本發(fā)明涉及一種能量供應系統(tǒng)及車輛，具體地，涉及一種特別適合應用于電動車輛的能量供應系統(tǒng)。

背景技術：

電動汽車中最常見的復合電源是將超級電容器與蓄電池結合構成復合電源系統(tǒng)，可以提高電源系統(tǒng)的短時高功率輸出能力，同時也具備持久的動力性能。通過超級電容器與電池的組合，充分發(fā)揮了超級電容器的高功率密度和電池的高能量密度的優(yōu)勢，滿足混合動力汽車在爬坡加速、啟動過程中提供強勁的動力。目前，受限于蓄電池的開發(fā)技術，還沒有能夠應用于電動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電容與蓄電池的復合電源，為了配合車輛的需求，提供短時大功率輸出，超級電容要求提供短時大電流輸出。但是目前超級電容和蓄電池的配置方式非常單一，二者之間通過DC-DC轉換器進行能量輸出和交換，進而輸出到負載電動機端。無論是以何種方式進行電源的匹配，目前的主要目標都是結合蓄電池和超級電容的優(yōu)勢，在驅動車輛行駛方面得到性能優(yōu)異的能量供應源，但是能源的多樣化利用卻并未被涉及。傳統(tǒng)車輛一般對低壓電氣系統(tǒng)配備有專門的24V低壓蓄電池，供應車輛空調、轉向等設備。但是對于混合動力汽車和電動汽車，當已經(jīng)配有蓄電池時，再配備蓄電池會增加車輛成本，對車內空間和電氣設計也會造成限制。如果能夠利用蓄電池，發(fā)揮蓄電池多種用途，在驅動車輛的間隙或同時給車內空調等設備供電，將節(jié)省車輛成本，使車輛內部設計更靈活。

此外，在需要滿足低壓大電流輸出的場合，大容量的超級電容器意味著需要匹配大功率DC-DC轉換器，大功率雙向DC-DC變換器在電動汽車、儲能系統(tǒng)、電能質量調節(jié)、可再生能源發(fā)電以及超導儲能系統(tǒng)等領域具有廣闊的應用前景。在追求大功率的同時，也在不斷想辦法縮小設備的體積，以換取更優(yōu)質的性能。如能同時滿足設計要求，又能降低部件成本，降低系統(tǒng)風險，將能夠極大地推動行業(yè)的發(fā)展。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有混合動力車輛和電動車輛中蓄電電源用途單一、DC/DC轉換器體積過大、成本過高、能量轉化效率低、潛在故障危險大等問題，本發(fā)明提供了一種能量供應系統(tǒng)，針對混合動力車輛和電動車輛中電能供應提出靈活的解決方案。一方面，本發(fā)明能量供應系統(tǒng)將高密度能源拆分成較小能量組，能夠降低能源系統(tǒng)故障時的危害程度，同時，通過使用多個DC-DC轉換器，將DC-DC轉換器的工作電壓降低，提高DC-DC轉換器工作頻率，進而提高DC-DC轉換器工作效率，保障負載安全穩(wěn)定運行，另一方面，通過隔離型DC-DC轉換器的應用，使蓄電池與超級電容選擇性隔離，拓寬蓄電池的應用范圍，提高供能系統(tǒng)的利用率。具體方案如下：

一種并聯(lián)式能量供應系統(tǒng)，具備多個串聯(lián)的一級直流儲能器和多個并聯(lián)的二級直流儲能器，所述多個一級直流儲能器與相同數(shù)量的隔離式DC-DC轉換器一對一地連接后，與所述其中一個二級直流儲能器連接；所述串聯(lián)的一級直流儲能器回路連接第一負載，所述并聯(lián)的二級直流儲能器回路連接第二負載。

