CN203747469U - 自适应滤波器功率分流控制的混合动力车复合电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种自适应滤波器功率分流控制的混合动力车复合电源。该复合电源包括蓄电池、超级电容器和双向DC/DC变换器。蓄电池直接与功率总线相连，作为主要电源；超级电容器通过双向DC/DC变换器与功率总线连接，与双向DC-DC变换器串联构成辅助电源。双向DC-DC变换器采用非隔离半桥结构。本实用新型的复合电源中超级电容器对蓄电池进行功率补偿，避免了电池提供瞬时功率和峰值功率，复合电源的整体效率显著提高；超级电容器可以迅速高效地大电流充放电，最大限度地回收了再生制动能量。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种应用于混合动力汽车（HEV）的储能装置，特别涉及一种将蓄电池和超级电容器相结合构成复合电源。
背景技术
由于环境污染的日益严重和能源危机的日益加深，混合动力汽车凭借其节能、环保的优势已经发展成为一种必然趋势。混合动力汽车环保节能理论的核心是利用储能系统对工况需求功率进行“削峰填谷”，回收制动时的动能，使得整个动力系统效率更高。在过去的十多年中，混合动力汽车（HEV）已经在商用和民用中得到了很好的发展。
尽管如此，混合动力汽车的性能和使用范围仍然没有达到以天然气为动力源的传统汽车。导致这种问题的原因是蓄电池储能系统比功率较低、循环寿命短，主要体现在HEV在瞬时启动和加速时电池难以满足负载高功率密度需求以及在快速制动时的能量充分回收，从而限制了HEV的快速发展。为此，有必要增加辅助电源来提供峰值功率和快速回收制动能量。超级电容器凭借其高比功率和循环寿命长无疑为最佳选择，将蓄电池和超级电容器混合使用构成复合电源，可充分发挥两者的自身优势，同时最大限度地限制单一电源的不足，将大大提高HEV储能系统的效率。
实用新型内容
针对现有技术中混合动力汽车的蓄电池储能系统存在的上述问题，本实用新型提供一种自适应滤波器功率分流控制的混合动力车复合电源。该复合电源由蓄电池和超级电容器组成，为充分发挥超级电容器比功率大和蓄电池比能量大的优点，同时为了根据混合动力汽车行驶工况的变化及时调度超级电容器对蓄电池进行功率补偿，在蓄电池和超级电容器之间添加一个DC/DC变换器，通过控制DC/DC变换器开关管的导通与关断，从而实现蓄电池和超级电容器之间功率的合理分配。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
自适应滤波器功率分流控制的混合动力车复合电源，包括蓄电池、超级电容器和双向DC/DC变换器；所述蓄电池直接与功率总线相连，作为主要电源；所述超级电容器通过双向DC/DC变换器与功率总线连接，与双向DC-DC变换器串联构成辅助电源。
进一步，所述双向DC-DC变换器采用非隔离半桥结构。
进一步，所述非隔离半桥结构的双向DC-DC变换器包括带有阻性 的滤波电感、功率开关管和功率开关管。滤波电感和功率开关管串联后连接到超级电容器和蓄电池的正极，功率开关管一端与滤波电感的输出端相连，另一端与超级电容器和蓄电池的负极相连，所述蓄电池和超级电容器的电流能够在、和之间双向流动。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型自适应滤波器功率分流控制的混合动力车复合电源中超级电容器充分发挥了其功率密度大、快速充放电的优点，大大地补偿了负载所需的峰值功率，避免了电池提供瞬时功率和峰值功率，复合电源的整体效率显著提高；另外，超级电容器可以迅速高效地大电流充放电，最大限度地吸收了再生制动能量，大大地节约了能源，蓄电池回收能量较少，这样减少了蓄电池的循环充放电次数，避免了对蓄电池的大电流冲击，延长了蓄电池的使用寿命，提高能量的利用率。
附图说明
图1是本实用新型自适应滤波器功率分流控制的混合动力车复合电源的结构图；
图2是复合电源中双向DC/DC变换器的结构图；
图3是自适应滤波器功率分流控制框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
