CN115347655B - 一种适用于电动汽车的复合电源能量管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于电动汽车的复合电源能量管理系统，包括：常规锂电池、超级电容、功率型锂电池、能量型锂电池、第一DC‑DC变换器、第二DC‑DC变换器、续流管D1~D4、开关S1~S2和电机逆变换器，其中，通过控制开关S1和开关S2的关断与闭合，以及第一DC‑DC变换器和第二DC‑DC变换器的升降压情况，实现常规锂电池、超级电容、功率型锂电池和能量型锂电池分别在电动汽车的高功率阶段、低功率阶段和制动阶段的能量管理。本发明提高了电动汽车动力系统的储能性能，从而提高了电动汽车的续航能力。

Description

一种适用于电动汽车的复合电源能量管理系统
技术领域
本发明属于电动汽车的动力系统处理技术领域，具体涉及一种适用于电动汽车的复合电源能量管理系统。
背景技术
绿色能源是现代交通领域的重要组成之一，随着科技的发展，以超级电容、锂电池、燃料电池等新型化学物理电源作为电动汽车的动力电源。在实际应用中，为了提升电动汽车的续航能力，通常采用对电池或超级电容进行电能回收的方式来应对电动汽车在行驶过程出现的启动阶段、爬坡阶段、加速等大功率需求。
但是，目前制约电动汽车续航能力的一个重要因素是动力电源的储能容量有限，急需要设计合理的复合电源能量管理系统，提高动力电源的有效利用，从而提高电动汽车的续航能力。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种适用于电动汽车的复合电源能量管理系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明实施例提供了一种适用于电动汽车的复合电源能量管理系统，包括：常规锂电池、超级电容、功率型锂电池、能量型锂电池、第一DC-DC变换器、第二DC-DC变换器、续流管D1~D4、开关S1~S2和电机逆变换器，其中，
所述常规锂电池的正极与续流管D1的正极、所述第一DC-DC变换器连接，所述常规锂电池的负极与所述第一DC-DC变换器连接，续流管D1的负极与续流管D2的正极、开关S1的第一端、所述第一DC-DC变换器、续流管D3的负极、续流管D4的正极、开关S2的第一端、所述第二DC-DC变换器和所述电机逆变换器连接，续流管D2的负极与开关S1的第二端和所述超级电容的正极连接，所述超级电容的负极与所述第一DC-DC变换器、所述功率型锂电池的负极、所述第二DC-DC变换器和所述电机逆变换器连接，所述能量型锂电池的正极与续流管D3的正极、所述第二DC-DC变换器连接，所述能量型锂电池的负极与所述第二DC-DC变换器连接，续流管D4的负极与开关S2的第二端和所述功率型锂电池的正极连接，开关S1的第三端、开关S2的第三端与控制单元连接；
其中，通过控制开关S1和开关S2的关断与闭合，以及所述第一DC-DC变换器和所述第二DC-DC变换器的升降压情况，实现所述常规锂电池、所述超级电容、所述功率型锂电池和所述能量型锂电池分别在电动汽车的高功率阶段、低功率阶段和制动阶段的能量管理。
在本发明的一个实施例中，所述第一DC-DC变换器包括电感L1、开关S3~S4、续流管D5~D6，其中，
所述电感L1的一端与所述常规锂电池的正极连接，所述电感L1的另一端与开关S3的第一端、开关S4的第二端、续流管D5的正极、续流管D6的负极连接，开关S3的第二端与所述续流管D1的负极、续流管D5的负极连接，开关S4的第一端与所述超级电容的负极、所述常规锂电池的负极、续流管D6的正极连接，开关S3的第三端、开关S4的第三端与所述控制单元连接。
在本发明的一个实施例中，所述第二DC-DC变换器包括电感L2、开关S5~S6、续流管D7~D8，其中，
所述电感L2的一端与所述能量型锂电池的正极连接，所述电感L2的另一端与开关S5的第一端、开关S6的第二端、续流管D7的正极、续流管D8的负极连接，开关S5的第二端与所述续流管D3的负极、续流管D7的负极连接，开关S6的第一端与所述功率型锂电池的负极、所述能量型锂电池的负极、续流管D8的正极连接，开关S5的第三端、开关S6的第三端与所述控制单元连接。
在本发明的一个实施例中，所述常规锂电池、所述超级电容、所述功率型锂电池和所述能量型锂电池在电动汽车的高功率阶段的能量管理过程，包括：
控制所述开关S1、所述开关S3、所述开关S4、所述续流管D5和所述续流管D6均导通，控制所述开关S2、所述开关S5、所述开关S6、续流管D1~D4、所述续流管D7和所述续流管D8均关闭，则所述常规锂电池通过所述电感L1、所述续流管D5升压输出供能，所述超级电容通过所述开关S1直接输出供能，使得系统工作在常规锂电池与超级电容协同供能工作模式。
