電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池與超級(jí)電容動(dòng)力系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及混合動(dòng)力汽車(chē)領(lǐng)域，具體涉及電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池與超級(jí)電容動(dòng)力系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前世界能源問(wèn)題日益嚴(yán)重，人們都在尋找各種解決辦法，開(kāi)發(fā)新能源、提高能源利用率；混合動(dòng)力汽車(chē)行業(yè)方興未艾，其具有節(jié)能、環(huán)保和高效等特點(diǎn)，受到廣泛的關(guān)注和高度重視；其中的動(dòng)力系統(tǒng)是混合動(dòng)力汽車(chē)的核心，提高動(dòng)力系統(tǒng)的能量利用率、延長(zhǎng)其使用壽命、節(jié)能環(huán)保，正是我們關(guān)注的核心焦點(diǎn)。
[0003]我國(guó)現(xiàn)有的混合動(dòng)力汽車(chē)以及相應(yīng)方案一般采取了純電池或者純電容存儲(chǔ)電能的方法，車(chē)輛在城市內(nèi)行駛時(shí)，會(huì)頻繁地啟動(dòng)、加速和制動(dòng)，啟動(dòng)和加速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)瞬間要求很多的能量，電池此時(shí)需要提供大電流，這樣會(huì)造成電池的損傷，縮短其使用壽命；在發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，傳統(tǒng)電池不能有效回收能量，大量的制動(dòng)能量是通過(guò)剎車(chē)片摩擦，產(chǎn)生熱量而流失。
[0004]當(dāng)前的系統(tǒng)使用二極管與接觸開(kāi)關(guān)進(jìn)行動(dòng)力電池與超級(jí)電容的耦合，能夠進(jìn)行能量回收和超級(jí)電容充電，但是車(chē)輛在正常長(zhǎng)時(shí)間行駛時(shí)，行駛所需的能量幾乎全部由動(dòng)力電池提供，而動(dòng)力電池提供的電能需要經(jīng)過(guò)二極管，如果流過(guò)的電流是200A，二極管壓降0.7V，則將有140W能量損耗，能量浪費(fèi)過(guò)大；而車(chē)輛靜止時(shí)發(fā)電機(jī)不工作，就無(wú)法給超級(jí)電容充電，超級(jí)電容的電壓低于等于動(dòng)力電池電壓，不能充分利用超級(jí)電容在車(chē)輛起步時(shí)的大電流輸出作用；而如超級(jí)電容已經(jīng)充滿電時(shí)。此時(shí)有很大的能量需要回收，則超級(jí)電容無(wú)法再回收能量，且可能出現(xiàn)電壓過(guò)高而損壞超級(jí)電容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供用于超級(jí)電容與動(dòng)力電池混合構(gòu)成的電動(dòng)汽車(chē)電電混動(dòng)力系統(tǒng)，提升整車(chē)起步加速爬坡性能和制動(dòng)下坡能量回收性能的電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池與超級(jí)電容動(dòng)力系統(tǒng)及控制方法。
[0006]本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池與超級(jí)電容動(dòng)力系統(tǒng)，包括第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)、第三開(kāi)關(guān)、第四開(kāi)關(guān)、第一二極管、電阻、DC/DC轉(zhuǎn)換器、電機(jī)、電機(jī)控制器、動(dòng)力電池管理系統(tǒng)、超級(jí)電容管理系統(tǒng)、動(dòng)力電池組、超級(jí)電池組，所述動(dòng)力電池組上設(shè)有動(dòng)力電池管理系統(tǒng)，所述超級(jí)電池組上設(shè)有超級(jí)電容管理系統(tǒng)，所述動(dòng)力電池管理系統(tǒng)與所述超級(jí)電容管理系統(tǒng)連接，所述DC/DC轉(zhuǎn)換器分別連接述動(dòng)力電池管理系統(tǒng)與所述超級(jí)電容管理系統(tǒng)，所述動(dòng)力電池管理系統(tǒng)連接第一開(kāi)關(guān)的一端和第二開(kāi)關(guān)的一端，所述第一開(kāi)關(guān)的另一端還連接所述第三開(kāi)關(guān)的一端，所述第二開(kāi)關(guān)的另一端連接所述電阻的一端，所述電阻的另一端連接所述第一開(kāi)關(guān)的另一端，所述第一開(kāi)關(guān)的另一端還連接所述第三開(kāi)關(guān)的一端，所述電阻的另一端還連接所述第一二極管的正極，所述第一二極管的負(fù)極連接所述第四開(kāi)關(guān)的一端，所述超級(jí)電容管理系統(tǒng