一种超级电容和蓄电池混合动力系统及充电控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种超级电容和蓄电池混合动力系统及充电控制方法，属于混合动力系统技术领域。本发明专利技术系统包括：超级电容阵列、蓄电池阵列、并行充放电DC/DC变换器、超级电容并行母线和蓄电池并行母线，其充电控制方法包括：蓄电池串行充电控制方法和超级电容并行充电控制方法。本发明专利技术由超级电容提供突发性功率，蓄电池主要以恒流放电补充超级电容的功率输出，避免突发性功率造成蓄电池容量衰减，延长蓄电池的使用寿命。池的使用寿命。池的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种超级电容和蓄电池混合动力系统及充电控制方法


[0001]本专利技术涉及混合动力系统
，并且更具体地，涉及一种超级电容和蓄电池混合动力系统及充电控制方法。

技术介绍

[0002]近年燃油需求量不断大幅度上涨，大气污染也日趋严重，尤其是汽车排放产生的CO2量不断增加，已经引起全球气候的反常变化，能源枯竭和环境污染已成为当今社会亟需解决的问题，发展电动汽车是缓解这一问题最直接有效的方法，电动汽车虽然在环保、节能、清洁等方面占据着明显优势，却也有不少缺点，从某种意义说电动汽车的成败首先取决于电池技术。
[0003]超级电容具有功率密度大、充放电效率高和循环寿命长的特点，适宜反复充放电和大电流充放电使用，满足电动汽车启动、加速和爬坡等突发性功率需求，但目前存在单体容量偏低、参数离散性大的问题，不能直接并联运行，若不采用均衡技术，也无法串联运行，难以组成大容量的超级电容组。
[0004]锂电池的能量密度大，可以将大量单体电池串、并联组成大容量电池组，满足电动汽车持续性功率需求，但锂电池存在大电流放电导致循环寿命衰减的问题。锂电池大量使用时，由于单体容量的差异，容量最小的电池率先放净或充满后，将限制其他电池的继续充电或放电，为了避免这个问题，就要采用主动均衡技术。电动汽车内的锂电池数量众多，为了简化管理，通常采用先并联，后串联的连接方式，但并联后电池的端电压相同，限制了均衡技术对单体电池的应用；而且，为了避免电池并联后的环流，要进行程序复杂的电池筛选，将参数一致的电池并联在一起，但长期使用后，仍无法避免环流造成的容量损耗和寿命缩减。
[0005]现有技术是将超级电容(SC)串联组成超级电容组，锂电池先并联后串联组成锂电池组。在超级电容组和锂电池组的连接方式上，有直接并联和通过电感并联的无源连接方式，有通过功率变换器并联的有源连接方式。直接并联和无源连接方式已被淘汰，锂电池通过功率变换器与超级电容并联的Bat/UC结构，不利于持续性功率输出，超级电容通过功率变换器与锂电池并联的UC/Bat结构，不利于突发性功率输出。