在本发明的一个实施例中，所述常规锂电池、所述超级电容、所述功率型锂电池和所述能量型锂电池在电动汽车的高功率阶段的能量管理过程，还包括：
实时检测所述常规锂电池的SOC值，若检测到常规锂电池的SOC值低于预设常规锂电池的SOC下限时，控制所述开关S1、所述开关S5、开关S6、所述续流管D7和所述续流管D8均导通，控制开关S2~S4、续流管D1~D6均关闭，则所述能量型锂电池通过所述电感L2、所述续流管D7升压输出供能，所述超级电容通过所述开关S1直接输出供能，使得系统工作在能量型锂电池与超级电容协同供能工作模式。
在本发明的一个实施例中，所述常规锂电池、所述超级电容、所述功率型锂电池和所述能量型锂电池在电动汽车的高功率阶段的能量管理过程，还包括：
实时检测所述超级电容的SOC值，若检测到超级电容的SOC值低于预设超级电容的SOC下限时，控制所述开关S2~ S4、所述续流管D5和所述续流管D6均导通，控制所述开关S1、所述开关S5、所述开关S6、续流管D1~D4、所述续流管D7和所述续流管D8均关闭，则所述常规锂电池通过所述电感L1、所述续流管D5升压输出供能，所述功率型锂电池通过所述开关S2直接输出供能，使得系统工作在常规锂电池与功率型锂电池协同供能工作模式。
在本发明的一个实施例中，所述常规锂电池、所述超级电容、所述功率型锂电池和所述能量型锂电池在电动汽车的低功率阶段的能量管理过程，包括：
控制所述续流管D1导通，控制开关S1~S6、续流管D2~D8均关闭，则所述常规锂电池通过所述续流管D1直接输出供能，使得系统工作在常规锂电池单独供能工作模式。
在本发明的一个实施例中，所述常规锂电池、所述超级电容、所述功率型锂电池和所述能量型锂电池在电动汽车的低功率阶段的能量管理过程，还包括：
实时检测所述常规锂电池的SOC值，若检测到常规锂电池的SOC值低于预设常规锂电池的SOC下限时，控制所述续流管D3导通，控制开关S1~S6、所述续流管D1、所述续流管D2、续流管D4~D8均关闭，则所述能量型锂电池通过所述续流管D3直接输出供能，使得系统工作在能量型锂电池单独供能工作模式。
在本发明的一个实施例中，所述常规锂电池、所述超级电容、所述功率型锂电池和所述能量型锂电池在电动汽车的低功率阶段的能量管理过程，还包括：
实时检测所述超级电容的SOC值，若检测到超级电容的SOC值低于预设超级电容的SOC上限时，控制所述续流管D2、所述续流管D7、所述续流管D8、所述开关S5、所述开关S6均导通，控制开关S1~S4、所述续流管D1、续流管D3~D6均关闭，则所述超级电容通过所述续流管D2充电，所述能量型锂电池通过所述电感L2、所述续流管D7升压输出供能，使得系统工作在能量型锂电池供能与超级电容充电工作模式。
在本发明的一个实施例中，所述常规锂电池、所述超级电容、所述功率型锂电池和所述能量型锂电池在电动汽车的制动阶段的能量管理过程，包括：
实时检测所述超级电容的SOC值，若检测到超级电容的SOC值不为100%时，控制所述续流管D2导通，控制所述续流管D1、续流管D3~D8、开关S1~S6均关闭，则所述超级电容通过所述续流管D2充电，使得系统工作在超级电容充电工作模式；
若检测到超级电容的SOC值为100%时，实时检测所述常规锂电池的SOC值，若检测到常规锂电池的SOC值不为100%时，控制开关S3~S4、续流管D5~D6均导通，控制开关S1~S2、开关S5~S6、续流管D1~D4、续流管D7~D8均关闭，则所述常规锂电池通过所述电感L1、所述续流管D5降压充电，使得系统工作在常规锂电池充电工作模式；
若检测到常规锂电池的SOC值为100%时，实时检测所述能量型锂电池的SOC值，若检测到的能量型锂电池的SOC值不为100%时，控制控制开关S5~S6、续流管D7~D8均导通，控制开关S1~S4、续流管D1~D6均关闭，则所述能量型锂电池通过所述电感L2、所述续流管D7降压充电，使得系统工作在能量型锂电池充电工作模式；
若检测到能量型锂电池的SOC值为100%时，实时检测所述功率型锂电池的SOC值，若检测到功率型锂电池的SOC值不为100%时，控制所述续流管D4导通，控制续流管D1~D3、续流管D5~D8、开关S1~S6均关闭，则所述功率型锂电池通过所述续流管D4充电，使得系统工作在功率型锂电池充电工作模式。
本发明的有益效果：
