一種串聯(lián)式能量供應(yīng)系統(tǒng)及車輛的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種能量供應(yīng)系統(tǒng)及車輛，具體地，涉及一種特別適合應(yīng)用于電動(dòng)車輛的能量供應(yīng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)汽車中最常見的復(fù)合電源是將超級(jí)電容器與蓄電池結(jié)合構(gòu)成復(fù)合電源系統(tǒng)，可以提高電源系統(tǒng)的短時(shí)高功率輸出能力，同時(shí)也具備持久的動(dòng)力性能。通過超級(jí)電容器與電池的組合，充分發(fā)揮了超級(jí)電容器的高功率密度和電池的高能量密度的優(yōu)勢(shì)，滿足混合動(dòng)力汽車在爬坡加速、啟動(dòng)過程中提供強(qiáng)勁的動(dòng)力。目前，受限于蓄電池的開發(fā)技術(shù)，還沒有能夠應(yīng)用于電動(dòng)汽車的集高能量和高輸出功率的蓄電池，普遍的做法是使用的超級(jí)電容與蓄電池的復(fù)合電源，為了配合車輛的需求，提供短時(shí)大功率輸出，超級(jí)電容要求提供短時(shí)大電流輸出。但是目前超級(jí)電容和蓄電池的配置方式非常單一，二者之間通過DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行能量輸出和交換，進(jìn)而輸出到負(fù)載電動(dòng)機(jī)端。無論是以何種方式進(jìn)行電源的匹配，目前的主要目標(biāo)都是結(jié)合蓄電池和超級(jí)電容的優(yōu)勢(shì)，在驅(qū)動(dòng)車輛行駛方面得到性能優(yōu)異的能量供應(yīng)源，但是能源的多樣化利用卻并未被涉及。傳統(tǒng)車輛一般對(duì)低壓電氣系統(tǒng)配備有專門的24V低壓蓄電池，供應(yīng)車輛空調(diào)、轉(zhuǎn)向等設(shè)備。但是對(duì)于混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車，當(dāng)已經(jīng)配有蓄電池時(shí)，再配備蓄電池會(huì)增加車輛成本，對(duì)車內(nèi)空間和電氣設(shè)計(jì)也會(huì)造成限制。如果能夠利用蓄電池，發(fā)揮蓄電池多種用途，在驅(qū)動(dòng)車輛的間隙或同時(shí)給車內(nèi)空調(diào)等設(shè)備供電，將節(jié)省車輛成本，使車輛內(nèi)部設(shè)計(jì)更靈活。
[0003]此外，在需要滿足低壓大電流輸出的場(chǎng)合，大容量的超級(jí)電容器意味著需要匹配大功率DC-DC轉(zhuǎn)換器，大功率雙向DC-DC變換器在電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能系統(tǒng)、電能質(zhì)量調(diào)節(jié)、可再生能源發(fā)電以及超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在追求大功率的同時(shí)，也在不斷想辦法縮小設(shè)備的體積，以換取更優(yōu)質(zhì)的性能。如能同時(shí)滿足設(shè)計(jì)要求，又能降低部件成本，降低系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，將能夠極大地推動(dòng)行業(yè)的發(fā)展。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]為了解決現(xiàn)有混合動(dòng)力車輛和電動(dòng)車輛中蓄電電源用途單一、DC/DC轉(zhuǎn)換器體積過大、成本過高、能量轉(zhuǎn)化效率低、潛在故障危險(xiǎn)大等問題，本實(shí)用新型提供了一種能量供應(yīng)系統(tǒng)，針對(duì)混合動(dòng)力車輛和電動(dòng)車輛中電能供應(yīng)提出靈活的解決方案。另一方面，本實(shí)用新型能量供應(yīng)系統(tǒng)將高密度能源拆分成較小能量組，能夠降低能源系統(tǒng)故障時(shí)的危害程度，同時(shí)，通過使用多個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器，將DC-DC轉(zhuǎn)換器的工作電壓降低，提高DC-DC轉(zhuǎn)換器工作頻率，進(jìn)而提高DC-DC轉(zhuǎn)換器工作效率，保障負(fù)載安全穩(wěn)定運(yùn)行。具體方案如下:
[0005]—種串聯(lián)式能量供應(yīng)系統(tǒng)，具備多個(gè)串聯(lián)的一級(jí)直流儲(chǔ)能器和多個(gè)串聯(lián)的二級(jí)直流儲(chǔ)能器，所述多個(gè)一級(jí)直流儲(chǔ)能器通過隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器一對(duì)一地與所述多個(gè)二級(jí)直流儲(chǔ)能器連接，所述串聯(lián)的一級(jí)直流儲(chǔ)能器回路連接第一負(fù)載，所述串聯(lián)的二級(jí)直流儲(chǔ)能器回路連接第二負(fù)載。
[0006]上述DC-DC轉(zhuǎn)換器包含至少I個(gè)開關(guān)器件以及至少I個(gè)線圈裝置。
[0007]作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器全部為升壓型轉(zhuǎn)換器。或者，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器中全部為升降壓型轉(zhuǎn)換器。
[0008]所述一級(jí)直流儲(chǔ)能器為能量型儲(chǔ)能器，所述二級(jí)直流儲(chǔ)能器為功率型儲(chǔ)能器。進(jìn)一步地，所述一級(jí)直流儲(chǔ)能器是蓄電池，所述二級(jí)直流儲(chǔ)能器是超級(jí)電容。
[0009]此外，提供一種車輛，包括電動(dòng)機(jī)及電動(dòng)空調(diào)，用于驅(qū)動(dòng)所述車輛；還包括具備多個(gè)串聯(lián)的蓄電池和多個(gè)串聯(lián)的超級(jí)電容器，所述蓄電池通過隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器一對(duì)一地與所述超級(jí)電容器連接，所述串聯(lián)的蓄電池回路連接所述電動(dòng)空調(diào)，所述串聯(lián)的超級(jí)電容器回路連接所述電動(dòng)機(jī)。
[0010]一種實(shí)施方式下，所述蓄電池設(shè)置有可充電接口，用于連接外部電網(wǎng)。所述可充電接口通過三相整流模塊連接至所述蓄電池。
[0011]基于上述的車輛，還包括整車控制器與能源管理器，以及設(shè)置于蓄電池和超級(jí)電容的監(jiān)測(cè)裝置，所述能源管理器與所述DC-DC轉(zhuǎn)換器連接，所述監(jiān)測(cè)裝置與所述整車控制器通信，所述整車控制器與所述能源管理器通信。
[0012]本實(shí)用新型應(yīng)用于電動(dòng)車輛具有以下有益效果:
[0013]1.拓展了蓄電池的應(yīng)用范圍，通過本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)蓄電池不僅可以進(jìn)行車輛驅(qū)動(dòng)，還可以在閑置期間用于給車輛其它附件供電，如電動(dòng)空調(diào)、散熱風(fēng)扇、各種低壓電氣設(shè)備等;
[0014]3.根據(jù)需要配備DC-DC的數(shù)量，使大功率DC-DC轉(zhuǎn)換器拆分成低功率小單元，提高工作效率，增加散熱性能。
[0015]2.系統(tǒng)可拓展性強(qiáng)，能夠在蓄電池上設(shè)置充電接口，當(dāng)電池電量低時(shí)可以通過外部電網(wǎng)給電池充電。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型涉及的能量供應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本實(shí)用新型涉及的車輛供能結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面，參照形成本說明書的一部分的附圖來更詳細(xì)地說明本實(shí)用新型的實(shí)施方式。在所有附圖中對(duì)同一或類似的部分附加同一參照標(biāo)記并省略說明。以下實(shí)施例分別以本實(shí)用新型復(fù)合電源應(yīng)用于電動(dòng)汽車為例，并不代表本實(shí)用新型的應(yīng)用僅限于電動(dòng)汽車領(lǐng)域，凡是使用本實(shí)用新型原理的任何應(yīng)用都落入本實(shí)用新型應(yīng)用范圍內(nèi)。