專利名稱：一種混合動(dòng)力車輛能量管理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬混合電動(dòng)車輛電力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電能儲(chǔ)能裝置及輔助動(dòng)力裝置間能量 流管理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
帶有電驅(qū)動(dòng)裝置的混合動(dòng)力及純電動(dòng)車輛是未來(lái)新能源汽車的重要發(fā)展方向。電 動(dòng)車輛節(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，特別是不同種類儲(chǔ)能裝置的儲(chǔ)能和釋放的優(yōu)化配置。電動(dòng)車輛中最常用的儲(chǔ)能裝置是 動(dòng)力蓄電池組和超級(jí)電容，一般動(dòng)力電池作為主要的電能儲(chǔ)存裝置而超級(jí)電容用于車輛起 步或制動(dòng)能量回收等瞬間大電流充放電的車輛運(yùn)行工況。現(xiàn)有的做法是將動(dòng)力電池與超級(jí) 電容直接并聯(lián)搭接在車輛動(dòng)力線上，這樣的做法削弱了超級(jí)電容大電流充放電能力，而為 達(dá)到與獨(dú)立使用超級(jí)電容的效果就必須增大超級(jí)電容的容量，這使得成本和體積都大為增 加。曾有人采用大電流繼電器將超級(jí)電容和動(dòng)力電池分別搭接到電力線上，通過(guò)控制繼電 器來(lái)確定超級(jí)電容和動(dòng)力電池在不同車輛工況的使用。但是由于車輛制動(dòng)是無(wú)預(yù)警隨機(jī)發(fā) 生于瞬間，繼電器對(duì)超級(jí)電容的控制響應(yīng)時(shí)間遠(yuǎn)達(dá)不到實(shí)際要求，導(dǎo)致繼電器觸點(diǎn)燒毀且 超級(jí)電容吸收能量不足，因此無(wú)法推廣使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)如上所述現(xiàn)有帶有電驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力車輛主要儲(chǔ)能器件超級(jí)電容和動(dòng) 力蓄電池的特性，設(shè)計(jì)一種可由車輛控制器對(duì)整車電能進(jìn)行優(yōu)化管理的方法，在減小超級(jí) 電容容量的情況下，避免過(guò)大的車輛制動(dòng)回饋電流使動(dòng)力電池過(guò)充電，從而延長(zhǎng)動(dòng)力電池 的使用壽命，達(dá)到經(jīng)濟(jì)與節(jié)能的雙重效果。如附圖所示，本發(fā)明與傳統(tǒng)的系統(tǒng)連接方式不同之處在于超級(jí)電容組件(2)和 動(dòng)力電池組件(3)不是直接連接到電力總線(Power BUS)，而是通過(guò)絕緣柵雙極型功率管 IGBT和二極管連接到電力總線。這樣的設(shè)計(jì)就把對(duì)超級(jí)電容和動(dòng)力電池的充電隔離開(kāi)來(lái)， 由車輛控制器(5)按能源的優(yōu)化配置對(duì)它們實(shí)施控制。超級(jí)電容具有良好的瞬間大電流充 放電特性，主要用于吸收車輛制動(dòng)時(shí)的能量；動(dòng)力電池組主要用于存儲(chǔ)動(dòng)力源提供的電能， 用作車輛驅(qū)動(dòng)電機(jī)(1)和其它車輛輔助用電裝置的主電源。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)車輛控制器對(duì)IGBTl和IGBT2的實(shí)時(shí)控制，可充分吸收車 輛制動(dòng)能量。與超級(jí)電容和動(dòng)力電池直接并聯(lián)的傳統(tǒng)方案相比，吸收同樣的制動(dòng)能量可大 大降低超級(jí)電容的容量，可降低成本。同時(shí)由于采用了電子開(kāi)關(guān)，具有高速響應(yīng)特性，克服 了采用繼電器控制連接方式響應(yīng)不足的問(wèn)題。對(duì)于混合動(dòng)力車輛的特例，純電動(dòng)車輛，由于 傳統(tǒng)的超級(jí)電容與動(dòng)力電池直接并聯(lián)方式在滿充電的初始狀態(tài)不能有效吸收制動(dòng)能量，本 發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)更加突出。