本实用新型自适应滤波器功率分流控制的混合动力车复合电源的结构如图1所示，包括蓄电池、超级电容器和DC/DC变换器。蓄电池比能量较大，将其直接与功率总线相连，作为主要电源提供负载功率中的平均功率；由于超级电容器比功率较大，将其通过DC/DC变换器与功率总线连接，与DC-DC变换器串联构成辅助电源，主要提供负载功率中的峰值功率。这种结构的好处在于蓄电池决定母线电压，直接对外输出功率，能量转换效率高；而超级电容器通过DC/DC变换器自动调节自身电压与电池匹配工作，有效地保护了蓄电池。由于电池的电压变化比较平缓，因此电压调控更加容易实现。复合电源既要能够实现对负载的供能，同时还要充分回收混合动力汽车制动时的再生能量，因此DC/DC变换器选择双向DC/DC变换器。对于复合电源中蓄电池和超级电容器的功率分配，归根结底，就是在通过调节双向DC/DC变换器的占空比给超级电容器中注入或多或少的电流这一过程中进行的。
上述双向DC/DC变换器的结构如图2所示，其中，和分别为超级电容器的电流和电压；和分别为蓄电池的电流和电压；和为功率开关管；为带有阻性的滤波电感。双向DC-DC变换器采用非隔离半桥结构，包括带有阻性的滤波电感、功率开关管和功率开关管。滤波电感和功率开关管串联后连接到超级电容器和蓄电池的正极，功率开关管一端与滤波电感的输出端相连，另一端与超级电容器和蓄电池的负极相连，所述蓄电池和超级电容器的电流能够在、和之间双向流动，即在图2中，双向DC-DC变换器能够实现两象限运行，即变换器两端电压方向不变，电流方向改变，在功能上相当于升压变换器和降压变换器的组合。设为开关管的开通周期，为占空比，当关断时，在时间内开通，超级电容器释放能量；同样，当开通时，的关断时间为，超级电容器吸收能量。该结构元器件数量少，造价低廉，没有变压器损耗，效率高，易于包装和集成。
本实用新型自适应滤波器功率分流控制的混合动力车复合电源的自适应滤波器功率分流控制方法如图3所示，其中，和分别为超级电容器的功率和蓄电池的功率；为低通滤波器的时间常数；为超级电容器的荷电状态；为超级电容器荷电状态的参考值；为超级电容器电压的参考值；为超级电容器的电流参考值；为超级电容器电流的矫正因子。在图3中，双向DC-DC变换器所采用的自适应滤波器功率分流控制方法利用滤波器将负载功率分成两个部分，峰值功率和平均功率。滤波器取线性低通滤波器，负载需求功率经过低通滤波器后得到平均功率，平均功率主要由蓄电池来提供；拿需求总功率与平均功率相减就可得到峰值功率，峰值功率主要由超级电容器来提供。滤波器时间常数的设置是控制策略的核心，而超级电容器是控制策略的主要对象，所以根据超级电容器参数的变化对进行自适应选择。将超级电容器的输出电压与其参考电压进行比较，生成控制功率变换器的脉冲调制信号。要注意的是这种控制策略必须要施加一个足够强的电流矫正环节，从而确保即使在最差的负载工作条件下，超级电容器的输出电压不会超出其额定电压范围。首先，取超级电容器的工作电流与其参考电流相比；其次，为了让复合电源更好地适应工况的需求，自适应地根据工况情况合理调度超级电容器，引入工况和SOC作为矫正环节，使得超级电容器时刻准备着混合动力汽车（HEV）的下一个运行状态。比如，当HEV是低速行驶时，下一个状态很可能是加速，因此随着车速的降低控制DC/DC给超级电容器充电，超级电容器吸收更多的能量，为加速做好准备；或者，当HEV在高速行驶时，下一个状态很可能是制动，超级电容器应留有足够的容量充分回收制动能量。因此，我们通过超级电容器SOC与工况的关系得到目标SOC，再与实际SOC相比较，经过PI调节得到电流矫正环节。需要注意的是，工况变化可以具体表现为车速的变化。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.自适应滤波器功率分流控制的混合动力车复合电源，其特征在于：包括蓄电池、超级电容器和双向DC/DC变换器；所述蓄电池直接与功率总线相连，作为主要电源；所述超级电容器通过双向DC/DC变换器与功率总线连接，与双向DC-DC变换器串联构成辅助电源。
2.根据权利要求1所述的自适应滤波器功率分流控制的混合动力车复合电源，其特征在于：所述双向DC-DC变换器采用非隔离半桥结构。
3.根据权利要求2所述的自适应滤波器功率分流控制的混合动力车复合电源，其特征在于：所述非隔离半桥结构的双向DC-DC变换器包括带有阻性 的滤波电感、功率开关管和功率开关管；滤波电感和功率开关管串联后连接到超级电容器和蓄电池的正极，功率开关管一端与滤波电感的输出端相连，另一端与超级电容器和蓄电池的负极相连，所述蓄电池和超级电容器的电流能够在、和之间双向流动。
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