本實(shí)用新型涉及一種用于純電動(dòng)車的動(dòng)力系統(tǒng)，特別是涉及動(dòng)力電池與超級(jí)電容配合驅(qū)動(dòng)電機(jī)的用于純電動(dòng)車的動(dòng)力系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，電動(dòng)汽車由于其節(jié)能、環(huán)保、能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)，得到了產(chǎn)業(yè)界的高度重視和政府部門的大力扶持。目前，制約電動(dòng)汽車發(fā)展的一個(gè)重要因素是其續(xù)駛里程短，如何提高純電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)的效率具有重大意義。

目前的電動(dòng)汽車大多采用單一能源結(jié)構(gòu)，即利用動(dòng)力電池或動(dòng)力電池組作為純電動(dòng)車的能源動(dòng)力，但動(dòng)力電池循環(huán)壽命有限；充放電次數(shù)少；功率密度難以滿足短時(shí)間突加速、剎車的需要；同時(shí)制動(dòng)能量回饋不充分，尤其在電動(dòng)汽車在驅(qū)動(dòng)過程中頻繁加速，起步和爬坡時(shí)，瞬間放電電流過大，嚴(yán)重影響了動(dòng)力電池組的能量利用效率和使用壽命，而且導(dǎo)致車輛的動(dòng)力性能受到了制約，在城市工況下，頻繁的剎車制動(dòng)，電機(jī)再生制動(dòng)產(chǎn)生的充電電流波動(dòng)幅度很大，會(huì)削減電池組的使用壽命，而且回收的能量有限，造成能量的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供一種改進(jìn)的動(dòng)力系統(tǒng)，通過將動(dòng)力電池與超級(jí)電容聯(lián)合與電機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)了純電動(dòng)車在使用過程中的能量供給，以及及時(shí)將能量進(jìn)行回收再利用的功能，有效的提高了動(dòng)力系統(tǒng)的效率，提高了電動(dòng)汽車系統(tǒng)性能。

具體來說，本實(shí)用新型中提供的一種用于純電動(dòng)車的動(dòng)力系統(tǒng)，包括動(dòng)力電池，同步電機(jī)，其特征在于，該動(dòng)力系統(tǒng)還包括超級(jí)電容，所述超級(jí)電容與動(dòng)力電池之間連接有二極管；所述二極管使電流由超級(jí)電容向動(dòng)力電池單向流動(dòng)。

一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，超級(jí)電容單獨(dú)連接在同步電機(jī)上，或者超級(jí)電容與動(dòng)力電池并聯(lián)在同步電機(jī)上。

超級(jí)電容作為能量回饋接收的大功率存貯器件，功率密度高；循環(huán)壽命長(zhǎng)(充放電次數(shù)可達(dá)10萬以上)；短時(shí)間允許的充放電流大(可達(dá)幾百甚至上千安培)，充電時(shí)間短(能在幾秒內(nèi)完成充電)，在任何荷電狀態(tài)下可滿電流放電；超級(jí)電容作為輔助能量源，一次充滿電總能量可設(shè)置為0.10～2KWH。此外，超級(jí)電容可單獨(dú)或與動(dòng)力電池并聯(lián)驅(qū)動(dòng)同步電機(jī)，并且超級(jí)電容與動(dòng)力電池之間有二極管，使動(dòng)力電池的電不流向超級(jí)電容。

一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述動(dòng)力電池連接管理系統(tǒng)BMS，超級(jí)電容連接管理系統(tǒng)CMS，BMS與CMS通過CAN線與整車集成控制器信號(hào)連接。

一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，超級(jí)電容總電壓高于動(dòng)力電池總電壓50～100V。一個(gè)具體的實(shí)施例中，動(dòng)力電池總電壓350V，超級(jí)電容總電壓430V。

一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述電機(jī)為三相交流永磁同步電機(jī)。三相交流永磁同步電機(jī)具有體積小、高效率、高力矩慣量比、高能量密度、環(huán)保低碳的優(yōu)點(diǎn)，更合適于純電動(dòng)車的動(dòng)力系統(tǒng)。

一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，三相交流永磁同步電機(jī)還具有電機(jī)控制器；所述電機(jī)控制器與整車集成控制器信號(hào)連接。

一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，充電機(jī)與動(dòng)力電池連接。即充電機(jī)僅給動(dòng)力電池進(jìn)行充電。

有益效果

本實(shí)用新型的動(dòng)力系統(tǒng)，通過動(dòng)力電池與超級(jí)電容一起連接三相交流同步電機(jī)，具有高功率密度，高能量密度，大大減少動(dòng)力電池瞬時(shí)大電池充電及大電流放電的次數(shù)，延長(zhǎng)動(dòng)力電池各單體電池的均衡效果，延長(zhǎng)動(dòng)力電池組整體循環(huán)壽命，降低車輛運(yùn)營(yíng)維護(hù)及使用成本，同時(shí)滿足純電動(dòng)汽車對(duì)功率密度和能量密度的雙重要求，提高整車動(dòng)力性能，提高制動(dòng)能量回收率，降低單位載質(zhì)量能量消耗量，延長(zhǎng)續(xù)駛里程。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為動(dòng)力系統(tǒng)的功率能量流模型圖；