本发明提出的适用于电动汽车的复合电源能量管理系统，同一电路设计中综合利用了常规锂电池、超级电容、能量型锂电池和功率型锂电池实现动力电源更大容量的储能，通过控制开关S1和开关S2的关断与闭合，以及第一DC-DC变换器和第二DC-DC变换器的升降压情况，实现常规锂电池、超级电容、功率型锂电池和能量型锂电池分别在电动汽车的高功率阶段、低功率阶段和制动阶段的能量管理，在不同阶段，提供不同的供能方式，使得复合能量管理系统能够满足电动汽车动力系统在各个阶段功率需求的同时实现了常规锂电池、超级电容、功率型锂电池和能量型锂电池的高效利用，从而可以提高电动汽车的续航能力。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种适用于电动汽车的复合电源能量管理系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种适用于电动汽车的复合电源能量管理系统的结构示意图；
图3(a)~图3(c)是本发明实施例提供的复合电源能量管理系统在电动汽车的高功率阶段的三种工作状态对应的结构示意图；
图4(a)~图4(c)是本发明实施例提供的复合电源能量管理系统在电动汽车的低功率阶段的三种工作状态对应的结构示意图；
图5(a)~图5(d)是本发明实施例提供的复合电源能量管理系统在电动汽车的制动阶段的四种工作状态对应的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
为了提高电动汽车动力系统的储能性能，请参见图1，本发明实施例提供了一种适用于电动汽车的复合电源能量管理系统，包括：常规锂电池、超级电容、功率型锂电池、能量型锂电池、第一DC-DC变换器、第二DC-DC变换器、续流管D1~D4、开关S1~S2和电机逆变换器，其中，
常规锂电池的正极与续流管D1的正极、第一DC-DC变换器连接，常规锂电池的负极与第一DC-DC变换器连接，续流管D1的负极与续流管D2的正极、开关S1的第一端、第一DC-DC变换器、续流管D3的负极、续流管D4的正极、开关S2的第一端、第二DC-DC变换器和电机逆变换器连接，续流管D2的负极与开关S1的第二端和超级电容的正极连接，超级电容的负极与第一DC-DC变换器、功率型锂电池的负极、第二DC-DC变换器和电机逆变换器连接，能量型锂电池的正极与续流管D3的正极、第二DC-DC变换器连接，能量型锂电池的负极与第二DC-DC变换器连接，续流管D4的负极与开关S2的第二端和功率型锂电池的正极连接，开关S1的第三端、开关S2的第三端与控制单元连接；
其中，通过控制开关S1和开关S2的关断与闭合，以及第一DC-DC变换器和第二DC-DC变换器的升降压情况，实现常规锂电池、超级电容、功率型锂电池和能量型锂电池分别在电动汽车的高功率阶段、低功率阶段和制动阶段的能量管理。
需要说明的是，续流管D1~D4表示续流管D1、续流管D2、续流管D3、续流管D4，即电路中包括续流管D1、续流管D2、续流管D3、续流管D4；其他类似续流管D1~D4的表示以此类推，在后续不再进行详细的说明。
本发明实施例中，能量型锂电池选择改性的能量型锂电池，改性能量型锂电池的能量密度可以达到280Wh/kg，在实际工作中可实现5C倍率放电时能量密度可以达到1.4kW/kg；功率型锂电池选择改性的功率型锂电池，改性的功率型锂电池的能量密度可以达到200Wh/kg，实际工作中可实现20C倍率放电时功率密度可以达到4kW/kg。能量型锂电池和功率型锂电池分别以5C和20C倍率放电，按照4:1的比例配置复合电源系统，则系统的能量密度为264Wh/kg，功率密度为1.92kW/kg。复合电源系统的平均功率密度为2kW/kg，该值与能量型锂电池和功率型锂电池材料以及单体电池的串并联方式相关，以最大倍率20C可持续放电3分钟。改性的能量型锂电池比传统锂电池具有能量密度更高、体积更小和质量更轻的优势，改性的功率型锂电池克服了超级电容电压随电量减少明显降低的缺陷，使得改性的能量型锂电池和功率型锂电池更多的被考虑。
本发明实施例中，电机逆变换器用于将系统最终输出的直流信号转换为交流信号，用于支持交流信号的电动汽车动力系统。其中，电机逆变换器具体电路结构不限，实现直流与交流信号转换的电路均可以。
请参见图2，本发明实施例提供了一种可选方案，第一DC-DC变换器包括电感L1、开关S3~S4、续流管D5~D6，其中，
电感L1的一端与常规锂电池的正极连接，电感L1的另一端与开关S3的第一端、开关S4的第二端、续流管D5的正极、续流管D6的负极连接，开关S3的第二端与续流管D1的负极、续流管D5的负极连接，开关S4的第一端与超级电容的负极、常规锂电池的负极、续流管D6的正极连接，开关S3的第三端、开关S4的第三端与控制单元连接。
请再参见图2，本发明实施例提供了一种可选方案，第二DC-DC变换器包括电感L2、开关S5~S6、续流管D7~D8，其中，
