CN201699484U - 一种用于混合动力汽车的储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于混合动力汽车的储能系统，包括至少一个由若干电池串联而成的电池组和至少一条由若干超级电容串联而成的电容支路，还包括电池放电控制电路和电池充电控制电路，其中电池放电控制电路的输入端连接所有电池组的输入端，而输出端连接所有电容支路的输入端，所有电池组、电容支路的负极相连；电池充电控制电路的输入端连接发电机的供电端，输出端也连接至所有电池组的输入端。此种储能系统可克服现有各种储能装置的缺陷，结合超级电容与电池的优点，延长整体的使用寿命。

Description

一种用于混合动力汽车的储能系统

技术领域

本实用新型涉及混合动力的车辆领域，特别是指应用于此类车辆的储能系统。

背景技术

传统的车辆都是采用汽油或柴油作为行驶动力，由于汽油或柴油在燃烧过程中会产生大量的废气，严重污染环境，另外，汽油或柴油都是由石油提炼而成，目前石油的储存量也日渐减少，因此人们开始尝试使用洁净的电力驱动，逐渐取代传统的耗油车辆，不论是日渐成熟的混合动力汽车，或是尚未普及的电动汽车，关于电力储能是一个非常重要的问题，由于汽车的储能是用于其移动行驶，因此必须确保储存有足够的电量，目前用于混合动力汽车的储能装置主要有以下几种：

(1)如图1所示，其是采用若干超级电容10依次串联，作为储能装置，再与能量转换装置20(如逆变器)电气连接，由超级电容的特性可知，其质量小、安全可靠、充放电快速、充放电效率高，有利于汽车在制动过程中能量的回收控制，然而，由于超级电容10的容量有限，其储存的电量较低，在一些特殊工况下(如持续爬坡工况等)，可能出现亏电现象，影响汽车的正常行驶；

(2)如图2所示，其是采用若干电池30(如铅酸电池、镍氢电池、锂电池等)依次串联，作为储能装置，再与能量转换装置40(如逆变器)电气连接，与前述超级电容10相对，电池30具有储存电量多的特点，具备可持续放电的能力，然而，其充放电能力较弱，充放电效率较低，使用寿命短，有燃爆风险，并且在实际使用中，多数采用plug-in的结构，这样就需要进行长时间的外充电以补充电量，使得系统结构复杂，且需要外部充电配套措施；

(3)如图3所示，是另一种储能装置，其是先将若干电池50串联，将若干超级电容60串联，然后再将两个串联支路进行并联，且电池50所在的支路还正向串接一二极管70，用于防止锂电池50参与制动能量回收；此种装置尽管是结合了电池和超级电容的特点，利用超级电容60回收制动能量，且制动能量的回收效率高，但由于元器件的特性决定了电池50是作为主要的储能元件，从而电池50参与供电工作的时间长，致使电池50的使用寿命短，且超级电容60可使用电压的范围较小，利用率较低。

综合前述，可知现有的几种用于混合动力汽车的储能装置均有其不足存在，本设计人乃针对此类问题进行深入研究，终有本案产生。

实用新型内容

本实用新型的主要目的，在于提供一种用于混合动力汽车的储能系统，其可克服现有各种储能装置的缺陷，结合超级电容与电池的优点，延长整体的使用寿命。

为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种用于混合动力汽车的储能系统，包括至少一个由若干电池串联而成的电池组和至少一条由若干超级电容串联而成的电容支路，还包括电池放电控制电路和电池充电控制电路，其中电池放电控制电路的输入端连接所有电池组的输入端，而输出端连接所有电容支路的输入端，所有电池组、电容支路的负极相连；电池充电控制电路的输入端连接发电机的供电端，输出端也连接至所有电池组的输入端。

上述电池放电控制电路包括放电二极管、IGBT/接触器、放电处理器及超级电容电压检测电路；放电二极管的正极连接所有电池组的输入端，负极连接IGBT/接触器的一端，而IGBT/接触器的另一端连接所有电容支路的输入端，而超级电容电压检测电路连接在电容支路的两端，将检测的电压值送入放电处理器，放电处理器在检测电压值低于预设值时控制IGBT/接触器闭合，使其所在电路连通。

上述电池放电控制电路还包括连接在所有电池组的输入端与所有电容支路的输入端之间的熔断器。

上述电池充电控制电路包括充电二极管、IGBT/接触器、充电处理器和电池电压检测电路；IGBT/接触器的一端连接发电机的供电端，另一端连接充电二极管的正极，而二极管的负极连接所有电池组的输入端，且电池电压检测电路与电池组连接，将检测的SOC参数送入充电处理器，当SOC的检测值低于预设值时，充电处理器控制IGBT/接触器闭合，使其所在电路连通，对电池组进行供电。