作為一種實施方式，所述DC-DC轉換器包含至少1個開關器件以及至少1個線圈裝置。

所述DC-DC轉換器其中一部分為升壓型轉換器，其余部分為降壓型轉換器?；蛘?，所述的DC-DC轉換器中部分或全部是升降壓型轉換器。

作為另一種方式，所述一級直流儲能器為能量型儲能器，所述二級直流儲能器為功率型儲能器。

基于以上任意一點，所述一級直流儲能器是蓄電池，所述二級直流儲能器是超級電容。

另外，提供一種車輛，包括電動機及電動空調，用于驅動所述車輛；還包括具備多個串聯(lián)的蓄電池和多個并聯(lián)的超級電容器，所述蓄電池通過相同數(shù)量的隔離式DC-DC轉換器與所述并聯(lián)的超級電容器連接，所述串聯(lián)的蓄電池回路連接所述電動空調，所述并聯(lián)的超級電容器回路連接所述電動機。

根據(jù)上述的車輛，所述蓄電池設置有可充電接口，用于連接外部電網(wǎng)。進一步地，所述可充電接口通過三相整流模塊連接至所述蓄電池。

上述車輛還可能包括整車控制器與能源管理器，以及設置于蓄電池和超級電容的監(jiān)測裝置，所述能源管理器與所述DC-DC轉換器連接，所述監(jiān)測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。

本發(fā)明應用于電動或混合動力車輛具有以下有益效果：

1. 拓展了蓄電池的應用范圍，通過本發(fā)明結構蓄電池不僅可以進行車輛驅動，還可以在閑置期間用于給車輛其它附件供電，如電動空調、散熱風扇、各種低壓電氣設備等；

3. 根據(jù)需要配備DC-DC的數(shù)量，使大功率DC-DC轉換器拆分成低功率小單元，提高工作效率，增加散熱性能。

2. 系統(tǒng)可拓展性強，能夠在蓄電池上設置充電接口，當電池電量低時可以通過外部電網(wǎng)給電池充電。

附圖說明

圖1 是本發(fā)明涉及的能量供應系統(tǒng)結構示意圖。

圖2是本發(fā)明涉及的車輛供能結構示意圖。

具體實施方式

下面，參照形成本說明書的一部分的附圖來更詳細地說明本發(fā)明的實施方式。在所有附圖中對同一或類似的部分附加同一參照標記并省略說明。以下實施例分別以本發(fā)明復合電源應用于電動汽車為例，并不代表本發(fā)明的應用僅限于電動汽車領域，凡是使用本發(fā)明原理的任何應用都落入本發(fā)明應用范圍內。本說明書中對直流儲能器的描述，其中“一個”直流儲能器表示具有一個正接線柱和一個負接線柱引出引線以連接 “一個”直流儲能器以外的其它裝置的單個直流儲能器。以蓄電池為例，該“一個”直流儲能器（蓄電池）可能包含1個或者1個以上的多個不可拆分的電池單元；而超級電容器表示包括相互耦合的多個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。本文所使用的術語“蓄電池”描述可以實現(xiàn)大約100W-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)。

參考圖1的能量供應系統(tǒng)，具備多個串聯(lián)的一級直流儲能器和多個串聯(lián)的二級直流儲能器，所述多個一級直流儲能器通過隔離式DC-DC轉換器一對一地與所述多個二級直流儲能器連接，所述串聯(lián)的一級直流儲能器回路連接第一負載，所述串聯(lián)的二級直流儲能器回路連接第二負載。

根據(jù)本發(fā)明的目的，上述的二級直流儲能器最有可能被配置為功率型的儲電裝置，比如超級電容器，能夠充分回收負載在制動期間所產(chǎn)生的能量；而上述的一級直流儲能器最有可能被配置為能量型儲電裝置，比如蓄電池/蓄電池裝置，能夠在二級直流儲能器電量低不足以維持負載工作期間向二級直流儲能器供電。所以，在上述情況指引下，上述任意的一級直流儲能器輸出功率一般小于上述任意的二級直流儲能器輸出功率，上述任意一級直流儲能器電量大于所述任意二級直流儲能器電量。本具體實施方式描述時，使用蓄電池和超級電容進行說明，但是本發(fā)明所涉及的一級直流儲能器和二級直流儲能器并不僅代表蓄電池和超級電容，本領域技術人員依照本說明書的指示，以任何具有相似特性的儲能器代替蓄電池和超級電容，都屬于本實施例所解釋的內容，在本發(fā)明所要求的保護范圍繞之內。