电感L2的一端与能量型锂电池的正极连接，电感L2的另一端与开关S5的第一端、开关S6的第二端、续流管D7的正极、续流管D8的负极连接，开关S5的第二端与续流管D3的负极、续流管D7的负极连接，开关S6的第一端与功率型锂电池的负极、能量型锂电池的负极、续流管D8的正极连接，开关S5的第三端、开关S6的第三端与控制单元连接。
本发明实施例中，第一DC-DC变换器、第二DC-DC变换器均为双向变换器，即其既可以用于升压，也可以用于降压。
本发明实施例中，开关S1~S6可以为N型或P型沟道的金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，简称MOSFET)，也可以为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)，以及其他可以采用同种作用的开关替代。
进一步地，本发明实施例提出了一种可选控制开关S1~S6的关断与闭合的方式，在复合电源能量管理系统中设计有电荷状态(State of Charge，简称SOC)获取模块(SOC获取模块)和功率检测模块，SOC获取模块分别连接于常规锂电池、超级电容、能量型锂电池和功率型锂电池的两端，用于分别实时获取常规锂电池、超级电容、能量型锂电池和功率型锂电池的SOC值，功率检测模块连接于电动汽车动力系统的两端，用于检测电动汽车动力系统两端的功率。通过实时检测常规锂电池、超级电容、能量型锂电池和功率型锂电池的SOC值和电动汽车动力系统两端的功率，以控制开关S1~S6的关断与导致来实现对复合电源能量管理系统的有效能量管理，使得同一电路中可以同时使用常规锂电池、超级电容、能量型锂电池和功率型锂电池输出供能，供能过程中系统可以充分利用常规与能量型锂电池可实现高能量存储、超级电容与功率型锂电池可实现高功率放电的优势。其中，SOC获取模块具体电路结构不限，实现SOC获取的电路均可以，同样，功率检测模块具体电路结构不限，实现获取功率的电路均可以。
本发明实施例中，优选功率型锂电池的最大电压为能量型锂电池的最大电压的2~3倍；常规锂电池的额定电压等于超级电容的最大电压。常规锂电池、超级电容、功率型锂电池、能量型锂电池的SOC值上限设定在90%~95%之间任意值，SOC值下限设定在25%~50%之间任意值，比如功率型锂电池的SOC值上限为90%、SOC值下限为50%，能量型锂电池的SOC值上限为90%、SOC值下限为40%，常规锂电池的SOC值上限为90%、SOC值下限为30%，超级电容的SOC值上限为95%、SOC值下限为25%。
本发明实施例中，控制器为ARM控制器，连接SOC获取模块和功率获取模块，用于根据常规锂电池、超级电容、能量型锂电池、功率型锂电池的SOC值，以及电动汽车动力系统两端的功率生成不同的控制信号以控制开关S1~S6的关断与闭合，即ARM控制器的输出分别连接开关S1~S6的第三端，实现常规锂电池、超级电容、功率型锂电池和能量型锂电池分别在电动汽车的高功率阶段、低功率阶段和制动阶段的能量管理。其中，对于电动汽车是在高功率阶段、低功率阶段和制动阶段，通过功率检测模块实时获取电动汽车动力系统需要的功率。
在这里，从较高速度开始加速或者保持高速行驶阶段，即
Figure 400479DEST_PATH_IMAGE001
Figure 379936DEST_PATH_IMAGE002
，定义为高功率阶段；匀速行驶阶段或者从低速开始加速，该阶段功率平稳、波动较小，即
Figure 551153DEST_PATH_IMAGE003
，定义为低功率阶段；即
Figure 759411DEST_PATH_IMAGE004
，定义为制动阶段。其中，
Figure 636100DEST_PATH_IMAGE005
表示电动汽车动力系统实时检测到的功率，
Figure 770147DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 99497DEST_PATH_IMAGE007
分别是在某一模拟路况测试中全程实时获取电动汽车动力系统的平均功率、峰值功率；A表示功率波动值，一般取值1kW或2kW。
比如，以新欧洲驾驶循环(New European Driving Cycle，简称NEDC)工况为例，全程实时获取电动汽车动力系统的平均功率
Figure 111447DEST_PATH_IMAGE008
、全程峰值功率
Figure 842642DEST_PATH_IMAGE009
，则高功率阶段检测功率范围为
Figure 147591DEST_PATH_IMAGE010
，低功率阶段检测功率范围为
Figure 964237DEST_PATH_IMAGE011
，制动阶段的功率范围为
