本發(fā)明涉及電動(dòng)汽車供電系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其是指一種具有電壓均衡功能的電動(dòng)汽車混合儲(chǔ)能系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著人們環(huán)保意識(shí)的日益提升，電動(dòng)汽車代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車成為一種趨勢(shì)，而續(xù)航問(wèn)題、電池壽命問(wèn)題和性能問(wèn)題又限制了電動(dòng)汽車的發(fā)展。鋰離子電池儲(chǔ)能效果好，能量密度高和循環(huán)壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)使它適合為電動(dòng)汽車的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行提供能量。超級(jí)電容具有功率密度高，充電速度快，大電流放電能力超強(qiáng)的特點(diǎn)，因此超級(jí)電容適合為電動(dòng)汽車啟動(dòng)或加速時(shí)產(chǎn)生足夠的功率，同時(shí)超級(jí)電容還適合作為能量回收的中間緩沖層，即先把電動(dòng)車把剎車和減速時(shí)產(chǎn)生的能量快速儲(chǔ)存到超級(jí)電容中，之后再由超級(jí)電容轉(zhuǎn)移到電池中，避免短時(shí)間產(chǎn)生的大電流對(duì)電池組壽命的影響，有利于解決了性能問(wèn)題、續(xù)航問(wèn)題和電池壽命問(wèn)題。電池均衡技術(shù)則可以確保電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)中的每個(gè)儲(chǔ)能單元兩端的電壓基本相等，有利于延長(zhǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種可實(shí)現(xiàn)電壓均衡的電動(dòng)汽車混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，利用超級(jí)電容功率密度高，充電速度快，大電流放電能力超強(qiáng)的特點(diǎn)，在電動(dòng)汽車啟動(dòng)或加速時(shí)，利用超級(jí)電池組代替電池組為電動(dòng)汽車供能，實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)和加速；因?yàn)殡姵啬芰棵芏雀?，適合長(zhǎng)時(shí)間放電，當(dāng)電動(dòng)汽車啟動(dòng)加速到期望速度后，轉(zhuǎn)為電池組供電。此外，利用超級(jí)電容的特性，可以快速把電動(dòng)汽車剎車減速產(chǎn)生的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，再轉(zhuǎn)移到電池組中儲(chǔ)存；本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的電壓自動(dòng)均衡，簡(jiǎn)化了電路和控制方式。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種具有電壓均衡功能的電動(dòng)汽車混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括電池組單元、超級(jí)電容器組單元、第一開(kāi)關(guān)管單元、第二開(kāi)關(guān)管單元；所述電池組單元包括第一電池、第二電池和第三電池，所述超級(jí)電容器組單元包括第一超級(jí)電容、第二超級(jí)電容、第三超級(jí)電容、第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)，所述第一開(kāi)關(guān)管單元包括第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管、第五開(kāi)關(guān)管和第六開(kāi)關(guān)管，所述第二開(kāi)關(guān)管單元包括第七開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管、第九開(kāi)關(guān)管、第十開(kāi)關(guān)管、第十一開(kāi)關(guān)管和第十二開(kāi)關(guān)管；所述第一電池、第二電池和第三電池均為容量相等的鋰離子電池，所述第一電池的正極與第一開(kāi)關(guān)管的漏極相連，所述第一電池的負(fù)極、第二電池的正極、第二開(kāi)關(guān)管的漏極分別與第三開(kāi)關(guān)管的漏極相連，所述第二電池的負(fù)極、第三電池的正極、第四開(kāi)關(guān)管的漏極分別與第五開(kāi)關(guān)管的漏極相連，所述第三電池的負(fù)極與第六開(kāi)關(guān)管的漏極相連；所述第一超級(jí)電容、第二超級(jí)電容和第三超級(jí)電容均為電容量相等的超級(jí)電容，所述第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)為電磁繼電器，所述第一超級(jí)電容的正極、第一開(kāi)關(guān)管的源極分別與第七開(kāi)關(guān)管的漏極相連，所述第一超級(jí)電容的負(fù)極、第二開(kāi)關(guān)管的源極、第八開(kāi)關(guān)管的漏極分別與第一開(kāi)關(guān)的一端相連，所述第一開(kāi)關(guān)的另一端、第三開(kāi)關(guān)管的源極、第九開(kāi)關(guān)管的漏極分別與第二超級(jí)電容的正極相連，所述第二超級(jí)電容的負(fù)極、第四開(kāi)關(guān)管的源極、第十開(kāi)關(guān)管的漏極分別與第二開(kāi)關(guān)的一端相連，所述第二開(kāi)關(guān)的另一端、第五開(kāi)關(guān)管的源極、第十一開(kāi)關(guān)管的漏極分別與第三超級(jí)電容的正極相連，所述第三超級(jí)電容的負(fù)極、第六開(kāi)關(guān)管的源極分別與第十二開(kāi)關(guān)管的漏極相連；所述第一開(kāi)關(guān)管到第六開(kāi)關(guān)管的柵極相連，均由第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)；所述第七開(kāi)關(guān)管、第九開(kāi)關(guān)管分別與第十一開(kāi)關(guān)管的源極相連，所述第八開(kāi)關(guān)管、第十開(kāi)關(guān)管分別與第十二開(kāi)關(guān)管的源極相連，所述第七開(kāi)關(guān)管到第十二開(kāi)關(guān)管的柵極相連，均由第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)；所述第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)為兩路互補(bǔ)信號(hào)，占空比均為50％。

