專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于電動(dòng)汽車(chē)的能量管理系統(tǒng)及管理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車(chē)的能量管理系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電動(dòng)汽車(chē)具有環(huán)保、節(jié)能和能量轉(zhuǎn)換效率高的特點(diǎn)，帶有電驅(qū)動(dòng)裝置的純電動(dòng)及 混合動(dòng)力車(chē)輛是未來(lái)新能源汽車(chē)的重要發(fā)展方向。電動(dòng)車(chē)輛節(jié)能的關(guān)鍵問(wèn)題在于優(yōu)化管理 電驅(qū)動(dòng)裝置、儲(chǔ)能裝置和輔助動(dòng)力裝置間的能量分配，特別是不同種類(lèi)儲(chǔ)能裝置的儲(chǔ)能和 釋放的優(yōu)化配置。電動(dòng)車(chē)輛中最常用的儲(chǔ)能裝置是動(dòng)力電池，動(dòng)力電池的放電效率隨放電電流的增 大而減小，但是當(dāng)動(dòng)力電池直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)時(shí)，其特性會(huì)影響電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力性能的發(fā)揮。 且大電流放電會(huì)縮短動(dòng)力電池的壽命，在城市工況下車(chē)輛需頻繁加速，導(dǎo)致動(dòng)力電池頻繁 大電流放電，降低了電池組的能量效率和使用壽命，從而影響整車(chē)的性能。另外，制約電動(dòng) 汽車(chē)應(yīng)用的一個(gè)重要因素是續(xù)行里程，再生制動(dòng)是節(jié)約能源、提高續(xù)行里程的一個(gè)關(guān)鍵。即 在車(chē)輛制動(dòng)時(shí)，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于發(fā)電模式，將能量回饋至儲(chǔ)能裝置中，然而動(dòng)力電池難以實(shí) 現(xiàn)短時(shí)間大功率充放電，且循環(huán)次數(shù)有限。為使儲(chǔ)能裝置在能量、功率和循環(huán)壽命之間取得平衡，現(xiàn)有的方式是采用動(dòng)力電 池和超級(jí)電容器結(jié)合混合能量存儲(chǔ)，動(dòng)力電池作為主要的電能儲(chǔ)存裝置，超級(jí)電容器用于 車(chē)輛起步或制動(dòng)能量回收等瞬間大電流充放電的車(chē)輛運(yùn)行工況。最簡(jiǎn)單的方式是將動(dòng)力電 池與超級(jí)電容器直接并聯(lián)在車(chē)輛動(dòng)力線上，可顯著地使動(dòng)力電池的峰值電流均勻化，并減 小了其電壓降，缺點(diǎn)在于其功率流不能主動(dòng)控制，且超級(jí)電容器的能量不能充分利用。在動(dòng) 力電池和超級(jí)電容器之間并一個(gè)兩象限的DC/DC變換器可以解決上述問(wèn)題，但是對(duì)DC/DC 變換器的要求很高，且費(fèi)用昂貴，會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)顯著增加成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)如上所述現(xiàn)有帶電驅(qū)動(dòng)裝置的電動(dòng)汽車(chē)儲(chǔ)能器件的特性，設(shè)計(jì)一種可 對(duì)整車(chē)電能進(jìn)行優(yōu)化管理的系統(tǒng)及相應(yīng)的管理方法，實(shí)現(xiàn)電流及功率流的主動(dòng)控制，避免 過(guò)大的車(chē)輛制動(dòng)回饋電流使動(dòng)力電池過(guò)充，從而延長(zhǎng)動(dòng)力電池的使用壽命，并且對(duì)電容的 利用更加充分，達(dá)到經(jīng)濟(jì)與節(jié)能的雙重效果。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的—種用于電動(dòng)汽車(chē)的能量管理系統(tǒng)，包括動(dòng)力電池、超級(jí)電容、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制單元 及驅(qū)動(dòng)電機(jī)，動(dòng)力電池與超級(jí)電容串聯(lián)，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制單元連接至驅(qū)動(dòng)電機(jī)。所述動(dòng) 力電池及超級(jí)電容可以為動(dòng)力電池組及超級(jí)電容組，均由多個(gè)單體經(jīng)過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)組合構(gòu) 成。本系統(tǒng)還包括一個(gè)與動(dòng)力電池及超級(jí)電容所串聯(lián)支路并聯(lián)的功率分配電路，該功 率分配電路包括一變壓器及分別與變壓器兩線圈串聯(lián)的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管，開(kāi)關(guān)管的通斷由與其連接的管理單元控制。所述開(kāi)關(guān)管可以為MOS管或IGBT。本發(fā)明還包括以下技術(shù)方案一種前述電動(dòng)汽車(chē)能量管理系統(tǒng)的管理方法，通過(guò)管理單元對(duì)動(dòng)力電池和超級(jí)電 容電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)調(diào)整兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的占空比實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入儲(chǔ)能裝置的能量的分配，即 現(xiàn)對(duì)變壓器兩端所接入儲(chǔ)能裝置的電流及功率的分配。