Figure 514298DEST_PATH_IMAGE012
。
基于图2所示的结构示意图，本发明实施例中常规锂电池和超级电容为一组，能量型锂电池和功率型锂电池为一组，常规锂电池与超级电容为主输出电源，能量型锂电池与功率型锂电池为备输出电源。以下对实现常规锂电池、超级电容、功率型锂电池和能量型锂电池分别在电动汽车的高功率阶段、低功率阶段和制动阶段的能量管理实现过程进行详细说明。具体地：
本发明实施例提出的常规锂电池、超级电容、功率型锂电池和能量型锂电池在电动汽车的高功率阶段的能量管理过程，包括：
高功率阶段一般是启动加速阶段或处于高速行驶阶段，此时需要为电动汽车动力系统提供足够大的功率，此时控制开关S1、开关S3、开关S4、续流管D5和续流管D6均导通，控制开关S2、开关S5、开关S6、续流管D1~D4、续流管D7和续流管D8均关闭，则常规锂电池通过电感L1、续流管D5升压输出供能，超级电容通过开关S1直接输出供能，使得系统工作在如图3(a)所示的常规锂电池与超级电容协同供能工作模式。可见，这种常规锂电池与超级电容协同供能工作模式可以满足这种爆炸性功率需求。
进一步地，为了应对高功率阶段常规锂电池供电不足的情况，本发明实施例提出的常规锂电池、超级电容、功率型锂电池和能量型锂电池在电动汽车的高功率阶段的能量管理过程，还包括：
实时检测常规锂电池的SOC值，若检测到常规锂电池的SOC值低于预设常规锂电池的SOC下限时，控制开关S1、开关S5、开关S6、续流管D7和续流管D8均导通，控制开关S2~S4、续流管D1~D6均关闭，则能量型锂电池通过电感L2、续流管D7升压输出供能，超级电容通过开关S1直接输出供能，使得系统工作在如图3(b)所示的能量型锂电池与超级电容协同供能工作模式。可见，对于高功率阶段常规锂电池供电不足的情况，本发明实施例进行了工作模式切换，利用能量型锂电池与超级电容共同供能来保证高功率阶段这种爆炸性功率需求。
进一步地，为了应对高功率阶段超级电容过度放电，导致可能存在爆炸的情况，本发明实施例提出的常规锂电池、超级电容、功率型锂电池和能量型锂电池在电动汽车的高功率阶段的能量管理过程，还包括：
实时检测超级电容的SOC值，若检测到超级电容的SOC值低于预设超级电容的SOC下限时，控制开关S2~ S4、续流管D5和续流管D6均导通，控制开关S1、开关S5、开关S6、续流管D1~D4、续流管D7和续流管D8均关闭，则常规锂电池通过电感L1、续流管D5升压输出供能，功率型锂电池通过开关S2直接输出供能，使得系统工作在如图3(c)所示的常规锂电池与功率型锂电池协同供能工作模式。可见，对于高功率阶段超级电容过度放电的情况，本发明实施例进行了工作模式切换，利用功率型锂电池供能与常规锂电池共同供能来保证高功率阶段这种爆炸性功率需求。
本发明实施例提出的常规锂电池、超级电容、功率型锂电池和能量型锂电池在电动汽车的低功率阶段的能量管理过程，包括：
低功率阶段一般是启低速加速阶段或处于匀速行驶阶段，需求功率比较小，此时控制续流管D1导通，控制开关S1~S6、续流管D2~D8均关闭，则常规锂电池通过续流管D1直接输出供能，使得系统工作在如图4(a)所示的常规锂电池单独供能工作模式。可见，常规锂电池即可满足供电的情况，系统可以工作在常规锂电池单独供能工作模式。
进一步地，为了避免常规锂电池长期供电导致其供电不足的问题，本发明实施例提出的常规锂电池、超级电容、功率型锂电池和能量型锂电池在电动汽车的低功率阶段的能量管理过程，还包括：
实时检测常规锂电池的SOC值，若检测到常规锂电池的SOC值低于预设常规锂电池的SOC下限时，控制续流管D3导通，控制开关S1~S6、续流管D1、续流管D2、续流管D4~D8均关闭，则能量型锂电池通过续流管D3直接输出供能，使得系统工作在如图4(b)所示的能量型锂电池单独供能工作模式。可见，对于低功率阶段常规锂电池供电不足的情况，本发明实施例进行了工作模式切换，系统可以工作能量型锂电池单独供能工作模式。
进一步地，为了更好的利用低功率阶段多余的能量，本发明实施例提出的常规锂电池、超级电容、功率型锂电池和能量型锂电池在电动汽车的低功率阶段的能量管理过程，还包括：
实时检测超级电容的SOC值，若检测到超级电容的SOC值低于预设超级电容的SOC上限时，控制续流管D2、续流管D7、续流管D8、开关S5、开关S6均导通，控制开关S1~S4、续流管D1、续流管D3~D6均关闭，则超级电容通过续流管D2充电，能量型锂电池通过电感L2、续流管D7升压输出供能，使得系统工作在如图4(c)所示的能量型锂电池供能与超级电容充电工作模式。可见，能量型锂电池具有更大的储能优势，为了保证超级电容在爆炸性场景的供电需求，当超级电容的SOC值低于预设超级电容的SOC上限时，比如90%，切换工作模式，能量型锂电池供能，同时为超级电容进行充电。