上述的第一負載最有可能是車載電動空調電動機，或者混合動力車輛的散熱風扇電動機裝置，連接蓄電池/蓄電池裝置，由蓄電池向第一負載提供電能；第二負載是用于車輛驅動的電動機，連接超級電容裝置，在車輛依靠電動機驅動行駛過程中向電動機提供電能。隔離式的DC-DC轉換器能夠保證在某些工況下蓄電池與超級電容完全隔離，此時連接蓄電池的車載電動空調可以單獨工作，不依賴于車輛行駛工況。

本發(fā)明中DC-DC轉換器可能為單向DC-DC轉換器、雙向DC-DC轉換器、升壓型DC-DC轉換器、降壓型DC-DC轉換器、升降壓型DC-DC轉換器，根據(jù)所選一級直流儲電器和二級直流儲電器的規(guī)格不同實際情況，涉及到多個DC-DC時，可能全部使用同一類型DC-DC轉換器，也可能上述不同類型DC-DC轉換器混用。具體地，當要求電能僅從蓄電池向超級電容流動時，可以使用單向DC-DC轉換器，由于相同功率等級的單向型DC-DC較雙向DC-DC轉換器使用更少的器件，根據(jù)系統(tǒng)要求使用單向型DC-DC轉換器能夠有效控制系統(tǒng)成本。而雙向DC-DC轉換器既能夠允許電能在蓄電池和超級電容之間雙向流動，尤其有利于電能回收利用。實際使用中，蓄電池和超級電容配置可能存在一定的電壓差，當蓄電池配置電壓高于超級電容電壓時，使用降壓型DC-DC轉換器，相關當蓄電池配置電壓低于超級電容電壓時，使用升壓型DC-DC轉換器，若蓄電池配置電壓與超級電容電壓相當，則可以使用升降壓型DC-DC轉換器。值得說明的是，由于本供能系統(tǒng)中為蓄電池設計了多樣化的用途，有可能供能系統(tǒng)中出現(xiàn)多種不同電壓等級的蓄電池，此時可能涉及到升壓型、降壓型或升降壓型DC-DC轉換器混用的情況，這是被允許的；而且在車輛行駛的不同工況，要求的輸出電流變化較大，可能出現(xiàn)只需部分蓄電池向超級電容供電的情況，而另一部分不向超級電容供電，也就是部分DC-DC轉換器工作，另一部分不工作的情況，在本發(fā)明供能系統(tǒng)中也是被允許的。

所述DC-DC轉換器包含至少1個開關器件以及至少1個線圈裝置。這是能夠完成轉換器功能的DC-DC轉換器的最小單元，當然，在完成其功能的前提下，可能具備多個開關器件或者線圈，以實現(xiàn)更加復雜的功能。

本發(fā)明還要求保護一種車輛，如圖2，包括電動機及電動空調，用于驅動所述車輛；其特征在于，還包括具備多個串聯(lián)的蓄電池和多個并聯(lián)的超級電容器，所述蓄電池通過相同數(shù)量的隔離式DC-DC轉換器與所述并聯(lián)的超級電容器連接，所述串聯(lián)的蓄電池回路連接所述電動空調，所述并聯(lián)的超級電容器回路連接所述電動機。上述車輛中蓄電池連接電動空調，只是本發(fā)明所想表達的一種方案，作為一種儲能器，蓄電池還可能連接車輛上設置的除電動機以外的其它用電設備，如混合動力車輛中用于散熱的風扇電動機。作為車輛的完善功能，還包括整車控制器與能源管理器，以及設置于蓄電池和超級電容的監(jiān)測裝置，所述能源管理器與所述DC-DC轉換器連接，所述監(jiān)測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。

