[发明专利]一种复合储能的汽车助力发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车助力发电系统，属于复合储能技术领域，尤其涉及一种复合储能的汽车助力发电系统。

背景技术

随着近年来汽车保有量的快速增加，传统汽车发动机的能耗和排放问题日益突出。德国博世等公司推出了汽车起停系统，主要通过加大起动机转矩提升发动机起动速度，实现怠速时发动机自动停机功能，以降低短时停车的油耗和排放，同时通过优化发电机效率，进一步降低汽车发动机的油耗。

然而，现有起停系统的性能依然有待提高，如起停系统只适用于城市拥堵工况，对于汽车连续行驶状况下的节能效果收效甚微；起停系统通常使用12V蓄电池储能，低电压限制了电机功率，在汽车起步及超车等工况下，起停系统不具备为发动机提供短时辅助动力的能力；起停系统中使用的铅酸电池充电速度慢，难以有效回收滑行及制动过程中的车辆动能。为解决上述问题，本发明提出的一种复合储能的汽车助力发电系统，该系统与发动机通过皮带连接并采用超级电容和蓄电池复合储能，可为发动机提供助力并能够回收汽车的动能。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种复合储能的汽车助力发电系统，该系统由助力发电电机、整流/逆变器、主功率变换器、超级电容、辅助功率变换器、旁路开关、蓄电池、微处理器单元、起动机组成；其中，整流/逆变器的交流端口与助力发电电机的三相绕组连接，其直流端口与主功率变换器的高压侧及旁路开关的高压侧连接；主功率变换器的低压侧与旁路开关的低压侧、超级电容以及辅助功率变换器的高压侧连接；辅助功率变换器的低压侧与蓄电池、起动机连接；微处理器单元分别与整流/逆变器、主功率变换器、辅助功率变换器、旁路开关连接。该系统能够为发动机提供助力、可回收利用车辆动能并能实现发动机随时起停功能的汽车助力发电系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种复合储能的汽车助力发电系统，其中，助力发电电机是电动/发电一体化的交流电机，其转轴通过皮带与发动机连接并传递动力；整流/逆变器可双向传递电能，其逆变状态对应助力发电电机电动运行，整流状态对应助力发电电机发电运行。

系统正常工作中超级电容电压V_cap高于蓄电池电压V_bat，即V_cap>V_bat。

主功率变换器具有由超级电容到整流/逆变器方向的直流升压功能，辅助功率变换器具有由超级电容到蓄电池方向的直流降压功能。

主功率变换器与辅助功率变换器至少二者之一具有向超级电容方向的直流降压功能。

当主功率变换器具有由整流/逆变器到超级电容方向的降压功能时，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。

当辅助功率变换器具有由蓄电池到超级电容方向的降压功能时，其输入电压为V_bat，输出电压范围为0～V_bat；当辅助功率变换器具有由蓄电池到超级电容方向的降压功能时，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。

旁路开关具有断开和闭合两种工作状态，可实现对主功率变换器的旁路作用，对于特定结构的主功率变换器与辅助功率变换器，旁路开关可以缺省。

蓄电池为起动机及车辆的电气负载提供电能。其中，对于特定结构的主功率变换器与辅助功率变换器，起动机可以缺省。

微处理器单元可检测并控制整流/逆变器、主功率变换器、辅助功率变换器和旁路开关的工作状态。

含起动机的助力发电系统正常工作前的发动机冷起动及超级电容预充电过程，由蓄电池提供能量给起动机实现发动机起动，而后助力发电电机输出的电能经整流/逆变器和主功率变换器（或旁路开关）超级电容充电，直至达到满足助力发电电机能够为发动机提供助力所需的电压为止。

无起动机的助力发电系统正常工作前的发动机冷起动及超级电容预充电过程，由蓄电池经辅助功率变换器为超级电容充电，直至达到满足助力发电电机能够起动发动机所需的电压，而后超级电容储能经旁路开关（或主功率变换器）和整流/逆变器供给助力发电电机电动运行起动发动机，之后助力发电电机输出的电能经整流/逆变器和旁路开关为超级电容充电，直至达到满足助力发电电机能够为发动机提供助力所需的最低电压为止。