混合動(dòng)力車輛能源管理系統(tǒng)各裝置連接示意。圖中1-車輛驅(qū)動(dòng)電機(jī)，2-超級(jí)電容組件，3-動(dòng)力電池組件，4-輔助發(fā)電設(shè)備， 5-車輛控制器E⑶。
具體實(shí)施例方式以附圖所示的混合動(dòng)力車輛能源管理系統(tǒng)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施。車輛處于靜止的初始狀態(tài)時(shí)超級(jí)電容(2)和動(dòng)力電池(3)存電量處于低狀態(tài)或零 電量狀態(tài)，此時(shí)車輛控制器ECU(5)啟動(dòng)輔助發(fā)電設(shè)備(4)向電力總線供電，同時(shí)接通IGBTl 和IGBT2分別向超級(jí)電容和動(dòng)力電池充電。當(dāng)超級(jí)電容上的電壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，例如 50%電力總線標(biāo)稱電壓，ECU切斷IGBTl停止向超級(jí)電容充電，以留有一定的容量回收車輛 制動(dòng)能量。此時(shí)ECU控制輔助發(fā)電設(shè)備使得電力總線上電壓等于標(biāo)稱電壓，持續(xù)給動(dòng)力電 池充電至滿容量。車輛起步行駛時(shí)，由輔助發(fā)電設(shè)備和動(dòng)力電池通過(guò)電力總線向驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電。此 時(shí)分兩種情況1、動(dòng)力電池電量較低，且充電所需功率與驅(qū)動(dòng)電機(jī)所須功率之和處于輔助發(fā)電設(shè) 備輸出功率高效率區(qū)時(shí)，此時(shí)ECU控制IGBT2導(dǎo)通向動(dòng)力電池充電且驅(qū)動(dòng)電機(jī)，動(dòng)力總線上 的電能完全由輔助發(fā)電設(shè)備供給，同時(shí)控制IGBTl使超級(jí)電容處于中等存電量狀態(tài)。2、動(dòng)力電池電量較高，且充電所需功率與驅(qū)動(dòng)電機(jī)所須功率之和處于輔助發(fā)電設(shè) 備輸出功率低效率區(qū)時(shí)，此時(shí)輔助發(fā)電設(shè)備停止運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需能量由動(dòng)力電池通過(guò) 二極管D2提供，而與IGBT2是否導(dǎo)通無(wú)關(guān)。由于超級(jí)電容的電壓較低，二極管Dl不導(dǎo)通， 超級(jí)電容維持原有電量。只要車輛處于非制動(dòng)的行駛狀態(tài)，電力總線上的電能就一直按上述兩種情況交替轉(zhuǎn)換。車輛制動(dòng)時(shí)，ECU中斷輔助發(fā)電設(shè)備供電，同時(shí)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于發(fā)電模式向電力 總線回饋電能?；仞侂娔艿拇鎯?chǔ)按以下步驟進(jìn)行初始制動(dòng)時(shí)回饋電流較大，此時(shí)E⑶控制IGBTl導(dǎo)通，由超級(jí)電容吸收電能。如果 制動(dòng)持續(xù)進(jìn)行，超級(jí)電容上的電壓也將持續(xù)上升直至高于動(dòng)力電池的電壓，由于IGBT2未 導(dǎo)通，且二極管D2的單向作用，阻止制動(dòng)回饋電流向動(dòng)力電池充電。當(dāng)制動(dòng)完成，車輛得到 加速指令后，如果超級(jí)電容上的電壓高于動(dòng)力電池上的電壓，驅(qū)動(dòng)電機(jī)只由超級(jí)電容供電， 而IGBT2被ECU關(guān)斷以及二極管D2的單向作用，超級(jí)電容不向動(dòng)力電池充電，避免了動(dòng)力 電池接受超級(jí)電容電量所造成的充放電損失。當(dāng)超級(jí)電容的電壓等于動(dòng)力電池的電壓后， Dl、D2將處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)由超級(jí)電容和動(dòng)力電池同時(shí)向驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電。