)連接所述第四開(kāi)關(guān)的另一端和第三開(kāi)關(guān)的另一端，所述DC/DC轉(zhuǎn)換器分別連接第一開(kāi)關(guān)的一端、第一開(kāi)關(guān)的一端、第四開(kāi)關(guān)的另一端、第三開(kāi)關(guān)的另一端，所述DC/DC轉(zhuǎn)換器還連接電機(jī)控制器，所述電機(jī)控制器連接電機(jī)，所述DC/DC轉(zhuǎn)換器還通過(guò)通訊信號(hào)線連接第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)、第三開(kāi)關(guān)、第四開(kāi)關(guān)，所述DC/DC轉(zhuǎn)換器還通過(guò)CAN總線連接超級(jí)電容管理系統(tǒng)、動(dòng)力電池管理系統(tǒng)、電機(jī)控制器；所述電阻為預(yù)充電阻；所述DC/DC轉(zhuǎn)換器包括升壓轉(zhuǎn)換模塊、控制模塊、第二二極管、內(nèi)部開(kāi)關(guān)，所述升壓轉(zhuǎn)換模塊連接第二二極管的正極，所述第二二極管的負(fù)極連接所述內(nèi)部開(kāi)關(guān)的一端，所述控制模塊通過(guò)通訊信號(hào)線與升壓轉(zhuǎn)換模塊和內(nèi)部開(kāi)關(guān)連接，所述控制模塊通過(guò)通訊信號(hào)線輸出電流采集、輸出電壓采集、輸入電流采集、輸入電壓采集，所述控制模塊設(shè)有CAN總線，所述控制模塊還設(shè)有第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)、第三開(kāi)關(guān)、第四開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)線。
[0007]電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池與超級(jí)電容動(dòng)力系統(tǒng)控制方法，步驟如下:
a)檢測(cè)車(chē)輛狀態(tài)，車(chē)輛處于靜止?fàn)顟B(tài)則進(jìn)步步驟b，車(chē)輛處于制動(dòng)狀態(tài)則進(jìn)入步驟c，車(chē)輛處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)則進(jìn)入步驟d ;
b)車(chē)輛處于靜止?fàn)顟B(tài)，則檢測(cè)超級(jí)電容組電壓是否過(guò)低，如過(guò)低則通過(guò)CAN總線發(fā)送禁止啟動(dòng)車(chē)輛命令進(jìn)入步驟e，如沒(méi)有過(guò)低則通過(guò)CAN總線發(fā)送允許啟動(dòng)車(chē)輛命令并檢測(cè)超級(jí)電容組電壓是否達(dá)到最高工作電壓，達(dá)到最高工作電壓則結(jié)束流程，沒(méi)有達(dá)到最高工作電壓則進(jìn)入步驟f;
c)車(chē)輛處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則檢測(cè)汽車(chē)車(chē)速是否低于40km/h并檢測(cè)超級(jí)電容組電壓是否高于電池電壓，低于40km/h并且超級(jí)電容組電壓高于電池電壓則進(jìn)入步驟f，低于40km/h并且超級(jí)電容組電壓低于電池電壓則進(jìn)入步驟g，不低于40km/h并且超級(jí)電容組電壓高于電池電壓則進(jìn)入步驟h，不低于40km/h并且超級(jí)電容組電壓低于電池電壓則進(jìn)入步驟i ;
d)車(chē)輛處于制動(dòng)狀態(tài)，則將第二開(kāi)關(guān)、第三開(kāi)關(guān)和DC/DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，第一開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)閉合，并且關(guān)閉升壓轉(zhuǎn)換模塊，再檢測(cè)超級(jí)電容組電壓是否達(dá)到最高工作電壓，沒(méi)有達(dá)到則結(jié)束流程，達(dá)到最高工作電壓則進(jìn)入步驟i ;
e)第一開(kāi)關(guān)、第四開(kāi)關(guān)和DC/DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部開(kāi)關(guān)都斷開(kāi)，第二開(kāi)關(guān)和第三開(kāi)關(guān)閉合，通過(guò)預(yù)充電阻給超級(jí)電容組充電，結(jié)束流程；
f)第二開(kāi)關(guān)和第三開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，DC/DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部開(kāi)關(guān)、第一開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)閉合，并啟動(dòng)DC/DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部升壓轉(zhuǎn)換模塊對(duì)超級(jí)電容組進(jìn)行充電，結(jié)束流程；
