專利名稱：一種用于混合動(dòng)力汽車的儲(chǔ)能系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及混合動(dòng)力的車輛領(lǐng)域，特別是指應(yīng)用于此類車輛的儲(chǔ)能系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的車輛都是采用汽油或柴油作為行駛動(dòng)力，由于汽油或柴油在燃燒過(guò)程中會(huì) 產(chǎn)生大量的廢氣，嚴(yán)重污染環(huán)境，另外，汽油或柴油都是由石油提煉而成，目前石油的儲(chǔ)存 量也日漸減少，因此人們開始嘗試使用潔凈的電力驅(qū)動(dòng)，逐漸取代傳統(tǒng)的耗油車輛，不論是 日漸成熟的混合動(dòng)力汽車，或是尚未普及的電動(dòng)汽車，關(guān)于電力儲(chǔ)能是一個(gè)非常重要的問(wèn) 題，由于汽車的儲(chǔ)能是用于其移動(dòng)行駛，因此必須確保儲(chǔ)存有足夠的電量，目前用于混合動(dòng) 力汽車的儲(chǔ)能裝置主要有以下幾種(1)如圖1所示，其是采用若干超級(jí)電容10依次串聯(lián)，作為儲(chǔ)能裝置，再與能量轉(zhuǎn) 換裝置20(如逆變器)電氣連接，由超級(jí)電容的特性可知，其質(zhì)量小、安全可靠、充放電快 速、充放電效率高，有利于汽車在制動(dòng)過(guò)程中能量的回收控制，然而，由于超級(jí)電容10的容 量有限，其儲(chǔ)存的電量較低，在一些特殊工況下(如持續(xù)爬坡工況等)，可能出現(xiàn)虧電現(xiàn)象， 影響汽車的正常行駛；(2)如圖2所示，其是采用若干電池30(如鉛酸電池、鎳氫電池、鋰電池等)依次串 聯(lián)，作為儲(chǔ)能裝置，再與能量轉(zhuǎn)換裝置40 (如逆變器)電氣連接，與前述超級(jí)電容10相對(duì)， 電池30具有儲(chǔ)存電量多的特點(diǎn)，具備可持續(xù)放電的能力，然而，其充放電能力較弱，充放電 效率較低，使用壽命短，有燃爆風(fēng)險(xiǎn)，并且在實(shí)際使用中，多數(shù)采用plug-in的結(jié)構(gòu)，這樣就 需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的外充電以補(bǔ)充電量，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且需要外部充電配套措施；(3)如圖3所示，是另一種儲(chǔ)能裝置，其是先將若干電池50串聯(lián)，將若干超級(jí)電容 60串聯(lián)，然后再將兩個(gè)串聯(lián)支路進(jìn)行并聯(lián)，且電池50所在的支路還正向串接一二極管70， 用于防止鋰電池50參與制動(dòng)能量回收；此種裝置盡管是結(jié)合了電池和超級(jí)電容的特點(diǎn)，利 用超級(jí)電容60回收制動(dòng)能量，且制動(dòng)能量的回收效率高，但由于元器件的特性決定了電池 50是作為主要的儲(chǔ)能元件，從而電池50參與供電工作的時(shí)間長(zhǎng)，致使電池50的使用壽命 短，且超級(jí)電容60可使用電壓的范圍較小，利用率較低。綜合前述，可知現(xiàn)有的幾種用于混合動(dòng)力汽車的儲(chǔ)能裝置均有其不足存在，本發(fā) 明人乃針對(duì)此類問(wèn)題進(jìn)行深入研究，終有本案產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的，在于提供一種用于混合動(dòng)力汽車的儲(chǔ)能系統(tǒng)，其可克服現(xiàn)有 各種儲(chǔ)能裝置的缺陷，結(jié)合超級(jí)電容與電池的優(yōu)點(diǎn)，延長(zhǎng)整體的使用壽命。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是一種用于混合動(dòng)力汽車的儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括至少一個(gè)由若干電池串聯(lián)而成的電池組 和至少一條由若干超級(jí)電容串聯(lián)而成的電容支路，還包括電池放電控制電路和電池充電控 制電路，其中電池放電控制電路的輸入端連接所有電池組的輸入端，而輸出端連接所有電容支路的輸入端，所有電池組、電容支路的負(fù)極相連；電池充電控制電路的輸入端連接發(fā)電 機(jī)的供電端，輸出端也連接至所有電池組的輸入端。 上述電池放電控制電路包括放電二極管、IGBT/接觸器、放電處理器及超級(jí)電容電 壓檢測(cè)電路；放電二極管的正極連接所有電池組的輸入端，負(fù)極連接IGBT/接觸器的一端， 而IGBT/接觸器的另一端連接所有電容支路的輸入端，而超級(jí)電容電壓檢測(cè)電路連接在電 容支路的兩端，將檢測(cè)的電壓值送入放電處理器，放電處理器在檢測(cè)電壓值低于預(yù)設(shè)值時(shí) 控制IGBT/接觸器閉合，使其所在電路連通。 