此后，再制動(dòng)時(shí)超級(jí)電容上的電壓可能都會(huì)高出動(dòng)力電池的電壓，超級(jí)電容電壓 增量部分即為回收的制動(dòng)能量。超級(jí)電容上的總能量W由下式得出 式中C為超級(jí)電容的容量，U為制動(dòng)回饋后超級(jí)電容上的電壓，Utl為制動(dòng)回饋前超 級(jí)電容上的電壓，Δυ為制動(dòng)回饋后超級(jí)電容的電壓增量。因此，制動(dòng)回饋能量由下式得出 當(dāng)U大于電池電壓時(shí)(這一數(shù)值由動(dòng)力電系電壓及電池類型決定)，E⑶控制 IGBT2導(dǎo)通制動(dòng)能量同時(shí)向動(dòng)力電池充電。此時(shí)由于車輛速度降低較多，制動(dòng)回饋電流也降 至較低，不會(huì)對(duì)電池的安全性產(chǎn)生影響。綜上所述，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了利用超級(jí)電容實(shí)現(xiàn)吸收大制動(dòng)電流且保護(hù)動(dòng)力電池不過(guò) 度充電進(jìn)而延長(zhǎng)動(dòng)力電池壽命的目的。同時(shí)，比較超級(jí)電容與動(dòng)力電池直接并聯(lián)方式，可降 低超級(jí)電容的容量，以降低成本。作為混合動(dòng)力車輛系統(tǒng)的一個(gè)特例，去掉附圖中的輔助發(fā) 電設(shè)備，改由外部固定電站充電，就是一個(gè)純電動(dòng)車系統(tǒng)，其實(shí)施與上述過(guò)程相同。
權(quán)利要求
一種混合動(dòng)力車輛能量管理方法，其特征在于超級(jí)電容和動(dòng)力電池分別通過(guò)絕緣柵雙極型功率管IGBT和二極管連接到電力總線上，IGBT的導(dǎo)通和關(guān)閉由車輛控制器ECU控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混合動(dòng)力車輛能量管理方法，其特征在于車輛制動(dòng)由驅(qū) 動(dòng)電機(jī)發(fā)電向電力總線回饋電流時(shí)，ECU控制IGBTl導(dǎo)通向超級(jí)電容充電，吸收初始制動(dòng)時(shí) 的瞬間大電流，當(dāng)超級(jí)電容上電壓大于動(dòng)力電池電壓時(shí)，ECU控制IGBT2關(guān)斷，由動(dòng)力電池 吸收制動(dòng)電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混合動(dòng)力車輛能量管理方法，其特征在于A、當(dāng)超級(jí)電容上的電壓大于動(dòng)力電池電壓時(shí)，二極管Dl導(dǎo)通，D2不導(dǎo)通且IGBT2關(guān)斷， 超級(jí)電容單獨(dú)向驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電；B、當(dāng)超級(jí)電容上的電壓等于動(dòng)力電池電壓時(shí)，二極管Dl和D2均導(dǎo)通，超級(jí)電容和動(dòng)力 電池共同向驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電。
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)混合動(dòng)力車輛主要儲(chǔ)能器件超級(jí)電容和動(dòng)力蓄電池的特性，設(shè)計(jì)出一種可由車輛控制器對(duì)整車電能進(jìn)行優(yōu)化管理的方法。采用絕緣柵雙極型功率管IGBT和二極管分別將超級(jí)電容和動(dòng)力電池連接到電力總線上，通過(guò)車輛控制器ECU控制IGBT的導(dǎo)通和關(guān)閉，使超級(jí)電容主要用于吸收車輛制動(dòng)回饋的瞬間大電流，在減小超級(jí)電容容量的情況下，避免過(guò)大的車輛制動(dòng)回饋電流使動(dòng)力電池過(guò)充電，從而延長(zhǎng)動(dòng)力電池的使用壽命，達(dá)到經(jīng)濟(jì)與節(jié)能的雙重效果。
文檔編號(hào)B60W10/24GK101905695SQ201010247899
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月5日
發(fā)明者張育華, 翁乙文 申請(qǐng)人:張育華