技术实现思路

[0006]针对上述问题本专利技术提出了一种超级电容和蓄电池混合动力系统，所述系统包括：
[0007]超级电容阵列、蓄电池阵列、并行充放电DC/DC变换器、超级电容并行母线和蓄电池并行母线；
[0008]所述超级电容阵列包括g
×
h个超级电容单元，其中，g为所述超级电容阵列的行数，h为所述超级电容阵列的列数，g和h可以为任意整数；
[0009]所述蓄电池阵列包括i
×
j个蓄电池单元，其中，i为所述蓄电池阵列的行数，j为所
述蓄电池阵列的列数，i和j可以为任意整数；
[0010]所述并行充放电DC/DC变换器包括g个超级电容端口和i个蓄电池端口，为具有g+i个输出/输入端口的隔离式DC/DC变换器；
[0011]g个所述并行充放电DC/DC变换器的所述超级电容端口分别与g条所述超级电容并行母线相连，每条所述超级电容并行母线与所述超级电容阵列中每行的h个所述超级电容单元的并行端口相连；
[0012]i个所述并行充放电DC/DC变换器的所述蓄电池端口分别与i条所述蓄电池并行母线相连，每条所述蓄电池并行母线与所述蓄电池阵列中每行的j个所述蓄电池单元的并行端口相连。
[0013]可选的，并行充放电DC/DC变换器由g+i个端口的双向全桥移相式DC/DC变换电路共享一个单磁路、g+i个绕组的高频变压器组成。
[0014]可选的，超级电容单元包括1个串行端口和1个所述并行端口；
[0015]其中，g个所述超级电容单元的串行端口串联组成超级电容单元串，h个所述超级电容单元串并联组成所述超级电容阵列。
[0016]可选的，超级电容单元包括1个超级电容和1个串并联变换单元；
[0017]所述串并联变换单元包括1个非隔离式DC/DC变换器和1个电容；
[0018]所述超级电容单元中所述非隔离式DC/DC变换器包括1个超级电容端口和1个母线端口；
[0019]所述超级电容的两端与所述超级电容单元中所述非隔离式DC/DC变换器的所述超级电容端口相连；
[0020]所述电容的两端与所述超级电容单元中所述非隔离式DC/DC变换器的所述母线端口相连；
[0021]所述超级电容的两端成为所述超级电容单元的串行端口，所述超级电容单元中所述非隔离式DC/DC变换器的所述母线端口成为所述超级电容单元的所述并行端口。
[0022]可选的，串并联变换单元中所述非隔离式DC/DC变换器为非隔离式Buck/Boost双向半桥DC/DC变换器。
[0023]可选的，蓄电池单元包括1个串行端口和1个所述并行端口；
[0024]其中，i个所述蓄电池单元的所述串行端口串联组成蓄电池单元串，j个所述蓄电池单元串并联组成所述蓄电池阵列；
[0025]j个所述蓄电池单元串汇接至蓄电池阵列串行充电回路后，连接至充电机。
[0026]可选的，蓄电池单元包括1个蓄电池和1个串并联变换单元；
[0027]所述串并联变换单元包括1个非隔离式DC/DC变换器和1个电容；
[0028]所述蓄电池单元中所述非隔离式DC/DC变换器包括1个蓄电池端口和1个母线端口；
[0029]所述蓄电池的两端与所述蓄电池单元中所述非隔离式DC/DC变换器的所述蓄电池端口相连；
[0030]所述电容的两端与所述蓄电池单元中所述非隔离式DC/DC变换器的所述母线端口相连；
[0031]所述蓄电池的两端成为所述蓄电池单元的串行端口，所述蓄电池单元中所述非隔
离式DC/DC变换器的所述母线端口成为所述蓄电池单元的所述并行端口。
[0032]可选的，串并联变换单元中所述非隔离式DC/DC变换器为非隔离式Buck/Boost双向半桥DC/DC变换器。
[0033]本专利技术还提出了一种对上述系统进行蓄电池串行充电的控制方法，电池管理系统参与充电控制，包括：
[0034]S1.启动超级电容和蓄电池混合动力系统，当蓄电池并行母线的电压U2达到初始工作电压U
02
后，启动充电机；
[0035]S2.电池管理系统设置充电机对超级电容和蓄电池混合动力系统内蓄电池阵列的串行充电电流I
TBa
；
[0036]S3.电池管理系统设置超级电容和蓄电池混合动力系统内蓄电池阵列中每个蓄电池单元的非隔离式DC/DC变换器的蓄电池端口的均衡电流I
Ba
；
[0037]S4.并行充放电DC/DC变换器维持各条蓄电池并行母线电压U2相同；
[0038]S5.若各条蓄电池并行母线的平均电压U
A2
高于蓄电池并行母线的初始工作电压U
02
，电池管理系统降低蓄电池阵列的串行充电电流I
TBa
；
[0039]S6.若各条蓄电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超级电容和蓄电池混合动力系统，所述系统包括：超级电容阵列、蓄电池阵列、并行充放电DC/DC变换器、超级电容并行母线和蓄电池并行母线；所述超级电容阵列包括g
