7电连接，负极与电池组1负极电连接；电容电压检测器，检测端与电容组2并联，输出端与能源管理模块电连接；电池组1，与汽车供电母线电连接，正极通过电池隔离模块4与启动回路母线5通过电连接；电池隔离模块4，用于隔离启动回路电压与电池组1，受控端与能源管理模块电连接；能源管理模块，与电容电压检测器、电池隔离模块4、双向DC/DC变压模块3、制动能量回收模块8以及制动模块连电容自控开关7电连接；双向DC/DC变压模块3，用于提高供电电压或降低供电电压同时能够反向为电容组2充电，一端与电容组2正极电连接另一端与启动回路母线5通过电连接；制动能量回收模块8，设置在发动机上，输出端与制动缓存电容6并联，正极通过制动模块连电容自控开关7与电容组2正极电连接；制动模块连电容自控开关7，一端与电容组2电连接，另一端与制动能量回收模块8电连接；制动缓存电容6，用于迅速储存制动产生的电能，与制动能量回收模块8电连接。其中电池隔离模块4分为两个部分，一部分是继电器，另一部分是同压DC/DC电路用于隔离电压；两部分可以同时开启也可以同时断开，使用继电器部分可以有效避免同压DC/DC电路的转换损耗，而使用同压DC/DC电路则可以避免母线中电压过高对电池组1产生冲击。其中电容组2采用15台48V/1645F组成电容组2。
其中制动能量回收模块8是由发动机和周边电路组成，当车辆制动和减速时，电机自身电感升压回馈制动能量，通过制动缓存电容6迅速储存回馈能量的同时，可以为电容组2充电；如果缺少制动缓存电容6，电容组2也同样可以被充电，但是会损失部分能量。
双向DC/DC变压模块3采用隔离双向DC/DC转换器拓扑结构。制动能量回收模块8还设置在刹车器上。
一种混合动力电车启停系统的控制方法，包括以下子步骤：M1，车辆启动时，检测电容组2是否有足够的电压进行点火，如果电容组2电压不足则由电池组1供电点火；M2，通过电容组2点火时，切换双向DC/DC变压模块3为升压模式，通过电池隔离模块4切断电池组1与启动回路母线5连接；M3，点火完毕，切换双向DC/DC变压模块3为充电模式，由汽车运行过程中的能量回流充电；M4，汽车遇到爬坡，切换双向DC/DC变压模块3为升压模式，电池组1通过电池隔离模块4间接供电；M5，汽车遇到下坡，打开制动模块连电容自控开关7，由制动能量回收模块8提供充电电能；M6，汽车进行制动时，打开制动模块连电容自控开关7，由制动缓存电容6储存和电容组2同步储存电能，并在制动结束后，持续向电容组2充电。
其中步骤M2以及M4中车辆启动、加速或上坡时，此时母线中会产生电流过大或电压降落过大的状况，能源管理模块则切换双向DC/DC变压模块3，控制电容组2为车辆驱动系统提供大功率电流，进一步平衡了启动对车辆直流母线的冲击，使此过程更快的完成。
还包括以下子步骤：M7，步骤M5以及M6中，如果检测到电容器储能满，则切换切换双向DC/DC变压模块3为降压模式，对电池组1进行充电。
步骤M2包括以下自子步骤：A1，电容组2通过双向DC/DC变压模块3升压对启动回路母线5供能；A2，确保发动机正常启动，切断双向DC/DC变压模块3供能输出；A3，电池组1对启动回路母线5供能；A4，切换双向DC/DC变压模块3为充电模式。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (6)

1.一种混合动力电车启停系统，其特征在于，包括：
电容组，用于辅助汽车启停供电，正极与双向DC/DC变压模块以及制动模块连电容自控开关电连接，负极与电池组负极电连接；
电容电压检测器，检测端与电容组并联，输出端与能源管理模块电连接；
电池组，与汽车供电母线电连接，正极通过电池隔离模块与启动回路母线通过电连接；
电池隔离模块，用于隔离启动回路电压与电池组，受控端与能源管理模块电连接；
能源管理模块，与电容电压检测器、电池隔离模块、双向DC/DC变压模块、制动能量回收模块以及制动模块连电容自控开关电连接；
双向DC/DC变压模块，用于提高供电电压或降低供电电压同时能够反向为电容组充电，一端与电容组正极电连接另一端与启动回路母线通过电连接；
制动能量回收模块，设置在发动机上，输出端与制动缓存电容并联，正极通过制动模块连电容自控开关与电容组正极电连接；
制动模块连电容自控开关，一端与电容组电连接，另一端与制动能量回收模块电连接；
制动缓存电容，用于迅速储存制动产生的电能，与制动能量回收模块电连接。
2.根据权利要求1所述的一种混合动力电车启停系统，其特征在于，所述的双向DC/DC变压模块采用隔离双向DC/DC转换器拓扑结构。
3.根据权利要求1所述的一种混合动力电车启停系统，其特征在于，所述的制动能量回收模块还设置在刹车器上。
4.一种混合动力电车启停系统的控制方法适用于权利要求1所述的一种混合动力电车启停系统，其特征在于，包括以下子步骤：
M1，车辆启动时，检测电容组是否有足够的电压进行点火，如果电容组电压不足则由电池组供电点火；
M2，通过电容组点火时，切换双向DC/DC变压模块为升压模式，通过电池隔离模块切断电池组与启动回路母线连接；
M3，点火完毕，切换双向DC/DC变压模块为充电模式，由汽车运行过程中的能量回流充电；
M4，汽车遇到爬坡，切换双向DC/DC变压模块为升压模式，电池组通过电池隔离模块间接供电；
M5，汽车遇到下坡，打开制动模块连电容自控开关，由制动能量回收模块提供充电电能；
M6，汽车进行制动时，打开制动模块连电容自控开关，由制动缓存电容储存和电容组同步储存电能，并在制动结束后，持续向电容组充电。
5.根据权利要求4所述的一种混合动力电车启停系统的控制方法，其特征在于，还包括以下子步骤：
M7，步骤M5以及M6中，如果检测到电容器储能满，则切换切换双向DC/DC变压模块为降压模式，对电池组进行充电。
6.根据权利要求4所述的一种混合动力电车启停系统的控制方法，其特征在于，所述的步骤M2包括以下自子步骤：
A1，电容组通过双向DC/DC变压模块升压对启动回路母线供能；
A2，确保发动机正常启动，切断双向DC/DC变压模块供能输出；
A3，电池组对启动回路母线供能；
A4，切换双向DC/DC变压模块为充电模式。
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