上述储能系统还包括一控制电容支路为电池组充电的DC/DC充电控制电路，连接在电容支路的输入端与电池组的输入端之间，并与电池放电控制电路并联。

采用上述方案后，本实用新型同时采用电池和超级电容作为储能单元，并以超级电容为主储能，电池为备用储能，通过电池充电控制电路和电池放电控制电路来实现电池的充放电控制，使得电池在大部分时间不参与工作，而只有在电容支路的电量不足时才接入系统工作，具有以下特点：

(1)为保护电池并提高制动能量的回收效率，电池并不参与制动能量回收，避免电池因大功率充电而导致性能下降，也避免电池充放电效率较低的缺陷；

(2)电池仅作为储能系统的备用电源，在汽车运行过程中的大部分时间并不参与工作，因此可大大延长使用寿命；

(3)由于电池的使用时间较短，且使用电压范围小，因此可选用具有大倍率放电能量的功率型电池，并较大幅度地降低电池组的总额定电压；

(4)以超级电容作为主要储能元件，可利用其充放电效率高的优点，储能系统安全可靠，使用寿命长。

附图说明

图1是现有利用超级电容作为储能装置的电路图；

图2是现有利用电池作为储能装置的电路图；

图3是现有利用超级电容与电池并联作为储能装置的电路图；

图4是本实用新型的电路图；

图5是本实用新型的较佳电路实例图；

图6是电池放电控制电路的工作原理图；

图7是电池充电控制电路的工作原理图。

具体实施方式

以下将结合附图及电路实例对本实用新型的结构及有益效果进行详细说明。

如图4所示，本实用新型提供一种用于混合动力汽车的储能系统，包括至少一个电池组1、至少一个电容支路2、电池充电控制电路3和电池放电控制电路4，下面分别介绍。

各电池组1由若干电池依次串联而成，所述电池可以是铅酸电池、镍氢电池、锂电池等，可同时参考图5所示，且各电池组1是相互并联的关系，本实施例中仅采用一个电池组；且发电机5(如永磁发电机、开关磁阻发电机等)还连接在电池组1的两端，用于必要时为电池组1和电容支路2进行充电。

各电容支路2均是由若干超级电容依次串联而成，此实施例中是使用了两条电容支路2，具体数量可视汽车型号等情况而确定，且所有电容支路2是相互并联的关系。

电池充电控制电路3连接在发电机5与电池组1的输入端之间，用于控制发电机5对电池组1的充电；具体来说，电池充电控制电路3包括充电IGBT 31(当然也可使用接触器)、充电二极管32、充电处理器和电池电压检测电路。充电IGBT 31连接在发电机5的供电端与电池组1的输入端之间，电池电压检测电路(图中未示)与电池组1连接，用于检测电池组1的SOC参数，并送入充电处理器(图中未示)；所述充电处理器依据电池SOC控制充电IGBT 31的开关状态，进行充电控制。

电池放电控制电路4连接在电池组1的输入端与电容支路2的输入端之间，用于控制电池组1放电与否，所述电池放电控制电路4包括放电IGBT 41(当然也可使用接触器)、放电二极管42、放电处理器和超级电容电压检测电路。其中，放电IGBT 41连接在电池组1的输入端与电容支路2的输入端之间，超级电容电压检测电路(图中未示)与电容支路2的两极对应连接，用于检测电容支路2的端电压，并送入放电处理器(图中未示)，而放电处理器依据超级电容的电压值来控制放电IGBT 41的闭合或断开动作，从而控制其所在电路的通断，进行放电控制。

如图5所示，是本实用新型一个较佳实施例的电路连接图，其中，电容支路2是使用16个相同型号的超级电容，均分为两组，分别串联后再并联组成；在该图中，放电二极管42的目的是防止电池组1参与制动能量回收、防止电容支路2直接对电池组1充电；在本实施例中，还在放电二极管42的负极与放电IGBT 41之间串接一熔断器43，该熔断器43的目的是避免电池组1参与电量输出时驱动电机转矩控制失效，避免电池组1过载输出而损坏电池组1(此为第一种电池组输出保护方式)；而放电IGBT 41的目的有三：一是避免电容支路2的电压低于电池组1时，电池组1直接连通电容支路2而导致电池组1过载输出；二是通过驱动电机电流检测来判断电池组1的输出功率大小，若输出功率过大，则通过IGBT 41切断电池组1输出，从而避免电池组1过载输出(此为第二种电池输出保护方式)；第三个目的是在电容支路2的电压高于电池组1的最高电压时切断IGBT 41，以确保电池组1无过压风险。