所述蓄電池還可以設置有可充電接口，用于連接外部電網(wǎng)。 該可充電接口可以是設置于車輛上的直流充電接口，也可能是交流充電接口。當設置交流充電接口時，所述可充電接口通過三相整流模塊連接至所述蓄電池。

下面以混合動力輛為例，詳細說明本發(fā)明要求保護車輛的供能系統(tǒng)的工作方式。車輛啟動：整車控制器接收到車輛啟動信號，首先檢查蓄電池和超級電容電量情況，如果電量滿足啟動條件，由整車控制器向能源管理器發(fā)送啟動命令，能源管理器分配控制DC-DC轉換器工作，由蓄電池和超級電容向電動機供電，驅動車輛啟動；如果蓄電池電量不滿足啟動條件，則由整車控制器向發(fā)動機發(fā)出啟動命令，由發(fā)動機驅動車輛啟動。當車輛通過電池供電啟動時，能源管理器控制DC-DC轉換器由蓄電池向超級電容供電，由蓄電池向超級電容輸出電能，同時超級電容向車輛驅動電動機供電，以驅動車輛啟動。在啟動過程中，蓄電池向超級電容供電過程中，不間斷監(jiān)測超級電容電量，如果超級電容電量超過設置的電量上限Qm，由能源管理器控制DC-DC轉換器關斷，停止向超級電容供電；相反，如果超級電容電量低于設置的電量下限Qm，由能源管理器控制DC-DC轉換器打開，持續(xù)向超級電容供電。

車輛行駛：車輛行駛過程中，在電動機驅動工況下，首先檢測蓄電池電量SOC，若蓄電池電量SOC低于預設值SOCmin，則啟動發(fā)動機進行車輛驅動；若蓄電池電量SOC高于SOCmin滿足行駛條件，由能源管理器控制DC-DC轉換器從蓄電池向超級電容輸送電能，再通過超級電容向驅動電動機供電，驅動車輛行駛。其間，蓄電池可以采用間斷式供電方式，通過設置于超級電容上的監(jiān)測裝置監(jiān)測超級電容電量Q和電流I，若電量Q超過設置的電量上限Qmax，關斷蓄電池于超級電容連接的DC-DC轉換器，停止電能輸出；若電量Q低于設置的電量下限Qmin或電流I高于設定的上限Imax，持續(xù)由蓄電池向超級電容輸出電能。這種供電方式主要是為了保護超級電容不至于被過充或過放造成損壞。具體而言，當超級電容電量達到或超過上限Qmax，可以認為再繼續(xù)充電會使超級電容過充造成超級電容損壞，此時應當斷開超級電容與蓄電池的連接；當超級電容電量Q低于設置的電量下限Qmin，持續(xù)的放電會造成超級電容過放，此時應當連接蓄電池，給超級電容充電以保持供電移穩(wěn)定；或者，當超級電容輸出電流I高于設定的上限Imax，可以認為此時車輛需要持續(xù)大功率輸出電能，應當保持蓄電池持續(xù)供應電能，以保證車輛正常行駛。在發(fā)動機驅動工況下，DC-DC轉換器根據(jù)需要部分或全部啟動隔離，以蓄電池向車輛除電動以外的其它全部或部分用電設備供電。以上電量的檢測和DC-DC轉換器的打開關斷都可以采用本技術領域人員所熟知的方式實現(xiàn)，不再贅述。

能量回收：對于電動汽車，制動能量回收是其能量轉化利用中不可缺少的部分。采用本發(fā)明的復合電源，剎車時通過驅動電動機回收能量至超級電容，由超級電容監(jiān)測裝置監(jiān)測級電容電量Q，若達到電量Q達到上限Qmax，停止能量回收以保護超級電容，或者可以選擇回收至蓄電池。

以上通過實施例說明了本發(fā)明技術方案的具體實施方式，為了本發(fā)明更好地實施，以上實施例中DC-DC轉換器開關器件可以為MOSFET或碳化硅等高頻開關器件，使DC-DC轉換器具有響應快、支持高頻的特點。