當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)起步、加速或者上坡時(shí)，動(dòng)力電池和超級(jí)電容串聯(lián)向驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電 流，當(dāng)超級(jí)電容電能釋放完后由動(dòng)力電池單獨(dú)供電。當(dāng)車(chē)輛制動(dòng)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)向電力總線回饋電流時(shí)，由功率分配電路控制輸送到超級(jí) 電容及電池的電流大小，初始制動(dòng)瞬間大電流大部分由超級(jí)電容吸收，當(dāng)超級(jí)電容充滿后， 由動(dòng)力電池吸收制動(dòng)電流。本發(fā)明的有益效果在于采用動(dòng)力電池與超級(jí)電容串聯(lián)的方式接入汽車(chē)動(dòng)力總線，可減小電容的電壓，簡(jiǎn) 化了結(jié)構(gòu)和體積，可實(shí)現(xiàn)完全放電，提高了利用率，節(jié)省了成本。通過(guò)功率分配電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)力電池及超級(jí)電容進(jìn)行精確地充放電管理控制，從 而使車(chē)輛的電池電能得到合理的利用，提高了續(xù)行里程及能量的回收效率。由于超級(jí)電容 具有高效的充放電效率，能夠平衡動(dòng)力電池的充放電電流，使電池電流基本穩(wěn)定在均值附 近，減少動(dòng)力電池充電次數(shù)，提高電池壽命，且由于采用了電子開(kāi)關(guān)，具有高速響應(yīng)特性，能
量轉(zhuǎn)換效率高。


圖1為本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)能量管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)能量管理系統(tǒng)實(shí)施例原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述如附圖1-2，1是動(dòng)力電池，2是超級(jí)電容，3是電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制單元，4是驅(qū)動(dòng)電機(jī)，5 是變壓器，6是開(kāi)關(guān)管，7是管理單元。一種用于電動(dòng)汽車(chē)的能量管理系統(tǒng)，包括動(dòng)力電池1、超級(jí)電容2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制 單元3及驅(qū)動(dòng)電機(jī)4，動(dòng)力電池1與超級(jí)電容2串聯(lián)，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制單元3連接至驅(qū)動(dòng) 電機(jī)4。所述動(dòng)力電池1及超級(jí)電容2可以為動(dòng)力電池組及超級(jí)電容組，均由多個(gè)單體經(jīng)過(guò) 串聯(lián)或并聯(lián)組合構(gòu)成。由于儲(chǔ)能裝置采用串聯(lián)方式，因此可降低超級(jí)電容的電壓，減小體積 和重量。本實(shí)施例中動(dòng)力電池1選用300V，則超級(jí)電容2選用50V即可使蓄能裝置工作在 300V 至:350V 之間。本系統(tǒng)還包括一個(gè)與動(dòng)力電池1及超級(jí)電容2所串聯(lián)支路并聯(lián)的功率分配電路， 該功率分配電路包括一變壓器5及分別與變壓器兩線圈串聯(lián)的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管6，開(kāi)關(guān)管可以 選用MOS管或IGBT，開(kāi)關(guān)管6的通斷由與其連接的管理單元7控制。本實(shí)施例中選用鋰電池作為動(dòng)力電池1，由單組鋰電經(jīng)串并組合得到，選用IGBT 作為開(kāi)關(guān)管6，電子開(kāi)關(guān)具有高速響應(yīng)特性，能量轉(zhuǎn)換效率高。變壓器5的線圈比與儲(chǔ)能裝置的電壓比值相對(duì)應(yīng)，因此本實(shí)施例中和儲(chǔ)能裝置并接的線圈與和超級(jí)電容2并接的線圈 的比值為6比1，變壓器5的具體連接方式參見(jiàn)附圖2。本發(fā)明實(shí)施例的電動(dòng)汽車(chē)能量管理系統(tǒng)的管理方法，管理單元7對(duì)動(dòng)力電池1和 超級(jí)電容電壓2進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)調(diào)整兩個(gè)開(kāi)關(guān)管6的占空比實(shí)現(xiàn)對(duì)其所輸入儲(chǔ)能裝置 的能量的分配，即現(xiàn)對(duì)變壓器5兩端所接入儲(chǔ)能裝置的電流及電壓的分配。在變壓器5的 兩個(gè)線圈支路及動(dòng)力總線上均設(shè)有電流采樣點(diǎn)，管理單元7通過(guò)采集到的各點(diǎn)的電流、儲(chǔ) 能裝置的電壓以及電池的SOC等多項(xiàng)參數(shù)，分配相應(yīng)開(kāi)關(guān)管6的占空比數(shù)值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng) 力電池1及超級(jí)電容2的功率分配控制。開(kāi)關(guān)管61與開(kāi)關(guān)管62的占空比互補(bǔ)。當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)起步、加速或者上坡時(shí)，動(dòng)力電池1和超級(jí)電容2串聯(lián)向驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供 電流，由于超級(jí)電容具有快放的特點(diǎn)，因此主要由其向動(dòng)力總線輸送能量，當(dāng)超級(jí)電容2的 電能釋放完后由動(dòng)力電池1單獨(dú)供電，超級(jí)電容2中的能量得到充分利用，有效地提高了使 用效率。當(dāng)車(chē)輛勻速平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，根據(jù)動(dòng)力電池1和超級(jí)電容2中的剩余電量來(lái)選擇串聯(lián) 供電或由動(dòng)力電池1單獨(dú)供電。當(dāng)車(chē)輛制動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)4工作在發(fā)電模式，向電力總線回饋電流，由功率分配電 路控制輸送到超級(jí)電容2及動(dòng)力電池1的電流大小，由于超級(jí)電容的快充特性，初始制動(dòng)瞬 間大電流大部分控制由超級(jí)電容2吸收，當(dāng)超級(jí)電容2充滿后，由動(dòng)力電池1吸收制動(dòng)電 流，這樣既實(shí)現(xiàn)了提高充放電的效率，又使得動(dòng)力電池2減少大電流的直接沖擊，以及反復(fù) 頻繁充電造成的損耗，有效延長(zhǎng)了動(dòng)力電池1的壽命，降低電動(dòng)汽車(chē)的使用成本。