需要说明的是，常规锂电池的SOC值低于预设常规锂电池的SOC下限，该预设常规锂电池的SOC下限可以取值为常规锂电池的SOC值下限，比如30%；超级电容的SOC值低于预设超级电容的SOC下限，该预设超级电容的SOC下限可以取值为超级电容的SOC值下限，比如25%；超级电容的SOC值低于预设超级电容的SOC上限，该预设超级电容的SOC上限可以取值为超级电容的SOC值上限，比如95%。其他，以类似超级电容的方式设置合理的预设SOC下限和预设SOC上限，在此不再赘述。
本发明实施例中常规锂电池与超级电容为主输出电源，能量型锂电池与功率型锂电池为备输出电源，因此对于制动阶段实现馈能方式，针对本发明实施例提出的电路，给出了对应的馈能处理方案：依次对超级电容、常规锂电池、能量型锂电池和功率型锂电池进行馈能充电。本发明实施例提出的常规锂电池、超级电容、功率型锂电池和能量型锂电池在电动汽车的制动阶段的能量管理过程，包括：
实时检测超级电容的SOC值，若检测到超级电容的SOC值不为100%时，控制续流管D2导通，控制续流管D1、续流管D3~D8、开关S1~S6均关闭，则超级电容通过续流管D2充电，使得系统工作在如图5(a)所示的超级电容充电工作模式；
若检测到超级电容的SOC值为100%时，实时检测常规锂电池的SOC值，若检测到常规锂电池的SOC值不为100%时，控制开关S3~S4、续流管D5~D6均导通，控制开关S1~S2、开关S5~S6、续流管D1~D4、续流管D7~D8均关闭，则常规锂电池通过电感L1、续流管D5降压充电，使得系统工作在如图5(b)所示的常规锂电池充电工作模式；
若检测到常规锂电池的SOC值为100%时，实时检测能量型锂电池的SOC值，若检测到的能量型锂电池的SOC值不为100%时，控制控制开关S5~S6、续流管D7~D8均导通，控制开关S1~S4、续流管D1~D6均关闭，则能量型锂电池通过电感L2、续流管D7降压充电，使得系统工作在如图5(c)所示的能量型锂电池充电工作模式；
若检测到能量型锂电池的SOC值为100%时，实时检测功率型锂电池的SOC值，若检测到功率型锂电池的SOC值不为100%时，控制续流管D4导通，控制续流管D1~D3、续流管D5~D8、开关S1~S6均关闭，则功率型锂电池通过续流管D4充电，使得系统工作在如图5(d)所示的功率型锂电池充电工作模式。
需要说明的是，图3(a)~图3(c)、图4(a)~图4(c)、图5(a)~图5(d)中，以带有箭头的黑色直线表示当前工作模式对应的功率流路径和方向，对应图中其余与功率流路径和方向无关的部分用灰色线条示意。
综上所述，本发明实施例提供的适用于电动汽车的复合电源能量管理系统，同一电路设计中综合利用了常规锂电池、超级电容、能量型锂电池和功率型锂电池实现动力电源更大容量的储能，通过控制开关S1和开关S2的关断与闭合，以及第一DC-DC变换器和第二DC-DC变换器的升降压情况，实现常规锂电池、超级电容、功率型锂电池和能量型锂电池分别在电动汽车的高功率阶段、低功率阶段和制动阶段的能量管理，在不同阶段，提供不同的供能方式，使得复合能量管理系统能够满足电动汽车动力系统在各个阶段功率需求的同时实现了常规锂电池、超级电容、功率型锂电池和能量型锂电池的高效利用，从而可以提高电动汽车的续航能力；通过不同阶段供能方式的切换，使得常规锂电池、超级电容、功率型锂电池和能量型锂电池可以有序协同工作，保证了电动汽车动力系统的可靠和稳定运行。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看说明书及其附图，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在说明书中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。相互不同的实施例中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种适用于电动汽车的复合电源能量管理系统，其特征在于，包括：常规锂电池、超级电容、功率型锂电池、能量型锂电池、第一DC-DC变换器、第二DC-DC变换器、续流管D1～D4、开关S1～S2和电机逆变换器，其中，
