本發(fā)明涉及電動汽車領(lǐng)域，具體涉及一種用于電動汽車動力電池與超級電容的連接裝置。

背景技術(shù)：
當(dāng)前世界能源問題日益嚴(yán)重，人們都在尋找各種解決辦法，開發(fā)新能源、提高能源利用率；混合動力汽車行業(yè)方興未艾，其具有節(jié)能、環(huán)保和高效等特點(diǎn)，受到廣泛的關(guān)注和高度重視；其中的動力系統(tǒng)是混合動力汽車的核心，提高動力系統(tǒng)的能量利用率、延長其使用壽命、節(jié)能環(huán)保，正是我們關(guān)注的核心焦點(diǎn)。而隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，超級電容的應(yīng)用也越來越廣泛，而超級電容在電動汽車的領(lǐng)域也已經(jīng)成為了一種常規(guī)選擇，這種超級電容主要用于電動汽車的短期能量存儲器，而超期能量存儲器還是由蓄電池來實(shí)現(xiàn)。而當(dāng)前電動汽車在加裝超級電容組時，超級電容與動力電池的連接主要通過DC/DC連接或通過單個二極管連接，；但是通過DC/DC連接成本高且體積過于龐大，還有散熱要求，不容易安裝；而單純通過二極管連接時二極管功耗大，且無法對能量進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和控制，能量回收過大時容易造成超級電容過壓損壞，存在安全風(fēng)險。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為了提供能控制動力電池組與超級電容組的能量流動，充分發(fā)揮動力電池和超級電容各自的優(yōu)勢，達(dá)到提升整車起步、加速、爬坡性能和提高能量回收率減少能量損耗的一種用于電動汽車動力電池與超級電容的連接裝置。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種用于電動汽車動力電池與超級電容的連接裝置，包括負(fù)載連接端、超級電容連接端，動力電池連接端、控制單元、第一電流傳感器、第二電流傳感器、第三電流傳感器、第一電壓傳感器、第二電壓傳感器、第三電壓傳感器、第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)、二極管，所述控制單元分別與第一電流傳感器、第二電流傳感器、第三電流傳感器、第一電壓傳感器、第二電壓傳感器、第三電壓傳感器的一端連接，所述動力電池連接端連接第一電流傳感器的另一端，所述第一電流傳感器的另一端還連接二極管的正極，所述二極管的正極還連接第一電壓傳感器的另一端，所述二極管的負(fù)極連接第一開關(guān)的一端和第三開關(guān)的一端，所述第一開關(guān)的另一端連接第二電流傳感器的另一端和第二電壓傳感器的另一端，所述第二電流傳感器的另一端還連接負(fù)載連接端；所述第一電流傳感器的另一端還連接第二開關(guān)的一端，所述第二開關(guān)的另一端還與第三開關(guān)的另一端和第三電流傳感器的另一端連接，所述第三電流傳感器的另一端還與第三電壓傳感器的另一端連接，所述第三電壓傳感器的另一端還與超級電容連接端連接；所述控制單元還通過控制通訊線路與第一開關(guān)、第二開關(guān)和第三開關(guān)連接，用于控制第一開關(guān)、第二開關(guān)和第三開關(guān)的閉合與斷開；所述二極管為功率二極管，所述第一開關(guān)、第二開關(guān)和第三開關(guān)為高速高壓大電流直流開關(guān)；所述控制單元還連接低壓連接件，用于與外部連接交互信息。一種用于電動汽車動力電池與超級電容的連接裝置的控制方法，步驟如下：A）控制單元通過電流傳感器和電壓傳感器周期性地采集電壓電流數(shù)據(jù)；B）控制單元通過低壓連接件連接的外部的CAN/LIN總線獲取整車及其其他模塊的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)判斷故障，若有故障則通過CAN/LIN總線發(fā)送故障信息給車輛其他部件，并斷開第一開關(guān)、第二開關(guān)和第三開關(guān)；若無故障則進(jìn)入步驟C；C）檢測車速是否大于0，若大于0則進(jìn)入步驟D，若等于0則進(jìn)入步驟I；D）車速大于0則車輛正處于行駛過程中，檢測車輛的狀態(tài)；若是加速狀態(tài)則檢測超級電容電壓是否高于動力電池電壓，若是超級電容電壓高于動力電池電壓則進(jìn)入步驟E，若超級電容電壓低于動力電池電壓則進(jìn)入步驟F；若是制動狀態(tài)則檢測超級電容電壓是否超過超級電容電壓上限值的90%，若超級電容電壓