所述的電動(dòng)汽車混合儲(chǔ)能系統(tǒng)分有以下四種工作狀態(tài)：

狀態(tài)I：?jiǎn)?dòng)或加速狀態(tài)；此時(shí)，第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)閉合，第一超級(jí)電容、第二超級(jí)電容和第三超級(jí)電容組成超級(jí)電容器組單元為電動(dòng)汽車電機(jī)負(fù)載提供電能。

狀態(tài)II：行駛狀態(tài)；此時(shí)，第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)閉合斷開(kāi)，電池組單元給電動(dòng)汽車電機(jī)負(fù)載長(zhǎng)時(shí)間提供電能；

狀態(tài)III：電壓均衡第一階段；此時(shí)，第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)閉合斷開(kāi)，第一開(kāi)關(guān)管到第六開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第七開(kāi)關(guān)管到第十二開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，第一超級(jí)電容、第二超級(jí)電容和第三超級(jí)電容分別并聯(lián)在第一電池、第二電池和第三電池兩端，當(dāng)超級(jí)電容的電壓高于電池端電壓時(shí)，電池充電，當(dāng)超級(jí)電容的電壓低于電池端電壓時(shí)，電池放電；

狀態(tài)IV：電壓均衡第二階段；此時(shí)，第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)閉合斷開(kāi)，第一開(kāi)關(guān)管到第六開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，第七開(kāi)關(guān)管到第十二開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第一超級(jí)電容、第二超級(jí)電容和第三超級(jí)電容并聯(lián)連接，三者中電壓高的放電，電壓低的充電。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：

1、本發(fā)明具有電壓均衡的功能。

2、本發(fā)明控制簡(jiǎn)單，器件利用率高，節(jié)省空間。

3、本發(fā)明充分利用鋰離子電池和超級(jí)電容的優(yōu)點(diǎn)，提高電動(dòng)汽車的動(dòng)態(tài)性能。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述電動(dòng)汽車混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明所述電動(dòng)汽車混合儲(chǔ)能系統(tǒng)處于電壓均衡工作狀態(tài)時(shí)的電池組各單元的電壓波形圖。

圖3為本發(fā)明所述電動(dòng)汽車混合儲(chǔ)能系統(tǒng)處于電壓均衡工作狀態(tài)時(shí)的超級(jí)電容器組各單元的電壓波形圖。