工作时，参考图6所示，设电容支路2的工作电压范围为X-Y(V)，电池组1的工作电压范围为X-Z(V)，且Z＜Y，在一般道路行驶工况下，电容支路2的端电压值≥Z(V)，此时电池组1不参与工作，放电开关管41断开；当处于特殊行驶工况时，电容支路2的端电压值≤Z(V)，超级电容电压检测电路检测电容支路2的电压值送入放电处理器，由放电处理器控制放电IGBT 41闭合(也即电压预设值为Z)，使得电路接通，电池组1作为备用电源，与电容支路2一起供电驱动整车；此时，若电池BMS输出电池故障信号，则立即控制IGBT 41断开电路。

另外，由于电池组1会在特殊工况时参与电量输出，因此其SOC会下降，同时参考图7所示，电池电压检测电路实时检测电池组1的SOC参数，并送入充电处理器与预设值比较，当高于预设值时，充电IGBT 31动作使得电路断开，而当低于预设值时，充电处理器会控制充电IGBT 31和IGBT 51闭合，电路连通，此时电流经过限流电路、整流电路、IGBT 51、IGBT 31、充电二极管32，为电池组1充电(此时由于电池组1的储存电量较多，因此仅有极少部分电流进入电容支路2)，当然，此处也可外界充电设备，经AC/DC转换后为电池组1补充电能。

再请参考图4与图5所示，当电池组1中电量不足时，还可采用另一种方式为其充电，其是在电容支路2的输入端与电池组1的输入端之间连接一DC/DC充电控制电路6，与电池放电控制电路4形成并联的关系，该DC/DC充电控制电路6可同时检测电容支路2的端电压及电池组1的SOC，并在电容支路2的电压较高时，进行DC/DC转换后给电池组1补充电能，从而为超级电容进一步腾出制动能量回收空间。

综上所述，本实用新型一种用于混合动力汽车的储能系统，重点在于将电容支路2作为主要的储能部分，而电池组1作为备用储能部分，并根据电容支路2的端电压判断是否控制电池组1加入供电，有效结合了超级电容和电池的优点，从而延长储能系统的使用寿命。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于混合动力汽车的储能系统，包括至少一个由若干电池串联而成的电池组和至少一条由若干超级电容串联而成的电容支路，其特征在于：还包括电池放电控制电路和电池充电控制电路，其中电池放电控制电路的输入端连接所有电池组的输入端，而输出端连接所有电容支路的输入端，所有电池组、电容支路的负极相连；电池充电控制电路的输入端连接发电机的供电端，输出端也连接至所有电池组的输入端。

2.如权利要求1所述的一种用于混合动力汽车的储能系统，其特征在于：所述电池放电控制电路包括放电二极管、IGBT/接触器、放电处理器及超级电容电压检测电路；放电二极管的正极连接所有电池组的输入端，负极连接IGBT/接触器的一端，而IGBT/接触器的另一端连接所有电容支路的输入端，而超级电容电压检测电路连接在电容支路的两端，将检测的电压值送入放电处理器，放电处理器在检测电压值低于预设值时控制IGBT/接触器闭合，使其所在电路连通。

3.如权利要求1或2所述的一种用于混合动力汽车的储能系统，其特征在于：所述电池放电控制电路还包括连接在所有电池组的输入端与所有电容支路的输入端之间的熔断器。

4.如权利要求1所述的一种用于混合动力汽车的储能系统，其特征在于：所述电池充电控制电路包括充电二极管、IGBT/接触器、充电处理器和电池电压检测电路；IGBT/接触器的一端连接发电机的供电端，另一端连接充电二极管的正极，而二极管的负极连接所有电池组的输入端，且电池电压检测电路与电池组连接，将检测的SOC参数送入充电处理器，当SOC的测量值低于预设值时，充电处理器据其控制IGBT/接触器闭合，使其所在电路连通。

5.如权利要求1所述的一种用于混合动力汽车的储能系统，其特征在于：所述储能系统还包括一控制电容支路为电池组充电的DC/DC充电控制电路，连接在电容支路的输入端与电池组的输入端之间，并与电池放电控制电路并联。

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