超過超級電容電壓上限值的90%則進(jìn)入步驟G，若超級電容電壓沒有超過超級電容電壓上限值的90%則進(jìn)入步驟H；E）加速狀態(tài)下超級電容電壓高于動力電池電壓則判斷超級電容存儲有多余能量，則斷開第二開關(guān)，閉合第一開關(guān)和第三開關(guān)，讓超級電容單獨(dú)供電，結(jié)束一次控制流程；F）加速狀態(tài)下超級電容電壓低于動力電池電壓則二極管導(dǎo)通，動力電池與超級電容一起并聯(lián)供電，第一開關(guān)、第二開關(guān)和第三開關(guān)全部閉合，由動力電池供電，結(jié)束一次控制流程；G）制動狀態(tài)下超級電容電壓超過超級電容電壓上限值的90%則超級電容回收能量過多，第一開關(guān)、第二開關(guān)和第三開關(guān)全部閉合，超級電容與動力電池直接并聯(lián)，多余能量由動力電池吸收保護(hù)超級電容不過壓，結(jié)束一次控制流程；H）制動狀態(tài)下超級電容電壓沒有超過超級電容電壓上限值的90%則超級電容還能繼續(xù)回收能量，則斷開第二開關(guān)，閉合第一開關(guān)和第三開關(guān)，保證能量回收到超級電容中，結(jié)束一次控制流程；I）車速等于0則車輛處于停止?fàn)顟B(tài)，檢測超級電容電壓是否高于動力電池電壓，若超級電容電壓高于動力電池電壓，則進(jìn)入步驟J；若是超級電容電壓低于等于動力電池電壓，則進(jìn)入步驟K；J）超級電容電壓高于動力電池電壓，第三開關(guān)閉合，第一開關(guān)和第二開關(guān)斷開，保證車輛在啟動時首先使用超級電容的電能，待超級電容電壓低于動力電池電壓時，二極管自然導(dǎo)通，再由動力電池供電，結(jié)束一次控制流程。K）超級電容電壓低于等于動力電池電壓，第一開關(guān)斷開，第二開關(guān)和第三開關(guān)閉合，使得超級電容與動力電池直接并聯(lián)，保證車輛啟動時超級電容和動力電池同時供電，結(jié)束一次控制流程。本發(fā)明在負(fù)載連接端、超級電容連接端和動力電池連接端之間增加了一個二極管和三個開關(guān)，還在負(fù)載正極連接端、超級電容正極連接端和動力電池正極連接端分別使用電流傳感器和電壓傳感器實(shí)時測試電壓電流；電壓傳感器和電流傳感器輸出信號給控制單元，控制單元進(jìn)行信號數(shù)據(jù)采集；控制單元還可通過低壓連接件與外部鏈接交互信息，通過CAN/LIN總線獲取其他模塊的信息和整車狀態(tài)信息，結(jié)合自己內(nèi)部測量的電壓電流數(shù)據(jù)，經(jīng)過優(yōu)化判斷后輸出控制指令，控制第一開關(guān)、第二開關(guān)和第三開關(guān)的開通和斷開，實(shí)現(xiàn)能量流動的控制，提高能量利用率。本發(fā)明的有益之處在于：1）本連接裝置只需將動力電池組和超級電容的正負(fù)連接線連接到超級電容連接端和動力電池連接端，將負(fù)載的正極連接到本裝置的負(fù)載連接端，既可以為沒有超級電容的車輛加裝超級電容組，安裝方便；2）通過第一開關(guān)、第二開關(guān)和第三開關(guān)的控制組合可以使超級電容與動力電池在不同的狀況下形成不同的連接方式，且有電壓和電流檢測動力電池和超級電容的狀態(tài)，有效防止出現(xiàn)過壓、欠壓、過流等狀況；3）通過開關(guān)的組合控制，充分發(fā)揮動力電池續(xù)航能量強(qiáng)和超級電容大電流充放電的優(yōu)勢，且避免二極管超時間工作，能量利用率大；4）將超級電容功率密度高和動力電池能量密度高的優(yōu)勢結(jié)合，充分保護(hù)動力電池，延遲其使用壽命。附圖說明圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的控制邏輯圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式，對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。