车辆混合能量系统技术方案

一种适合于在具有电气化传动系统的车辆中使用的混合能量存储系统，包括第一能量存储模块和不同于第一能量存储模块的第二能量存储模块。第一能量存储模块与第二能量存储模块可具有不同的单元配置、单元化学成分、单元数量、控制器或其它特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及能量存储系统。更特别而言，本专利技术涉及用于电动车辆和混合电动车辆的能量存储系统，特别是涉及一种适合于在具有完全或部分电气化传动系统的车辆以及诸如住宅电气的其它应用中使用的混合能量存储系统。
技术介绍
为电动车辆或混合电动车辆的电气化传动系统设计电能存储系统带来了重大的挑战。主要是作为单一化学成分的铅酸、镍金属氢化物、锂等的现有车辆电能存储系统是不足的。比如在小型应用如消费电子装置中采用的其它电能存储技术可能会告知为电气化传动系统设计能量存储系统留下了许多问题未解决。对适合于例如消费电子装置的电池结构(即，化学成分、单元配置、构造、尺寸和形状)的提议可能不会作出调整来为车辆能量存储系统设计者提供解决方案。 包括车辆环境中的单元和模块鲁棒性、安全性、老化、寿命、热效应、材料/货架期、抗冲击性和抗振性以及一般适用性在内的设计问题全部开始发生作用。还存在系统规模的问题。消费电子装置中的负载要求可能在微安或毫安范围内，其中功率传递小于1瓦。电气化传动系统可能要求在300-400伏和显著更高的负载电流下有5-30千瓦小时范围内的功率传递。车辆环境亦是使系统经受极端温度、变化的温度范围、冲击和振动、当然还有碰撞的极端使用环境。包括初始安装和未来更换在内的费用也是要关心的。材料的选择和使用应该鉴于耐久性而进行，即，使用基本上丰富且可再使用的材料。 电动车辆(EV)、混合电动车辆(HEV)或插入式混合电动车辆(PHEV)的典型能量存储/电池系统局限于单一化学成分和单元架构。为了满足车辆可能经历的多种多样的工作条件，设计者必然在选择电池系统时作出折衷。由此产生的缺点是并非最佳的能量传递、体积尺寸、重量和工作复杂性(单元的数量和配置、单元的正常和故障状态监视等)。
技术实现思路
根据这里描述的专利技术的实施例，用于纯电气化车辆(EV)或部分电气化车辆(如HEV)的电能存储方案能够通过提供多种活性化学成分的单元/电池、充分利用每种单独活性化学成分的各种优良性能来响应于多种多样的工作条件。不限制本专利技术的一般性并为了帮助理解本专利技术，使用以下术语。单个单元是能量存储装置的最小单位，包括正电极、负电极和电解质。正电极和负电极包含负责主反应的活性化学品以及用以提高总体单元性能的添加剂。电池/模块可包括并联或串联布置的一个或多个单元。通过不同的模块，混合电池系统可包含两种或更多种活性化学成分，以适应例如极高/极低温度、急剧加速或可变速度等。模块是指呈各种组装配置的串联/并联电池/单元所构成的子系统。不同的活性化学成分具有它们自己的最佳工作条件。 在本专利技术的示例实施例中，电混合功率源利用了两种不同活性化学成分的电池模块，每个电池模块可包括一个或多个单元。然而，本专利技术不只限于两种不同化学成分。电池4模块中的单元可以是重量能量高并且内阻随时间的推移相对低和稳定的初级(不可再充电的)单元或次级(可再充电的)单元。这两个模块可通过充电控制电路串联或并联布置。充电控制电路监视车辆行驶条件所需的功率分布和工作温度，然后基于电池模块的电流、电压、能量和工作温度范围、以优化总体系统输出的方式来确定使哪个模块生效或者使这两个模块都生效。 本专利技术的实施例提供了在整个工作期间最大化行驶距离的可能性。当在低负荷状态下驱动电动车辆时，驱动电动机所需的电功率主要从电池组中较高能量的电池提供，以最大化行驶距离。当电动车辆的负荷增大而需要更大的功率时，使用较高功率的电池。 本专利技术的实施例还提供了最大化工作温度条件的可能性。当例如环境温度改变时，使用在该条件下具有优良性能的电池。 本专利技术的实施例还提供了这样的可能性通过利用从总是产生恒定输出功率的高重量能量(Wh/kg)电池提供的电功率对高重量功率(W/kg)电池充电，从而延长混合电池系统的寿命、同时适应对从低负荷到高负荷的宽范围输出功率特性的要求。当负荷波动大时使用高功率电池的电功率来驱动车辆，而使用能够在长时间内维持恒定输出的高能量电池的电功率来驱动负荷波动小的辅助机器。这样，可延长可能的行驶距离并且可减小电功率系统的尺寸。此外，该电功率系统可响应于从低负荷到高负荷的宽范围输出功率要求，并且可改善驱动特性。 在下面对本专利技术的详细说明和附图中，描述本专利技术的众多优点和新颖特征。附图说明 图1是包括电气化传动系统和关联的电能存储系统的车辆的示意图。 图2是根据本专利技术实施例的包括第一能量存储模块和第二能量存储模块的电能存储系统的示意图。 图3是能量存储模块的示意图，其图示了构成该能量存储模块的各个电池单元。 图4是能量存储模块的示意图，其图示了构成该能量存储模块的各个电池单元。 图5是能量存储模块的示意图，其图示了构成该能量存储模块的各个电池单元。具体实施例方式通过放弃单一架构的存储系统而采用混合方法，可显著改善电动车辆(EV)、混合电动车辆(HEV)和插入式混合电动车辆(PHEV)应用的能量存储系统性能。混合能量存储系统可一般地理解为包含两种或更多种不同能量存储结构的系统。