上述電池放電控制電路還包括連接在所有電池組的輸入端與所有電容支路的輸 入端之間的熔斷器。上述電池充電控制電路包括充電二極管、IGBT/接觸器、充電處理器和電池電壓檢 測(cè)電路；IGBT/接觸器的一端連接發(fā)電機(jī)的供電端，另一端連接充電二極管的正極，而二極 管的負(fù)極連接所有電池組的輸入端，且電池電壓檢測(cè)電路與電池組連接，將檢測(cè)的S0C參 數(shù)送入充電處理器，當(dāng)S0C的檢測(cè)值低于預(yù)設(shè)值時(shí)，充電處理器控制IGBT/接觸器閉合，使 其所在電路連通，對(duì)電池組進(jìn)行供電。上述儲(chǔ)能系統(tǒng)還包括一控制電容支路為電池組充電的DC/DC充電控制電路，連接 在電容支路的輸入端與電池組的輸入端之間，并與電池放電控制電路并聯(lián)。采用上述方案后，本發(fā)明同時(shí)采用電池和超級(jí)電容作為儲(chǔ)能單元，并以超級(jí)電容 為主儲(chǔ)能，電池為備用儲(chǔ)能，通過(guò)電池充電控制電路和電池放電控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)電池的充 放電控制，使得電池在大部分時(shí)間不參與工作，而只有在電容支路的電量不足時(shí)才接入系 統(tǒng)工作，具有以下特點(diǎn)(1)為保護(hù)電池并提高制動(dòng)能量的回收效率，電池并不參與制動(dòng)能量回收，避免電 池因大功率充電而導(dǎo)致性能下降，也避免電池充放電效率較低的缺陷；(2)電池僅作為儲(chǔ)能系統(tǒng)的備用電源，在汽車運(yùn)行過(guò)程中的大部分時(shí)間并不參與 工作，因此可大大延長(zhǎng)使用壽命；(3)由于電池的使用時(shí)間較短，且使用電壓范圍小，因此可選用具有大倍率放電能 量的功率型電池，并較大幅度地降低電池組的總額定電壓；(4)以超級(jí)電容作為主要儲(chǔ)能元件，可利用其充放電效率高的優(yōu)點(diǎn)，儲(chǔ)能系統(tǒng)安全 可靠，使用壽命長(zhǎng)。


圖1是現(xiàn)有利用超級(jí)電容作為儲(chǔ)能裝置的電路圖2是現(xiàn)有利用電池作為儲(chǔ)能裝置的電路圖3是現(xiàn)有利用超級(jí)電容與電池并聯(lián)作為儲(chǔ)能裝置的電路圖
圖4是本發(fā)明的電路圖5是本發(fā)明的較佳電路實(shí)例圖6是電池放電控制電路的工作原理圖7是電池充電控制電路的工作原理圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖及電路實(shí)例對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及有益效果進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖4所示，本發(fā)明提供一種用于混合動(dòng)力汽車的儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括至少一個(gè)電池 組1、至少一個(gè)電容支路2、電池充電控制電路3和電池放電控制電路4，下面分別介紹。各電池組1由若干電池依次串聯(lián)而成，所述電池可以是鉛酸電池、鎳氫電池、鋰電 池等，可同時(shí)參考圖5所示，且各電池組1是相互并聯(lián)的關(guān)系，本實(shí)施例中僅采用一個(gè)電池 組；且發(fā)電機(jī)5 (如永磁發(fā)電機(jī)、開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)等)還連接在電池組1的兩端，用于必要時(shí) 為電池組1和電容支路2進(jìn)行充電。各電容支路2均是由若干超級(jí)電容依次串聯(lián)而成，此實(shí)施例中是使用了兩條電容 支路2，具體數(shù)量可視汽車型號(hào)等情況而確定，且所有電容支路2是相互并聯(lián)的關(guān)系。電池充電控制電路3連接在發(fā)電機(jī)5與電池組1的輸入端之間，用于控制發(fā)電機(jī) 5對(duì)電池組1的充電；具體來(lái)說(shuō)，電池充電控制電路3包括充電IGBT 31 (當(dāng)然也可使用接 觸器)、充電二極管32、充電處理器和電池電壓檢測(cè)電路。充電IGBT 31連接在發(fā)電機(jī)5的 供電端與電池組1的輸入端之間，電池電壓檢測(cè)電路(圖中未示)與電池組1連接，用于檢 測(cè)電池組1的S0C參數(shù)，并送入充電處理器(圖中未示)；所述充電處理器依據(jù)電池S0C控 制充電IGBT 31的開關(guān)狀態(tài)，進(jìn)行充電控制。