g)第二開(kāi)關(guān)和第三開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，DC/DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部開(kāi)關(guān)和第一開(kāi)關(guān)閉合，關(guān)閉升壓轉(zhuǎn)換模塊，DC/DC轉(zhuǎn)換器作為二極管與第一二極管并聯(lián)使用，結(jié)束流程；
h)第二開(kāi)關(guān)、第三開(kāi)關(guān)和DC/DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，第一開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)閉合，關(guān)閉升壓轉(zhuǎn)換模塊，結(jié)束流程；
i)第二開(kāi)關(guān)和DC/DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，第一開(kāi)關(guān)、第三開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)閉合，關(guān)閉升壓轉(zhuǎn)換模塊，超級(jí)電容組與電池直接并聯(lián)，結(jié)束流程。
[0008]本發(fā)明設(shè)有升壓轉(zhuǎn)換模塊的DC/DC轉(zhuǎn)換器、第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)、第三開(kāi)關(guān)、第四開(kāi)關(guān)、預(yù)充電阻和第一二極管的組合來(lái)連接動(dòng)力電池組和超級(jí)電容組，通過(guò)系統(tǒng)的核心部件設(shè)有升壓轉(zhuǎn)換模塊的DC/DC轉(zhuǎn)換器來(lái)承擔(dān)將動(dòng)力電池組能量充到超級(jí)電容組中，使超級(jí)電容組電壓高于動(dòng)力電池組電壓，設(shè)動(dòng)力電池組電壓為I，超級(jí)電容組電壓為V2，超級(jí)電容組容量為C，則超級(jí)電容組電壓超出動(dòng)力電池組電壓V2-Vj^能量為0.5C(V /-Vi2);通過(guò)超級(jí)電容組容量C和最高工作電壓v2，車(chē)輛在起步時(shí)可以用超級(jí)電容組做為主要?jiǎng)恿υ?，使用電壓高于?dòng)力電池組電壓的能量0.δΟ^Ζ-ν!2)來(lái)將車(chē)輛起步加速到20km/h以上，在起步加速過(guò)程中DC/DC轉(zhuǎn)換器同時(shí)用小電流給超級(jí)電容組補(bǔ)充能量，等到超級(jí)電容組電壓略低于動(dòng)力電池組電壓時(shí)，第一二極管自然導(dǎo)通，同時(shí)DC/DC轉(zhuǎn)換器也相當(dāng)于一個(gè)二極管與第一二極管并聯(lián)，動(dòng)力電池組做為主要?jiǎng)恿υ刺峁┠芰拷o電機(jī)控制器，電機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)車(chē)輛行駛。
[0009]本發(fā)明的有益之處在于:1)汽車(chē)平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)閉合第三開(kāi)關(guān)，可以切除第一二極管，減少能量損耗；2)汽車(chē)在停車(chē)或等待紅綠燈時(shí)可以通過(guò)升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器小電流給超級(jí)電容組充電，使超級(jí)電容組電壓高于動(dòng)力電池組并存儲(chǔ)更多的能量，車(chē)輛起步時(shí)超級(jí)電容組電壓高于動(dòng)力電池的那部分能量就可以將車(chē)輛驅(qū)動(dòng)，同時(shí)DC/DC轉(zhuǎn)換器也持續(xù)小電流給超級(jí)電容組充電，使動(dòng)力電池組在車(chē)輛起步時(shí)不用輸出大電流，保護(hù)電池，提高電池壽命；
3)當(dāng)超級(jí)電容組電壓低于動(dòng)力電池組電壓時(shí)，第一二極管自然開(kāi)始導(dǎo)通，且DC/DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部結(jié)構(gòu)為BOOST結(jié)構(gòu)，超級(jí)電容組電壓低于電池組電壓時(shí)也將通過(guò)內(nèi)部二極管直通，DC/DC轉(zhuǎn)換器相當(dāng)于一個(gè)二極管；4)車(chē)輛制動(dòng)或下坡時(shí)電機(jī)控制器將電機(jī)反饋回來(lái)的能量存入超級(jí)電容組進(jìn)行高效回收，超級(jí)電容組充電比電池大很多，能快速將回饋的能量全部回收；5)超級(jí)電容組過(guò)壓時(shí)能將第三開(kāi)關(guān)閉合，將超級(jí)電容組的能量回充到電池組中，減少能量浪費(fèi)并保護(hù)超級(jí)電容組；6)當(dāng)超級(jí)電容組電量過(guò)低且車(chē)輛停