權(quán)利要求
1.一種用于電動(dòng)汽車(chē)的能量管理系統(tǒng)，包括動(dòng)力電池、超級(jí)電容、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制單元及 驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其特征在于所述動(dòng)力電池與超級(jí)電容串聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電動(dòng)汽車(chē)的能量管理系統(tǒng)，其特征在于還包括一 個(gè)與動(dòng)力電池及超級(jí)電容串聯(lián)支路所并聯(lián)的功率分配電路，該功率分配電路包括一變壓器 及分別與變壓器兩線圈串聯(lián)的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電動(dòng)汽車(chē)的能量管理系統(tǒng)，其特征在于所述動(dòng)力電池 及超級(jí)電容可以為動(dòng)力電池組及超級(jí)電容組，由多個(gè)單體經(jīng)過(guò)串聯(lián)及并聯(lián)組合構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于電動(dòng)汽車(chē)的能量管理系統(tǒng)，其特征在于所述開(kāi)關(guān)管的 通斷由與其連接的管理單元控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于電動(dòng)汽車(chē)的能量管理系統(tǒng)，其特征在于所述開(kāi)關(guān)管可 以為MOS管或IGBT。
6.一種權(quán)利要求2所述的用于電動(dòng)汽車(chē)能量管理系統(tǒng)的管理方法，其特征在于通過(guò) 調(diào)整兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的占空比實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入儲(chǔ)能裝置的能量的分配。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于電動(dòng)汽車(chē)的能量管理系統(tǒng)的管理方法，其特征在于當(dāng) 電動(dòng)汽車(chē)起步、加速或者上坡時(shí)，動(dòng)力電池和超級(jí)電容串聯(lián)向驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電流，當(dāng)超級(jí)電 容電能釋放完后由動(dòng)力電池單獨(dú)供電。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于電動(dòng)汽車(chē)的能量管理系統(tǒng)的管理方法，其特征在于當(dāng) 車(chē)輛制動(dòng)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)向電力總線回饋電流時(shí)，由功率分配電路控制輸送到超級(jí)電容及電池 的電流大小，初始制動(dòng)瞬間大電流大部分由超級(jí)電容吸收，當(dāng)超級(jí)電容充滿后，由動(dòng)力電池 吸收制動(dòng)電流。
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)如上所述現(xiàn)有帶電驅(qū)動(dòng)裝置的電動(dòng)汽車(chē)儲(chǔ)能器件的特性，設(shè)計(jì)一種可對(duì)整車(chē)電能進(jìn)行優(yōu)化管理的系統(tǒng)及相應(yīng)的管理方法，系統(tǒng)包括動(dòng)力電池、超級(jí)電容、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制單元及驅(qū)動(dòng)電機(jī)，動(dòng)力電池與超級(jí)電容串聯(lián)，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制單元連接至驅(qū)動(dòng)電機(jī)，還包括一個(gè)與動(dòng)力電池及超級(jí)電容所串聯(lián)支路并聯(lián)的功率分配電路，該功率分配電路包括一變壓器及分別與變壓器兩線圈串聯(lián)的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管，開(kāi)關(guān)管的通斷由與其連接的管理單元控制。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)電流及功率流的主動(dòng)控制，避免過(guò)大的車(chē)輛制動(dòng)回饋電流使動(dòng)力電池過(guò)充，從而延長(zhǎng)動(dòng)力電池的使用壽命，并且對(duì)電容的利用更加充分，達(dá)到經(jīng)濟(jì)與節(jié)能的雙重效果。
文檔編號(hào)B60W10/26GK102139695SQ20111004928
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月2日
發(fā)明者趙建虎 申請(qǐng)人:天津市松正電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)股份有限公司