[发明专利]一种电动汽车用的动力电池－超级电容混合动力系统

说明书

技术领域

本发明属于电动汽车技术领域，特别涉及一种电动汽车用的动力电池-超级电容混合动力系统。

背景技术

电动汽车具有环保、节能和能量转换效率高的特点，受到日益广泛的重视。动力电池组是电动汽车的核心部分，提高动力电池组放电过程的能量效率和电池组储能的利用率、延长动力电池组的使用寿命是开发电动汽车动力系统的关键技术之一。

受到动力电池工作原理和制造水平的限制，目前电动汽车用的先进动力电池组(例如：镍氢电池组、锂离子电池组等)的放电效率不尽如人意。试验研究结果表明，某型号100Ah锂离子动力电池组在100A恒流放电时的能量效率是86％，200A恒流放电时的能量效率只有69％，即动力电池组的放电效率随着放电电流的增大而减小；同时，研究结果还表明，电池组的荷电状态(SOC)对放电效率也具有显著的影响，随着电池组SOC水平的降低，电池组放电效率显著下降；此外，大电流放电会缩短电池组的使用寿命，从而增加电动汽车的使用成本，在较低的电池组SOC水平下，这种效应更为明显。因此，动力电池组理想的使用条件应该是持续地小电流放电，但是，当动力电池组直接驱动电动汽车时，这种放电条件会影响电动汽车动力性能的发挥。目前常用的纯电动汽车的动力系统结构如图1所示，主要由动力电池组、降压DC/DC变换器、、电机控制器和24V蓄电池组成，其连接关系为：动力电池组的输出端同时与降压DC/DC变换器的高压端及电机控制器相连，降压DC/DC变换器的低压端与24V蓄电池相连。这种动力系统采用动力电池组做为唯一的能量来源。由于在城市工况下车辆频繁加速的特点，导致动力电池组频繁大电流放电，降低了电池组的能量效率和使用寿命，从而影响整车的能量效率和使用寿命。

另一方面，电动汽车在城区运行时，由于城市工况的特点，车辆频繁处于加速、减速和怠速的运行过程中，虽然在车辆加速过程中，要求动力系统提供较大功率，动力电池组处于大电流放电状态，但是，而在车辆减速、滑行过程中，动力系统的输出功率很小、甚至为零，这时，动力电池组放电电流小、或者不放电。车辆的城市工况统计结果显示，车辆滑行、减速和怠速导致动力系统零输出的时间约是车辆总的运行时间的30％左右，车用动力电池组的放电特性表现为峰值电流大、平均电流小。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提供一种电动汽车用的动力电池-超级电容混合动力系统，在这种动力系统中，电池组放电电流基本稳定在电流平均值附近，放电电流小且变化平缓，提高了电池组的放电效率和使用寿命。同时，通过升压DC/DC变换器的输出U-I特性对超级电容的充放电过程进行自适应控制。

本发明提出的一种电动汽车用的动力电池-超级电容混合动力系统，其特征在于，该系统包括：动力电池组、升压DC/DC变换器、电机控制器、双向DC/DC变换器、超级电容组及24V蓄电池；其连接关系为：升压DC/DC变换器的低压端与动力电池组的输出端相连，升压DC/DC变换器的高压端与电机控制器相连；同时在升压DC/DC变换器的高压端上直接挂接超级电容组和双向DC/DC变换器的高压端，双向DC/DC变换器的低压端接24V蓄电池。

本发明的工作原理：在动力系统启动之前，由于自放电特性，超级电容的端电压可能较低，当该电压显著低于电池组的空载电压时，不能直接启动升压DC/DC变换器为超级电容充电，否则，会造成较大的充电电流冲击、损坏升压变换器、动力电池和超级电容。这时，需要24V蓄电池通过双向DC/DC变换器为超级电容进行预充电，直到超级电容的端电压等于或接近动力电池组的空载电压为止。然后，升压DC/DC变换器才进入工作状态，动力电池组通过升压DC/DC变换器继续对超级电容组进行充电，直到超级电容组的端电压达到升压DC/DC变换器的空载输出电压为止。

动力系统启动后，动力电池组通过升压DC/DC变换器为电机控制器提供电能。由于升压变换器设计成下降的U-I输出特性，当车辆需求功率增大时，随着动力电池组放电电流的增大，升压变换器的输出电压降低、导致超级电容组放电。超级电容组和动力电池组一起为电机控制器提供电能。而且，超级电容组的放电电流与动力电池组放电电流的变化率成正比，这种现象抑制了动力电池组的放电电流的进一步增大；当车辆需求功率减小时，动力电池组的放电电流减小，升压变换器的输出电压升高、超级电容处于充电状态，为下一次车辆加速过程储存能量。因此，在升压DC/DC变换器U-I输出特性的作用下，动力电池组的放电过程和超级电容组的充放电过程得到了自适应控制，使动力电池组放电电流稳定在平均电流附近。

本发明的特点及效果：