所述常规锂电池的正极与续流管D1的正极、所述第一DC-DC变换器连接，所述常规锂电池的负极与所述第一DC-DC变换器连接，续流管D1的负极与续流管D2的正极、开关S1的第一端、所述第一DC-DC变换器、续流管D3的负极、续流管D4的正极、开关S2的第一端、所述第二DC-DC变换器和所述电机逆变换器连接，续流管D2的负极与开关S1的第二端和所述超级电容的正极连接，所述超级电容的负极与所述第一DC-DC变换器、所述功率型锂电池的负极、所述第二DC-DC变换器和所述电机逆变换器连接，所述能量型锂电池的正极与续流管D3的正极、所述第二DC-DC变换器连接，所述能量型锂电池的负极与所述第二DC-DC变换器连接，续流管D4的负极与开关S2的第二端和所述功率型锂电池的正极连接，开关S1的第三端、开关S2的第三端与控制单元连接；
其中，通过控制开关S1和开关S2的关断与闭合，以及所述第一DC-DC变换器和所述第二DC-DC变换器的升降压情况，实现所述常规锂电池、所述超级电容、所述功率型锂电池和所述能量型锂电池分别在电动汽车的高功率阶段、低功率阶段和制动阶段的能量管理；其中，
所述常规锂电池、所述超级电容、所述功率型锂电池和所述能量型锂电池在电动汽车的高功率阶段的能量管理过程，包括：
所述常规锂电池通过所述第一DC-DC变换器升压输出供能，所述超级电容直接输出供能，使得系统工作在常规锂电池与超级电容协同供能工作模式；
或者，检测到常规锂电池的SOC值低于预设常规锂电池的SOC下限时，所述能量型锂电池通过所述第二DC-DC变换器升压输出供能，所述超级电容直接输出供能，使得系统工作在能量型锂电池与超级电容协同供能工作模式；
或者，检测到超级电容的SOC值低于预设超级电容的SOC下限时，所述常规锂电池通过所述第一DC-DC变换器升压输出供能，所述功率型锂电池直接输出供能，使得系统工作在常规锂电池与功率型锂电池协同供能工作模式；
所述常规锂电池、所述超级电容、所述功率型锂电池和所述能量型锂电池在电动汽车的低功率阶段的能量管理过程，包括：
所述常规锂电池直接输出供能，使得系统工作在常规锂电池单独供能工作模式；
或者，检测到常规锂电池的SOC值低于预设常规锂电池的SOC下限时，所述能量型锂电池直接输出供能，使得系统工作在能量型锂电池单独供能工作模式；
或者，检测到超级电容的SOC值低于预设超级电容的SOC上限时，所述超级电容通过所述续流管D2充电，所述能量型锂电池通过所述第二DC-DC变换器升压输出供能，使得系统工作在能量型锂电池供能与超级电容充电工作模式；
所述常规锂电池、所述超级电容、所述功率型锂电池和所述能量型锂电池在电动汽车的制动阶段的能量管理过程，包括：
所述超级电容通过所述续流管D2充电，使得系统工作在超级电容充电工作模式；
所述超级电容充电完成后，所述常规锂电池通过所述第一DC-DC变换器降压充电，使得系统工作在常规锂电池充电工作模式；
所述常规锂电池充电完成后，所述能量型锂电池通过所述第二DC-DC变换器降压充电，使得系统工作在能量型锂电池充电工作模式；
所述能量型锂电池充电完成后，所述功率型锂电池通过所述续流管D4充电，使得系统工作在功率型锂电池充电工作模式。
2.根据权利要求1所述的适用于电动汽车的复合电源能量管理系统，其特征在于，所述第一DC-DC变换器包括电感L1、开关S3～S4、续流管D5～D6，其中，
所述电感L1的一端与所述常规锂电池的正极连接，所述电感L1的另一端与开关S3的第一端、开关S4的第二端、续流管D5的正极、续流管D6的负极连接，开关S3的第二端与所述续流管D1的负极、续流管D5的负极连接，开关S4的第一端与所述超级电容的负极、所述常规锂电池的负极、续流管D6的正极连接，开关S3的第三端、开关S4的第三端与所述控制单元连接。
3.根据权利要求2所述的适用于电动汽车的复合电源能量管理系统，其特征在于，所述第二DC-DC变换器包括电感L2、开关S5～S6、续流管D7～D8，其中，
所述电感L2的一端与所述能量型锂电池的正极连接，所述电感L2的另一端与开关S5的第一端、开关S6的第二端、续流管D7的正极、续流管D8的负极连接，开关S5的第二端与所述续流管D3的负极、续流管D7的负极连接，开关S6的第一端与所述功率型锂电池的负极、所述能量型锂电池的负极、续流管D8的正极连接，开关S5的第三端、开关S6的第三端与所述控制单元连接。
4.根据权利要求3所述的适用于电动汽车的复合电源能量管理系统，其特征在于，所述常规锂电池、所述超级电容、所述功率型锂电池和所述能量型锂电池在电动汽车的高功率阶段的能量管理过程，包括：
控制所述开关S1、所述开关S3、所述开关S4、所述续流管D5和所述续流管D6均导通，控制所述开关S2、所述开关S5、所述开关S6、续流管D1～D4、所述续流管D7和所述续流管D8均关闭，则所述常规锂电池通过所述电感L1、所述续流管D5升压输出供能，所述超级电容通过所述开关S1直接输出供能，使得系统工作在常规锂电池与超级电容协同供能工作模式。