本說明書中對(duì)直流儲(chǔ)能器的描述，其中“一個(gè)”直流儲(chǔ)能器表示具有一個(gè)正接線柱和一個(gè)負(fù)接線柱引出引線以連接“一個(gè)”直流儲(chǔ)能器以外的其它裝置的單個(gè)直流儲(chǔ)能器。以蓄電池為例，該“一個(gè)”直流儲(chǔ)能器(蓄電池)可能包含I個(gè)或者I個(gè)以上的多個(gè)不可拆分的電池單元；而超級(jí)電容器表示包括相互耦合的多個(gè)電容器單元的電容器，其中電容器單元可各自具有大于500法拉的電容。本文所使用的術(shù)語“蓄電池”描述可以實(shí)現(xiàn)大約lOOW-hr/kg或更大能量密度的高比能量蓄電池或高能量密度蓄電池(例如鋰離子、鈉金屬鹵化物、鈉-氯化鎳、鈉硫或鋅空氣蓄電池)。
[0019]參考圖1的能量供應(yīng)系統(tǒng)，具備多個(gè)串聯(lián)的一級(jí)直流儲(chǔ)能器和多個(gè)串聯(lián)的二級(jí)直流儲(chǔ)能器，所述多個(gè)一級(jí)直流儲(chǔ)能器通過隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器一對(duì)一地與所述多個(gè)二級(jí)直流儲(chǔ)能器連接，所述串聯(lián)的一級(jí)直流儲(chǔ)能器回路連接第一負(fù)載，所述串聯(lián)的二級(jí)直流儲(chǔ)能器回路連接第二負(fù)載。
[0020]根據(jù)本實(shí)用新型的目的，上述的二級(jí)直流儲(chǔ)能器最有可能被配置為功率型的儲(chǔ)電裝置，比如超級(jí)電容器，能夠充分回收負(fù)載在制動(dòng)期間所產(chǎn)生的能量；而上述的一級(jí)直流儲(chǔ)能器最有可能被配置為能量型儲(chǔ)電裝置，比如蓄電池/蓄電池裝置，能夠在二級(jí)直流儲(chǔ)能器電量低不足以維持負(fù)載工作期間向二級(jí)直流儲(chǔ)能器供電。所以，在上述情況指引下，上述任意的一級(jí)直流儲(chǔ)能器輸出功率一般小于上述任意的二級(jí)直流儲(chǔ)能器輸出功率，上述任意一級(jí)直流儲(chǔ)能器電量大于所述任意二級(jí)直流儲(chǔ)能器電量。
[0021]上述的第一負(fù)載最有可能是車載電動(dòng)空調(diào)電動(dòng)機(jī)，或者混合動(dòng)力車輛的散熱風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)裝置，連接蓄電池/蓄電池裝置，由蓄電池向第一負(fù)載提供電能；第二負(fù)載是用于車輛驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，連接超級(jí)電容裝置，在車輛依靠電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)行駛過程中向電動(dòng)機(jī)提供電能。所述DC-DC轉(zhuǎn)換器包含至少I個(gè)開關(guān)器件以及至少I個(gè)線圈裝置。這是能夠完成轉(zhuǎn)換器功能的DC-DC轉(zhuǎn)換器的最小單元，當(dāng)然，在完成其功能的前提下，可能具備多個(gè)開關(guān)器件或者線圈，以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的功能。蓄電池與超級(jí)電容之間通過DC-DC轉(zhuǎn)換器一對(duì)一地相連接，且兩個(gè)以上超級(jí)電容串聯(lián)后連接車輛驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)，進(jìn)行能量輸出。該供能系統(tǒng)中還可能設(shè)置有能源管理器，與各個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器相連接，控制DC-DC轉(zhuǎn)換器中開關(guān)的通斷。對(duì)于本實(shí)用新型供能系統(tǒng)，需要特別注意的是控制系統(tǒng)中各DC-DC轉(zhuǎn)換器的同步，以使各二級(jí)供能裝置同時(shí)接受來自一級(jí)供能裝置的能量，以免在二級(jí)供能裝置串聯(lián)電路上形成大的電壓波動(dòng)，造成供能裝置損壞。在其中一個(gè)實(shí)施例中，可以通過在能