電池放電控制電路4連接在電池組1的輸入端與電容支路2的輸入端之間，用于 控制電池組1放電與否，所述電池放電控制電路4包括放電IGBT 41 (當(dāng)然也可使用接觸 器)、放電二極管42、放電處理器和超級(jí)電容電壓檢測(cè)電路。其中，放電IGBT 41連接在電 池組1的輸入端與電容支路2的輸入端之間，超級(jí)電容電壓檢測(cè)電路(圖中未示)與電容 支路2的兩極對(duì)應(yīng)連接，用于檢測(cè)電容支路2的端電壓，并送入放電處理器(圖中未示)，而 放電處理器依據(jù)超級(jí)電容的電壓值來(lái)控制放電IGBT 41的閉合或斷開動(dòng)作，從而控制其所 在電路的通斷，進(jìn)行放電控制。如圖5所示，是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例的電路連接圖，其中，電容支路2是使用16 個(gè)相同型號(hào)的超級(jí)電容，均分為兩組，分別串聯(lián)后再并聯(lián)組成；在該圖中，放電二極管42的 目的是防止電池組1參與制動(dòng)能量回收、防止電容支路2直接對(duì)電池組1充電；在本實(shí)施例 中，還在放電二極管42的負(fù)極與放電IGBT 41之間串接一熔斷器43，該熔斷器43的目的是 避免電池組1參與電量輸出時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制失效，避免電池組1過(guò)載輸出而損壞電池 組1(此為第一種電池組輸出保護(hù)方式)；而放電IGBT 41的目的有三一是避免電容支路 2的電壓低于電池組1時(shí)，電池組1直接連通電容支路2而導(dǎo)致電池組1過(guò)載輸出；二是通 過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流檢測(cè)來(lái)判斷電池組1的輸出功率大小，若輸出功率過(guò)大，則通過(guò)IGBT 41切 斷電池組1輸出，從而避免電池組1過(guò)載輸出(此為第二種電池輸出保護(hù)方式)；第三個(gè)目 的是在電容支路2的電壓高于電池組1的最高電壓時(shí)切斷IGBT 41，以確保電池組1無(wú)過(guò)壓 風(fēng)險(xiǎn)。工作時(shí)，參考圖6所示，設(shè)電容支路2的工作電壓范圍為X-Y(V)，電池組1的工作 電壓范圍為x-z (V)，且Z < Y，在一般道路行駛工況下，電容支路2的端電壓值彡Z (V)，此時(shí) 電池組1不參與工作，放電開關(guān)管41斷開；當(dāng)處于特殊行駛工況時(shí)，電容支路2的端電壓值 ^ Z(V)，超級(jí)電容電壓檢測(cè)電路檢測(cè)電容支路2的電壓值送入放電處理器，由放電處理器 控制放電IGBT 41閉合(也即電壓預(yù)設(shè)值為Z)，使得電路接通，電池組1作為備用電源，與電容支路2 —起供電驅(qū)動(dòng)整車；此時(shí)，若電池BMS輸出電池故障信號(hào)，則立即控制IGBT 41 斷開電路。另外，由于電池組1會(huì)在特殊工況時(shí)參與電量輸出，因此其S0C會(huì)下降，同時(shí)參考 圖7所示，電池電壓檢測(cè)電路實(shí)時(shí)檢測(cè)電池組1的S0C參數(shù)，并送入充電處理器與預(yù)設(shè)值比 較，當(dāng)高于預(yù)設(shè)值時(shí)，充電IGBT 31動(dòng)作使得電路斷開，而當(dāng)?shù)陀陬A(yù)設(shè)值時(shí)，充電處理器會(huì) 控制充電IGBT 31和IGBT 51閉合，電路連通，此時(shí)電流經(jīng)過(guò)限流電路、整流電路、IGBT 51、 IGBT 31、充電二極管32，為電池組1充電(此時(shí)由于電池組1的儲(chǔ)存電量較多，因此僅有極 少部分電流進(jìn)入電容支路2)，當(dāng)然，此處也可外界充電設(shè)備，經(jīng)AC/DC轉(zhuǎn)換后為電池組1補(bǔ) 充電能。再請(qǐng)參考圖4與圖5所示，當(dāng)電池組1中電量不足時(shí)，還可采用另一種方式為其充 電，其是在電容支路2的輸入端與電池組1的輸入端之間連接一 DC/DC充電控制電路6，與 電池放電控制電路4形成并聯(lián)的關(guān)系，該DC/DC充電控制電路6可同時(shí)檢測(cè)電容支路2的 端電壓及電池組1的S0C，并在電容支路2的電壓較高時(shí)，進(jìn)行DC/DC轉(zhuǎn)換后給電池組1補(bǔ) 充電能，從而為超級(jí)電容進(jìn)一步騰出制動(dòng)能量回收空間。