例如，混合能量存储系统可包含两种不同电池化学成分和对应的单元配置。通过优化混合能量存储系统，可减小总体尺寸、重量、单元数量和控制复杂度，并改善能量传递和系统寿命。能量存储系统具有多个模块。模块可包括具有比如单元配置、单元化学成分、控制件等特定特性的一组单元。将不同类型的模块相组合可允许在更宽范围的工作条件内改善能量传递。例如，一个模块对于短持续时间、高负荷条件可能是最优的，而另一个模块对于长持续时间、低负荷条件可能是最优的。合起来，该系统可更好地满足电气化传动系统的能量需求。 图1是包含电气化传动系统12(尤其是混合电气化传动系统)的车辆10的示意图。本专利技术的实施例可应用于包含完全电气化(EV)或部分电气化(HEV)传动系统(包括插入式电气化传动系统)的几乎任何车辆。仅以本专利技术实施例的一个可能的简单实施方式图示和描述了车辆10。应当理解，车辆10和电气化传动系统12的众多其它配置也是可能的。例如，42和44不限于安装在同一车厢中。它们可布置在不同的地点，使得目标电子装置如空调、直流电动机等可更容易接近它们。 电气化传动系统12包括耦合到变速传动机构15和牵引电动机16的内燃机14以通过推进轴20驱动车辆10的前轮18。传动机构15和牵引电动机16耦合到控制器22，控制器22响应于来自可由驾驶员接近的加速控制件24和制动控制件26的输入。尽管图1描绘了耦合到传动机构15的单个牵引电动机16，但是也可使用多个牵引电动机，例如，每个都与车轮18关联的电动机。如图1所示，可提供牵引电动机28来通过推进轴32驱动后轮30，牵引电动机28耦合到控制器22。电气化传动系统12的可替选配置可通过传动机构15和牵引电动机16提供后轮30的主驱动，通过变速传动机构和牵引电动机提供前轮18和后轮30的驱动以及前轮18和/或后轮30的各种组合驱动。 电能从混合能量存储系统40经由控制器22提供给牵引电动机16和牵引电动机28 (如果提供的话)。根据本专利技术的实施例，混合能量存储系统40包括多个能量存储模块，图示了两个能量存储模块42和44。混合能量存储系统40可包含两个以上的能量存储模块。模块可以是具有单元配置、单元化学成分、控制件等特定特性的一组单元。 通过在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能够在具有部分或完全电气化传动系统的车辆中使用的混合能量存储系统，所述混合能量存储系统包括：　　第一能量存储模块和第二能量存储模块，所述第一能量存储模块不同于所述第二能量存储模块，所述模块包括一个单元或具有比如单元配置、单元化学成分、控制件等共同特定特性的一组单元，所述系统包含两个不同的模块，从而使所述系统包括不同的电化学成分、配置、控制件等。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-3-30 60/909,395一种能够在具有部分或完全电气化传动系统的车辆中使用的混合能量存储系统，所述混合能量存储系统包括第一能量存储模块和第二能量存储模块，所述第一能量存储模块不同于所述第二能量存储模块，所述模块包括一个单元或具有比如单元配置、单元化学成分、控制件等共同特定特性的一组单元，所述系统包含两个不同的模块，从而使所述系统包括不同的电化学成分、配置、控制件等。2. 根据权利要求1所述的混合能量系统，其中所述第一能量模块包含由第一组活性材料制成的电池，且所述第二能量模块包含由第二组活性材料制成的电池。3. 根据权利要求1所述的混合能量存储系统，其中所述第一能量存储模块能与所述第二能量存储模块耦合以提供耦合到所述电气化传动系统的单个输出。4. 根据权利要求1所述的混合能量存储系统，其中所述第一能量存储模块具有第一单元配置，且所述第二能量存储模块具有第二单元配置，所述第一单元配置不同于所述第二单元配置，所述单元配置是指单元的形状因子和容量。5. 根据权利要求5所述的混合能量存储系统，其中所述第一单元化学成分和所述第二单元化学成分选自于包括镍金属氢化物(Ni-MH)和锂离子的组。6. 根据权利要求1所述的混合能量存储系统，其中所述第一能量存储模块包括第一多个电池单元，且所述第二能量存储模块包括第二多个电池单元，所述第二多个电池单元在配置和数量上不同于所述第一多个电池单元。7. 根据权利要求1所述的混合能量存储系统，其中所述第一能量存储模块包括多个电池，且所述第二能量存储模块包括多个电容器。8. 根据权利要求1所述的混合能量存储系统，其中所述混合能量存储系统具有目标参数，所述第一能量存储模块和所述第二能量存储模块是基于所述目标参数而优化的。9. 根据权利要求1所述的混合能量存储系统，其中所述目标参数包括功率分布、单元外形、单元体积、单元质量、容量衰减、寿命、能量、加权功率、体积能量、体积功率、加权体积功率、重量能量、加权重量能量或放电速率。10. 根据权利要求1所述的混合能量存储系统，其中所述目标参数包括用户指定的参数。11. 根据权利要求1所述的混合能量存储系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：安玛丽萨斯特里，金伯利A库克谢诺尔特，王志为，法比奥阿尔巴诺，
申请(专利权)人：密执安州立大学董事会，
类型：发明
国别省市：US[美国]