圖4為圖3的局部放大圖像。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1所示，本實(shí)施例所述的電動(dòng)汽車混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括電池組單元B，超級(jí)電容器組單元C、第一開(kāi)關(guān)管單元X、第二開(kāi)關(guān)管單元Y；所述電池組單元B包括第一電池B₁、第二電池B₂和第三電池B₃；所述超級(jí)電容器組單元C包括第一超級(jí)電容SC₁、第二超級(jí)電容SC₂、第三超級(jí)電容SC₃、第一開(kāi)關(guān)S_a和第二開(kāi)關(guān)S_b；所述第一開(kāi)關(guān)管單元X包括第一開(kāi)關(guān)管S₁₁、第二開(kāi)關(guān)管S₁₂、第三開(kāi)關(guān)管S₂₁、第四開(kāi)關(guān)管S₂₂、第五開(kāi)關(guān)管S₃₁和第六開(kāi)關(guān)管S₃₂；所述第二開(kāi)關(guān)管單元Y包括第七開(kāi)關(guān)管S₁₃、第八開(kāi)關(guān)管S₁₄、第九開(kāi)關(guān)管S₂₃、第十開(kāi)關(guān)管S₂₄、第十一開(kāi)關(guān)管S₃₃和第十二開(kāi)關(guān)管S₃₄。所述第一電池B₁、第二電池B₂和第三電池B₃均為容量相等的鋰離子電池；所述第一電池B₁的正極和第一開(kāi)關(guān)管S₁₁的漏極相連；所述第一電池B₁的負(fù)極、第二電池B₂的正極、第二開(kāi)關(guān)管S₁₂的漏極和第三開(kāi)關(guān)管S₂₁的漏極相連；所述第二電池B₂的負(fù)極、第三電池B₃的正極、第四開(kāi)關(guān)管S₂₂的漏極和第五開(kāi)關(guān)管S₃₁的漏極相連；所述第三電池B₃的負(fù)極和第六開(kāi)關(guān)管S₃₂的漏極相連；所述第一超級(jí)電容SC₁、第二超級(jí)電容SC₂和第三超級(jí)電容SC₃均為電容量相等的超級(jí)電容；所述第一開(kāi)關(guān)S_a和第二開(kāi)關(guān)S_b為電磁繼電器；所述第一超級(jí)電容SC₁的正極、第一開(kāi)關(guān)管S₁₁的源極和第七開(kāi)關(guān)管S₁₃的漏極相連；所述第一超級(jí)電容SC₁的負(fù)極、第二開(kāi)關(guān)管S₁₂的源極、第八開(kāi)關(guān)管S₁₄的漏極和第一開(kāi)關(guān)S_a的一端相連；所述第一開(kāi)關(guān)S_a的另一端、第三開(kāi)關(guān)管S₂₁的源極、第九開(kāi)關(guān)管S₂₃的漏極和第二超級(jí)電容SC₂的正極相連；所述第二超級(jí)電容SC₂的負(fù)極、第四開(kāi)關(guān)管S₂₂的源極、第十開(kāi)關(guān)管S₂₄的漏極和第二開(kāi)關(guān)S_b的一端相連；所述第二開(kāi)關(guān)S_b的另一端、第五開(kāi)關(guān)管S₃₁的源極、第十一開(kāi)關(guān)管S₃₃的漏極和第三超級(jí)電容SC₃的正極相連；所述第三超級(jí)電容SC₃的負(fù)極、第六開(kāi)關(guān)管S₃₂的源極和第十二開(kāi)關(guān)管S₃₄的漏極相連；所述第一開(kāi)關(guān)管S₁₁到第六開(kāi)關(guān)管S₃₂的柵極相連，均由第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)G_X驅(qū)動(dòng)；所述第七開(kāi)關(guān)管S₁₃、第九開(kāi)關(guān)管S₂₃和第十一開(kāi)關(guān)管S₃₃的源極相連；所述第八開(kāi)關(guān)管S₁₄、第十開(kāi)關(guān)管S₂₄和第十二開(kāi)關(guān)管S₃₄的源極相連；所述第七開(kāi)關(guān)管S₁₃到第十二開(kāi)關(guān)管S₃₄的柵極相連，均由第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)G_Y驅(qū)動(dòng)；所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)G_X和驅(qū)動(dòng)信號(hào)G_Y為兩路互補(bǔ)信號(hào)，占空比均為50％。

按電動(dòng)汽車工作狀態(tài)分析，本實(shí)施例上述的電動(dòng)汽車混合儲(chǔ)能系統(tǒng)可分為一下幾種工作狀態(tài)：

狀態(tài)I：?jiǎn)?dòng)或加速狀態(tài)。第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)閉合，第一超級(jí)電容、第二超級(jí)電容和第三超級(jí)電容組成超級(jí)電容器組為電動(dòng)汽車電機(jī)負(fù)載提供電能。

狀態(tài)II：行駛狀態(tài)。第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)閉合斷開(kāi)，電池組給電動(dòng)汽車電機(jī)負(fù)載長(zhǎng)時(shí)間提供電能。

狀態(tài)III：電壓均衡第一階段。第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)閉合斷開(kāi)，第一開(kāi)關(guān)管到第六開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第七開(kāi)關(guān)管到第十二開(kāi)關(guān)管關(guān)斷。第一超級(jí)電容、第二超級(jí)電容和第三超級(jí)電容分別并聯(lián)在第一電池、第二電池和第三電池兩端。當(dāng)超級(jí)電容的電壓高于電池端電壓時(shí)，電池充電；當(dāng)超級(jí)電容的電壓低于電池端電壓時(shí)，電池放電。

狀態(tài)IV：電壓均衡第二階段。第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)閉合斷開(kāi)，第一開(kāi)關(guān)管到第六開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，第七開(kāi)關(guān)管到第十二開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，第一超級(jí)電容、第二超級(jí)電容和第三超級(jí)電容并聯(lián)連接，三者中電壓高的放電，電壓低的充電。

參見(jiàn)圖2所示，從圖中可以看出，電池B1、B2和B3的初始電壓各不相同，分別為3、2.5和2V，當(dāng)系統(tǒng)工作在均衡模式下時(shí)，三者最終可實(shí)現(xiàn)電壓相等，約為2.5V，實(shí)現(xiàn)電壓均衡。

參見(jiàn)圖3所示，當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)管單元的開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，超級(jí)電容對(duì)電池放電或者電池對(duì)超級(jí)電容充電；當(dāng)?shù)诙_(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，超級(jí)電容快速實(shí)現(xiàn)電壓相等。參見(jiàn)圖4所示，第一開(kāi)關(guān)管單元的開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，超級(jí)電容SC1從電池B1吸收電能，電壓上升；超級(jí)電容SC2與電池B2電壓相近，電壓沒(méi)有變化；超級(jí)電容SC3對(duì)電池B3放電，電壓下降；而第二開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，超級(jí)電容SC1、SC2和SC3的電壓快速實(shí)現(xiàn)均衡，均為2.5V。

以上所述實(shí)施例只為本發(fā)明之較佳實(shí)施例，并非以此限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。