綜上所述，本發(fā)明一種用于混合動(dòng)力汽車的儲(chǔ)能系統(tǒng)，重點(diǎn)在于將電容支路2作 為主要的儲(chǔ)能部分，而電池組1作為備用儲(chǔ)能部分，并根據(jù)電容支路2的端電壓判斷是否控 制電池組1加入供電，有效結(jié)合了超級(jí)電容和電池的優(yōu)點(diǎn)，從而延長(zhǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用壽命。以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是 按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍 之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于混合動(dòng)力汽車的儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括至少一個(gè)由若干電池串聯(lián)而成的電池組和至少一條由若干超級(jí)電容串聯(lián)而成的電容支路，其特征在于還包括電池放電控制電路和電池充電控制電路，其中電池放電控制電路的輸入端連接所有電池組的輸入端，而輸出端連接所有電容支路的輸入端，所有電池組、電容支路的負(fù)極相連；電池充電控制電路的輸入端連接發(fā)電機(jī)的供電端，輸出端也連接至所有電池組的輸入端。
2 如權(quán)利要求1所述的一種用于混合動(dòng)力汽車的儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述電池放 電控制電路包括放電二極管、IGBT/接觸器、放電處理器及超級(jí)電容電壓檢測(cè)電路；放電二 極管的正極連接所有電池組的輸入端，負(fù)極連接IGBT/接觸器的一端，而IGBT/接觸器的另 一端連接所有電容支路的輸入端，而超級(jí)電容電壓檢測(cè)電路連接在電容支路的兩端，將檢 測(cè)的電壓值送入放電處理器，放電處理器在檢測(cè)電壓值低于預(yù)設(shè)值時(shí)控制IGBT/接觸器閉 合，使其所在電路連通。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種用于混合動(dòng)力汽車的儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述電 池放電控制電路還包括連接在所有電池組的輸入端與所有電容支路的輸入端之間的熔斷o
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于混合動(dòng)力汽車的儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述電池充 電控制電路包括充電二極管、IGBT/接觸器、充電處理器和電池電壓檢測(cè)電路；IGBT/接觸 器的一端連接發(fā)電機(jī)的供電端，另一端連接充電二極管的正極，而二極管的負(fù)極連接所有 電池組的輸入端，且電池電壓檢測(cè)電路與電池組連接，將檢測(cè)的S0C參數(shù)送入充電處理器， 當(dāng)S0C的測(cè)量值低于預(yù)設(shè)值時(shí)，充電處理器據(jù)其控制IGBT/接觸器閉合，使其所在電路連iM o
5.如權(quán)利要求1所述的一種用于混合動(dòng)力汽車的儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述儲(chǔ)能系 統(tǒng)還包括一控制電容支路為電池組充電的DC/DC充電控制電路，連接在電容支路的輸入端 與電池組的輸入端之間，并與電池放電控制電路并聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于混合動(dòng)力汽車的儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括至少一個(gè)由若干電池串聯(lián)而成的電池組和至少一條由若干超級(jí)電容串聯(lián)而成的電容支路，還包括電池放電控制電路和電池充電控制電路，其中電池放電控制電路的輸入端連接所有電池組的輸入端，而輸出端連接所有電容支路的輸入端，所有電池組、電容支路的負(fù)極相連；電池充電控制電路的輸入端連接發(fā)電機(jī)的供電端，輸出端也連接至所有電池組的輸入端。此種儲(chǔ)能系統(tǒng)可克服現(xiàn)有各種儲(chǔ)能裝置的缺陷，結(jié)合超級(jí)電容與電池的優(yōu)點(diǎn)，延長(zhǎng)整體的使用壽命。
文檔編號(hào)H02J7/34GK101867218SQ20101019194
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月17日
發(fā)明者房永強(qiáng), 林劍健, 林宜備 申請(qǐng)人:廈門金龍旅行車有限公司