5.根据权利要求4所述的适用于电动汽车的复合电源能量管理系统，其特征在于，所述常规锂电池、所述超级电容、所述功率型锂电池和所述能量型锂电池在电动汽车的高功率阶段的能量管理过程，还包括：
实时检测所述常规锂电池的SOC值，若检测到常规锂电池的SOC值低于预设常规锂电池的SOC下限时，控制所述开关S1、所述开关S5、开关S6、所述续流管D7和所述续流管D8均导通，控制开关S2～S4、续流管D1～D6均关闭，则所述能量型锂电池通过所述电感L2、所述续流管D7升压输出供能，所述超级电容通过所述开关S1直接输出供能，使得系统工作在能量型锂电池与超级电容协同供能工作模式。
6.根据权利要求4所述的适用于电动汽车的复合电源能量管理系统，其特征在于，所述常规锂电池、所述超级电容、所述功率型锂电池和所述能量型锂电池在电动汽车的高功率阶段的能量管理过程，还包括：
实时检测所述超级电容的SOC值，若检测到超级电容的SOC值低于预设超级电容的SOC下限时，控制所述开关S2～S4、所述续流管D5和所述续流管D6均导通，控制所述开关S1、所述开关S5、所述开关S6、续流管D1～D4、所述续流管D7和所述续流管D8均关闭，则所述常规锂电池通过所述电感L1、所述续流管D5升压输出供能，所述功率型锂电池通过所述开关S2直接输出供能，使得系统工作在常规锂电池与功率型锂电池协同供能工作模式。
7.根据权利要求3所述的适用于电动汽车的复合电源能量管理系统，其特征在于，所述常规锂电池、所述超级电容、所述功率型锂电池和所述能量型锂电池在电动汽车的低功率阶段的能量管理过程，包括：
控制所述续流管D1导通，控制开关S1～S6、续流管D2～D8均关闭，则所述常规锂电池通过所述续流管D1直接输出供能，使得系统工作在常规锂电池单独供能工作模式。
8.根据权利要求7所述的适用于电动汽车的复合电源能量管理系统，其特征在于，所述常规锂电池、所述超级电容、所述功率型锂电池和所述能量型锂电池在电动汽车的低功率阶段的能量管理过程，还包括：
实时检测所述常规锂电池的SOC值，若检测到常规锂电池的SOC值低于预设常规锂电池的SOC下限时，控制所述续流管D3导通，控制开关S1～S6、所述续流管D1、所述续流管D2、续流管D4～D8均关闭，则所述能量型锂电池通过所述续流管D3直接输出供能，使得系统工作在能量型锂电池单独供能工作模式。
9.根据权利要求7所述的适用于电动汽车的复合电源能量管理系统，其特征在于，所述常规锂电池、所述超级电容、所述功率型锂电池和所述能量型锂电池在电动汽车的低功率阶段的能量管理过程，还包括：
实时检测所述超级电容的SOC值，若检测到超级电容的SOC值低于预设超级电容的SOC上限时，控制所述续流管D2、所述续流管D7、所述续流管D8、所述开关S5、所述开关S6均导通，控制开关S1～S4、所述续流管D1、续流管D3～D6均关闭，则所述超级电容通过所述续流管D2充电，所述能量型锂电池通过所述电感L2、所述续流管D7升压输出供能，使得系统工作在能量型锂电池供能与超级电容充电工作模式。
10.根据权利要求3所述的适用于电动汽车的复合电源能量管理系统，其特征在于，所述常规锂电池、所述超级电容、所述功率型锂电池和所述能量型锂电池在电动汽车的制动阶段的能量管理过程，包括：
实时检测所述超级电容的SOC值，若检测到超级电容的SOC值不为100％时，控制所述续流管D2导通，控制所述续流管D1、续流管D3～D8、开关S1～S6均关闭，则所述超级电容通过所述续流管D2充电，使得系统工作在超级电容充电工作模式；
若检测到超级电容的SOC值为100％时，实时检测所述常规锂电池的SOC值，若检测到常规锂电池的SOC值不为100％时，控制开关S3～S4、续流管D5～D6均导通，控制开关S1～S2、开关S5～S6、续流管D1～D4、续流管D7～D8均关闭，则所述常规锂电池通过所述电感L1、所述续流管D5降压充电，使得系统工作在常规锂电池充电工作模式；
若检测到常规锂电池的SOC值为100％时，实时检测所述能量型锂电池的SOC值，若检测到的能量型锂电池的SOC值不为100％时，控制开关S5～S6、续流管D7～D8均导通，控制开关S1～S4、续流管D1～D6均关闭，则所述能量型锂电池通过所述电感L2、所述续流管D7降压充电，使得系统工作在能量型锂电池充电工作模式；
若检测到能量型锂电池的SOC值为100％时，实时检测所述功率型锂电池的SOC值，若检测到功率型锂电池的SOC值不为100％时，控制所述续流管D4导通，控制续流管D1～D3、续流管D5～D8、开关S1～S6均关闭，则所述功率型锂电池通过所述续流管D4充电，使得系统工作在功率型锂电池充电工作模式。
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