見圖1至圖2，一種用于電動汽車動力電池與超級電容的連接裝置，包括負(fù)載連接端、超級電容連接端，動力電池連接端、控制單元、第一電流傳感器、第二電流傳感器、第三電流傳感器、第一電壓傳感器、第二電壓傳感器、第三電壓傳感器、第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2、第三開關(guān)S3、二極管D1，所述控制單元分別與第一電流傳感器、第二電流傳感器、第三電流傳感器、第一電壓傳感器、第二電壓傳感器、第三電壓傳感器的一端連接，所述動力電池連接端連接第一電流傳感器的另一端，所述第一電流傳感器的另一端還連接二極管D1的正極，所述二極管D1的正極還連接第一電壓傳感器的另一端，所述二極管D1的負(fù)極連接第一開關(guān)的一端和第三開關(guān)的一端，所述第一開關(guān)的另一端連接第二電流傳感器的另一端和第二電壓傳感器的另一端，所述第二電流傳感器的另一端還連接負(fù)載連接端；所述第一電流傳感器的另一端還連接第二開關(guān)的一端，所述第二開關(guān)的另一端還與第三開關(guān)的另一端和第三電流傳感器的另一端連接，所述第三電流傳感器的另一端還與第三電壓傳感器的另一端連接，所述第三電壓傳感器的另一端還與超級電容連接端連接；所述控制單元還通過控制通訊線路與第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3連接，用于控制第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3的閉合與斷開；所述二極管D1為功率二極管，所述第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3為高速高壓大電流直流開關(guān)；所述控制單元還連接低壓連接件，用于與外部連接交互信息。一種用于電動汽車動力電池與超級電容的連接裝置的控制方法，步驟如下：A）控制單元通過電流傳感器和電壓傳感器周期性地采集電壓電流數(shù)據(jù)；B）控制單元通過低壓連接件連接的外部的CAN/LIN總線獲取整車及其其他模塊的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)判斷故障，若有故障則通過CAN/LIN總線發(fā)送故障信息給車輛其他部件，并斷開第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3；若無故障則進(jìn)入步驟C；C）檢測車速是否大于0，若大于0則進(jìn)入步驟D，若等于0則進(jìn)入步驟I；D）車速大于0則車輛正處于行駛過程中，檢測車輛的狀態(tài)；若是加速狀態(tài)則檢測超級電容電壓是否高于動力電池電壓，若是超級電容電壓高于動力電池電壓則進(jìn)入步驟E，若超級電容電壓低于動力電池電壓則進(jìn)入步驟F；若是制動狀態(tài)則檢測超級電容電壓是否超過超級電容電壓上限值的90%，若超級電容電壓超過超級電容電壓上限值的90%則進(jìn)入步驟G，若超級電容電壓沒有超過超級電容電壓上限值的90%則進(jìn)入步驟H；E）加速狀態(tài)下超級電容電壓高于動力電池電壓則判斷超級電容存儲有多余能量，則斷開第二開關(guān)S2，閉合第一開關(guān)S1和第三開關(guān)S3，讓超級電容單獨(dú)供電，結(jié)束一次控制流程；F）加速狀態(tài)下超級電容電壓低于等于動力電池電壓則二極管D1導(dǎo)通，動力電池與超級電容一起并聯(lián)供電，第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3全部閉合，由動力電池供電，結(jié)束一次控制流程；G）制動狀態(tài)下超級電容電壓超過超級電容電壓上限值的90%則超級電容回收能量過多，第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3全部閉合，超級電容與動力電池直接并聯(lián)，多余能量由動力電池吸收保護(hù)超級電容不過壓，結(jié)束一次控制流程；H）制動狀態(tài)下超級電容電壓沒有超過超級電容電壓上限值的90%則超級電容還能繼續(xù)回收能量，則斷開第二開關(guān)S2，閉合第一開關(guān)S1和第三開關(guān)S3，保證能量回收到超級電容中，結(jié)束一次控制流程；I）車速等于0則車輛處于停止?fàn)顟B(tài)，檢測超級電容電壓是否高于動力電池電壓，若超級電容電壓高于動力電池電壓，則進(jìn)入步驟J；若是超級電容電壓低于等于動力電池電壓，則進(jìn)入步驟K；J）超級電容電壓高于動力電池電壓，第三開關(guān)S3閉合，第一開關(guān)S1和第二開關(guān)S2斷開，保證車輛在啟動時首先使用超級電容的電能，待超級電容電壓低于動力電池電壓時，二極管D1自然導(dǎo)通，再由動力電池供電，結(jié)束一次控制流程。K）超級電容電壓低于等于動力電池電壓，第一開關(guān)S1斷開，第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3閉合，使得超級電容與動力電池直接并聯(lián)，保證車輛啟動時超級電容和動力電池同時供電，結(jié)束一次控制流程。