[发明专利]一种复合储能的汽车助力发电系统

权利要求书

1.一种复合储能的汽车助力发电系统，其特征在于：复合储能助力发电系统由助力发电电机（1）、整流/逆变器（2）、主功率变换器（3）、超级电容（4）、辅助功率变换器（5）、旁路开关（6）、蓄电池（7）、微处理器单元（8）、起动机（9）组成；发动机（12）用以传递动力，电气负载（11）是系统负载；其中，助力发电电机（1）是电动/发电一体化的交流电机，电机转轴通过皮带与发动机（12）连接以传递动力；整流/逆变器（2）可双向传递电能，其逆变状态对应助力发电电机（1）电动运行，整流状态对应助力发电电机（1）发电运行；整流/逆变器（2）的交流端口与助力发电电机（1）的三相绕组连接，其直流端口与主功率变换器（3）的高压侧及旁路开关（6）的高压侧连接；主功率变换器（3）的低压侧与旁路开关（6）的低压侧、超级电容（4）以及辅助功率变换器（5）的高压侧连接；辅助功率变换器（5）的低压侧与蓄电池（7）、起动机（9）连接；微处理器单元（8）分别与整流/逆变器（2）、主功率变换器（3）、辅助功率变换器（5）、旁路开关（6）连接；

超级电容（4）需同时满足为助力发电电机（1）提供电能供其电动运行或存储助力发电电机（1）发出的电能、为蓄电池（7）充电的功能，因此，正常工作中的超级电容（4）电压V_cap高于蓄电池（7）电压V_bat，即V_cap>V_bat；另外，母线电压V_bus最大值应较高，有助于减小助力发电电机（1）的工作电流、提高其效率并降低整流/逆变器（2）的成本；

主功率变换器（3）具有由超级电容（4）到整流/逆变器（2）方向的直流升压功能，其输入电压为V_cap，输出电压为V_bus；

辅助功率变换器（5）具有由超级电容（4）到蓄电池（7）方向的直流降压功能，其输入电压为V_cap，输出电压为V_bat；

主功率变换器（3）与辅助功率变换器（5）至少二者之一具有向超级电容（4）方向的直流降压功能；当主功率变换器（3）具有由整流/逆变器（2）到超级电容（4）方向的降压功能时，其输入为母线电压V_bus，输出电压范围为0～V_cap，其中V_cap<V_bus；当辅助功率变换器（5）具有由蓄电池（7）到超级电容（4）方向的降压功能时，其输入电压为V_bat，输出电压范围为0～V_bat；当辅助功率变换器（5）具有由蓄电池（7）到超级电容（4）方向的降压功能时，还需具备同方向的升压功能，其输入电压为V_bat，输出电压范围为V_bat～V_cap，其中V_bat<V_cap<V_bus；

旁路开关（6）具有断开和闭合两种工作状态，可实现对主功率变换器（3）的旁路控制，对于特定结构的主功率变换器（3）与辅助功率变换器（5），旁路开关（6）可以缺省；

微处理器单元（8）可检测整流/逆变器（2）、主功率变换器（3）、辅助功率变换器（5）和旁路开关（6）的工作状态，并通过控制上述部件中的开关器件改变其工作状态；

发动机（12）冷起动及超级电容（4）预充电时，对于含起动机（9）的系统，由蓄电池（7）为起动机（9）提供能量，发动机起动后助力发电电机（1）输出电能，经整流/逆变器（2）为超级电容（4）预充电；对于不含起动机（9）的系统，由蓄电池（7）经辅助功率变换器（5）为超级电容（4）预充电，超级电容（4）经整流/逆变器（2）为助力发电电机（1）提供电能供其电动运行起动发动机（12）；

车辆在需要大扭矩如起步、超车工况，助力发电电机（1）电动运行为发动机（12）提供助力，主功率变换器（3）处于升压状态，超级电容（4）的储能经主功率变换器（3）和整流/逆变器（2）供给助力发电电机（1），超级电容（4）持续释放能量，其电压V_cap逐渐降低；

车辆滑行、制动工况下或超级电容（4）储能不足时，助力发电电机（1）均工作于发电状态，通过整流/逆变器（2）、主功率变换器（3）或旁路开关（6）为超级电容（4）充电；超级电容（4）储能不足正常充电至助力发电电机（1）为发动机（12）提供辅助动力所需电压V_cap为止；车辆滑行及制动能量回收进超级电容（4）时，储能极限为超级电容（4）的电压达到其额定值；

蓄电池储能不足时，超级电容（4）经辅助功率变换器（5）为蓄电池（7）充电；

发动机热起动时，超级电容（4）的储能经旁路开关（6）或主功率变换器（3）和整流/逆变器（2）供给助力发电电机（1）电动运行。