[发明专利]基于超级电容的汽车二次储能装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于汽车能量管理技术，具体涉及一种基于超级电容的汽车二次储能装置及控制方法。

背景技术

汽车产业是国民经济的重要支柱产业，在国民经济和社会发展中发挥着重要作用。随着我国经济持续快速发展和城镇化进程加速推进，今后较长一段时期汽车需求量仍将保持增长势头，由此带来的能源紧张和环境污染问题将更加突出。加快培育和发展节能汽车与新能源汽车，既是有效缓解能源和环境压力，推动汽车产业可持续发展的紧迫任务，也是加快汽车产业转型升级、培育新的经济增长点和国际竞争优势的战略举措。

以内燃机为动力的非混合动力汽车在起动时要进行大电流放电，并且目前已经实现通过发电机在减速或下坡时通过快速发电实现制动能量回收,要求汽车储能装置具有优良的倍率快速充放电特性和使用寿命长且性能稳定。而目前汽车蓄电池进行频繁的大电流充放电将使之寿命大大缩短。同时由于蓄电池的布置空间有限，非常紧凑，频繁的充放电使得热量易积累，蓄电池暴露在高温环境中造成高温失效。尽管针对汽车铅酸蓄电池作了许多改进,但是汽车储能装置参与制动能量回收时必须在承受频繁的大电流充放电的同时保证储能装置寿命、同时提升充放电效率低已经成为制约进一步提升汽车节能减排的难题之一。

超级电容器因其存储能量大,质量轻,可多次充放电而成为一种新型的储能装置。超级电容器具备如下优势:

（1）电容量大

超级电容器采用活性炭粉与活性炭纤维作为可极化电极,与电解液接触的面积大大增加。根据电容量的计算公式,两极板的表面积越大,则电容量越大。因此,一般双电层电容器容量很容易超过1F,它的出现使普通电容器的容量范围骤然跃升了3～4个数量级，

（2）充放电寿命长

可达500000次或90000小时,而蓄电池的充放电寿命很难超过1000次;可以提供很高的放电电流,一般蓄电池通常不能有如此高的放电电流,一些高放电电流的蓄电池在如此高的放电电流下的使用寿命将大大缩短。

（3）快速充放电

可以从数十秒到数分钟内快速充电,而蓄电池在如此短的时间内充满电将是极危险的或是几乎不可能的。

（4）工作温度范围宽

蓄电池很难在高低温,特别是低温环境下工作;超级电容器用的材料是安全和无毒的,而铅酸蓄电池、镍镉蓄电池均具有毒性。

目前，超级电容可以和蓄电池、燃料电池等组成复合电源系统．由于燃料电池存在成本很高、冷启动响应慢等缺陷，因此近几年还处于实验阶段。对蓄电池的研究目前已相当成熟，并且它成本相对较低，在汽车电源领域占有重要的地位，因此超级电容-蓄电池复合电源系统最具有竞争力。目前在混合动力电动车上采用超级电容-蓄电池复合电源系统已经成为新能源汽车发展的重要方向之一，随着全球节能减排的趋势发展，超级电容-蓄电池复合电源系统的应用也逐渐开始向普通非混合动力汽车领域普及。

如图3所示，中国专利文献记载了“一种基于超级电容的电动汽车混合动力控制系统”其公告号为CN 201914107 U。该专利公开的控制系统仅适用于电动汽车，无法在以内燃机为动力的非混合动力乘用车上应用，而目前市场上的乘用车仍然以内燃机为动力的非混合动力车为主。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于超级电容的汽车二次储能装置及方法，能适用于以内燃机为动力的非混合动力乘用车，该二次储能装置在制动工况时能有效回收发动机的能量，并在一般驾驶工况和起动工况时释放回收的能量，使汽车获得更佳的燃油经济性，以降低油耗、减少二氧化碳的排放，改善汽车冷起动性能，减缓蓄电池的老化。

本发明所述的基于超级电容的汽车二次储能装置，包括超级电容模组、超级电容管理单元、降压DCDC和升压DCDC；

所述超级电容模组的一端通过硬线与超级电容管理单元连接，超级电容模组的另一端通过硬线分别与发电机、负载、蓄电池、起动电机连接；

所述降压DCDC的一端通过硬线与超级电容管理单元连接，降压DCDC的另一端通过硬线分别与发电机、负载、蓄电池、起动电机连接；

所述升压DCDC一端通过硬线与超级电容管理单元连接，升压DCDC的另一端通过硬线分别与发电机、负载、蓄电池、起动电机连接；

所述超级电容管理单元还通过CAN总线与所述发动机控制单元进行通信；