本實(shí)施方式中，本裝置主要在動力電池、超級電容和負(fù)載(主要耗電設(shè)備)之間增加了一個功率二極管和三個高速高壓大電流直流開關(guān)，這些開關(guān)可以是接觸器等接觸開關(guān)或MOSFET/IGBT功率器件；在動力電池正極連接端、超級電容正極連接端以及負(fù)載正極連接端分別使用電流傳感器和電壓傳感器實(shí)時測試電壓電流。電壓電流傳感器輸出信號給控制單元，由控制單元進(jìn)行信號數(shù)據(jù)采集；控制單元還可以通過低壓連接件與外部其他模塊連接交互信息，低壓連接件連接的信號包括CAN/LIN總線、油門踏板深度信號、制動踏板深度信號等；控制單元通過CAN/LIN總線獲取其他模塊的信息和整車狀態(tài)信息，結(jié)合油門踏板深度信號、制動踏板深度信號等信號以及內(nèi)部自己測量得來的電壓電流數(shù)據(jù)，經(jīng)過優(yōu)化判斷后輸出控制指令，控制第一開關(guān)S1，第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3的開通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)能量流動的控制，提高能量利用率。本實(shí)施方式中，控制單元周期性地采集電壓電流數(shù)據(jù)和通過低壓連接件連接的CAN/LIN總線或其他信號獲取整車及其他模塊狀態(tài)數(shù)據(jù)；根據(jù)所有的數(shù)據(jù)綜合判斷，如有故障則通過總線將故障信息發(fā)送給車輛上其他部件，完后斷開所有開關(guān)；無故障時，則檢測車速是否大于0；如果車速等于0且超級電容電壓高于動力電池電壓，則第一開關(guān)S1和第二開關(guān)S2斷開，第三開關(guān)S3閉合，這樣可以在車輛啟動時閉合第一開關(guān)S1后首先使用超級電容的電能，待超級電容電壓低于動力電池電壓時，二極管D1自然導(dǎo)通，再由動力電池供電；如果車速等于0且超級電容電壓小于等于動力電池電壓，則超級電容未存儲多余能量，將第一開關(guān)S1斷開，第二開關(guān)S2、第三開關(guān)S3閉合，使超級電容與動力電池直接并聯(lián)，這樣可以在啟動車輛閉合第一開關(guān)S1后由超級電容和動力電池同時供電，避免超級電容電壓過低情況的出現(xiàn)，而且可以將二極管D1短路，降低能量損耗；如果車速大于0，則說明車輛正在行駛過程中，分加速和制動兩種情況進(jìn)行控制；汽車處于加速狀態(tài)(加速踏板深度信號不為0)時，如果超級電容電壓高于動力電池電壓，說明超級電容存儲有多余能量，此時需要斷開第二開關(guān)S2，閉合第一開關(guān)S1和第三開關(guān)S3，讓超級電容單獨(dú)供電，當(dāng)超級電容電壓逐漸低壓動力電池電壓時，二極管D1將自然導(dǎo)通，與超級電容一起并聯(lián)供電，此時將會在后面的控制周期中進(jìn)入會進(jìn)入超級電容電壓低于動力電池電壓的分支，則第二開關(guān)S2被命令閉合，切除掉二極管D1由超級電容和動力電池直接并聯(lián)向負(fù)載供電，降低能量損耗。本實(shí)施方式中，汽車處于制動狀態(tài)時(加速踏板深度信號為0，制動踏板深度信號為0或大于0車輛都處于制動狀態(tài)，制動踏板深度信號為0說明處于自然電制動狀態(tài)，此時主要靠能量回收和車輛其他自身損耗來制動，如果制動踏板深度不為0，則機(jī)械制動也參與到制動過程中)，使用超級電容來回收能量；如果超級電容電壓未接近上限值(超級電容電壓上限值比動力電池電壓高出許多)，則超級電容還可以繼續(xù)吸收能量，需斷開第二開關(guān)S2，閉合第一S1和第三開關(guān)S3，這樣能量將全部快速回收到超級電容中，減輕動力電池由于頻繁充放電的壽命降低的情況；如果超級電容回收的能量過多，超級電容電壓將接近并超過電壓上限值的90%，這種情況下在進(jìn)行下一個控制周期時控制邏輯會進(jìn)入超級電容電壓接近或高出上限值的分支，此時第二開關(guān)S2被閉合，超級電容與動力電池直接并聯(lián)，多余的能量由動力電池吸收，保護(hù)超級電容不過壓。本發(fā)明的保護(hù)范圍包括但不限于以上實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)，任何對本技術(shù)做出的本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易想到的替換、變形、改進(jìn)均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。