×
h个超级电容单元，其中，g为所述超级电容阵列的行数，h为所述超级电容阵列的列数，g和h可以为任意整数；所述蓄电池阵列包括i
×
j个蓄电池单元，其中，i为所述蓄电池阵列的行数，j为所述蓄电池阵列的列数，i和j可以为任意整数；所述并行充放电DC/DC变换器包括g个超级电容端口和i个蓄电池端口，为具有g+i个输出/输入端口的隔离式DC/DC变换器；g个所述并行充放电DC/DC变换器的所述超级电容端口分别与g条所述超级电容并行母线相连，每条所述超级电容并行母线与所述超级电容阵列中每行的h个所述超级电容单元的并行端口相连；i个所述并行充放电DC/DC变换器的所述蓄电池端口分别与i条所述蓄电池并行母线相连，每条所述蓄电池并行母线与所述蓄电池阵列中每行的j个所述蓄电池单元的并行端口相连。2.根据权利要求1所述的系统，所述并行充放电DC/DC变换器由g+i个端口的双向全桥移相式DC/DC变换电路共享一个单磁路、g+i个绕组的高频变压器组成。3.根据权利要求1所述的系统，所述超级电容单元包括1个串行端口和1个所述并行端口；其中，g个所述超级电容单元的串行端口串联组成超级电容单元串，h个所述超级电容单元串并联组成所述超级电容阵列。4.根据权利要求1所述的系统，所述超级电容单元包括1个超级电容和1个串并联变换单元；所述串并联变换单元包括1个非隔离式DC/DC变换器和1个电容；所述超级电容单元中所述非隔离式DC/DC变换器包括1个超级电容端口和1个母线端口；所述超级电容的两端与所述超级电容单元中所述非隔离式DC/DC变换器的所述超级电容端口相连；所述电容的两端与所述超级电容单元中所述非隔离式DC/DC变换器的所述母线端口相连；所述超级电容的两端成为所述超级电容单元的串行端口，所述超级电容单元中所述非隔离式DC/DC变换器的所述母线端口成为所述超级电容单元的所述并行端口。5.根据权利要求4所述的系统，所述串并联变换单元中所述非隔离式DC/DC变换器为非隔离式Buck/Boost双向半桥DC/DC变换器。6.根据权利要求1所述的系统，所述蓄电池单元包括1个串行端口和1个所述并行端口；其中，i个所述蓄电池单元的所述串行端口串联组成蓄电池单元串，j个所述蓄电池单元串并联组成所述蓄电池阵列；j个所述蓄电池单元串汇接至蓄电池阵列串行充电回路后，连接至充电机。7.根据权利要求1所述的系统，所述蓄电池单元包括1个蓄电池和1个串并联变换单元；所述串并联变换单元包括1个非隔离式DC/DC变换器和1个电容；
所述蓄电池单元中所述非隔离式DC/DC变换器包括1个蓄电池端口和1个母线端口；所述蓄电池的两端与所述蓄电池单元中所述非隔离式DC/DC变换器的所述蓄电池端口相连；所述电容的两端与所述蓄电池单元中所述非隔离式DC/DC变换器的所述母线端口相连；所述蓄电池的两端成为所述蓄电池单元的串行端口，所述蓄电池单元中所述非隔离式DC/DC变换器的所述母线端口成为所述蓄电池单元的所述并行端口。8.根据权利要求7所述的系统，所述串并联变换单元中所述非隔离式DC/DC变换器为非隔离式Buck/Boost双向半桥DC/DC变换器。9.一种对权利要求1
‑
8所述系统的任意一种系统进行蓄电池串行充电的控制方法，电池管理系统参与充电控制，包括：S1.启动超级电容和蓄电池混合动力系统，当蓄电池并行母线的电压U2达到初始工作电压U
02
后，启动充电机；S2.电池管理系统设置充电机对超级电容和蓄电池混合动力系统内蓄电池阵列的串行充电电流I
TBa
；S3.电池管理系统设置超级电容和蓄电池混合动力系统内蓄电池阵列中每个蓄电池单元的非隔离式DC/DC变换器的蓄电池端口的均衡电流I
Ba
；S4.并行充放电DC/DC变换器维持各条蓄电池并行母线电压U2相同；S5.若各条蓄电池并行母线的平均电压U
A2
高于蓄电池并行母线的初始工作电压U
02
，电池管理系统降低蓄电池阵列的串行充电电流I
TBa
；S6.若各条蓄电池并行母线的平均电压U
A2
低于蓄电池并行母线的初始工作电压U
02
，电池管理系统增大蓄电池阵列的串行充电电流I
TBa
。10.根据权利要求9所述的方法，所述S2至S6可循环运行或并行运行。11.一种对权利要求1
‑
8所述系统的任意一种系统进行超级电容并行充电的控制方法，所述系统安置于电动汽车中，电动汽车的整车控制系统及电池管理系统参与充电控制，包括：L1.启动超级电容和蓄电池混合动力系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵梦欣，殷禹，张书琦，毕建刚，余伟成，孙倩，谢望媛，陈颖翠，劳斯佳，叶美玲，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：