圖3為超級(jí)電容獨(dú)立驅(qū)動(dòng)工作模式示意圖；

圖4為超級(jí)電容/鋰電池并聯(lián)驅(qū)動(dòng)工作模式示意圖；

圖5為鋰電池獨(dú)立驅(qū)動(dòng)工作模式示意圖；

圖6為能量再生制動(dòng)模式示意圖。

附圖標(biāo)記說明：

動(dòng)力系統(tǒng)900；動(dòng)力電池(組)100；動(dòng)力電池管理系統(tǒng)BMS110；超級(jí)電容200；超級(jí)電容管理系統(tǒng)CMS210；整車集成控制器300；CAN線400；驅(qū)動(dòng)電機(jī)(同步電機(jī))500；電機(jī)控制器510；驅(qū)動(dòng)橋600；傳動(dòng)軸610；充電機(jī)700；二極管800

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本實(shí)用新型涉及的結(jié)構(gòu)或這些所使用的技術(shù)術(shù)語(yǔ)做進(jìn)一步的說明。在下面的詳細(xì)描述中，圖例附帶的參考文字是這里的一個(gè)部分，它以舉例說明本實(shí)用新型可能實(shí)行的特定具體方案的方式來說明。我們并不排除本實(shí)用新型還可以實(shí)行其它的具體方案和在不違背本實(shí)用新型的使用范圍的情況下改變本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型的動(dòng)力系統(tǒng)900，用于給純電動(dòng)汽車提供動(dòng)力，保證電動(dòng)汽車在使用過程中的能量供給，同時(shí)，將電動(dòng)汽車使用過程中制動(dòng)能量進(jìn)行有效的回收再利用。具體來說，該動(dòng)力系統(tǒng)900包括動(dòng)力電池100或動(dòng)力電池組，超級(jí)電容200以及同步電機(jī)500，動(dòng)力電池100與電機(jī)500相連接，用于提供電機(jī)500驅(qū)動(dòng)的能量。超級(jí)電容200單獨(dú)與同步電機(jī)500連接，或者，超級(jí)電容200與動(dòng)力電池100并聯(lián)，一起連接在同步電機(jī)500上，這樣，超級(jí)電容200可以單獨(dú)給同步電機(jī)500提供動(dòng)力，或者，超級(jí)電容200與動(dòng)力電池100一起給電機(jī)500提供動(dòng)力。更為具體的，如圖1所示，動(dòng)力電池100連接在管理系統(tǒng)BMS110，超級(jí)電容200連接管理系統(tǒng)CMS210，然后，BMS110與CMS210分別連接在CAN線400上，并通過CAN線400連接在整車集成控制器300上，整車控制器300與集成電機(jī)控制器510連接，并且，集成控制器510與電機(jī)500連接，同時(shí)，電機(jī)500通過傳動(dòng)軸610連接驅(qū)動(dòng)橋600。一些實(shí)施例中，充電機(jī)700與動(dòng)力電池100連接，用于對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行充電。另一些實(shí)施例中，動(dòng)力電池與超級(jí)電容之間還通過二極管800連接，使電流僅能夠從超級(jí)電容向動(dòng)力電池進(jìn)行流通。一些實(shí)施例中，超級(jí)電容總電壓高于動(dòng)力電池總電壓50～100V。

一些實(shí)施例中，同步電機(jī)500為三相交流永磁同步電機(jī)。三相交流永磁同步電機(jī)500還具有電機(jī)控制器510；所述電機(jī)控制器510與整車集成控制器300信號(hào)連接。與普通交流變頻電機(jī)相比，三相交流永磁同步電機(jī)具有體積小、高效率、高力矩慣量比、高能量密度、環(huán)保低碳等特點(diǎn)。近年來隨著新能源電動(dòng)汽車的政策導(dǎo)向與大力推廣應(yīng)用，永磁同步電機(jī)憑借自身優(yōu)點(diǎn)在電動(dòng)汽車上得到廣泛使用，永磁同步電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)和制造也越來越成熟，控制精度和可靠性也大幅提升，并快速向智能化、小型化方向發(fā)展。

一個(gè)具體實(shí)施例中，動(dòng)力系統(tǒng)900的超級(jí)電容200：總電壓430VDC；總能量1KWH；鋰電池組100：總電壓348.8VDC；總能量69.76KWH；同步電機(jī)500：額定電壓380VAC；額定功率55KW、最大功率110KW。

本實(shí)用新型中，動(dòng)力電池100與超級(jí)電容200形成的混合能量源與三相交流永磁同步電機(jī)500驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相結(jié)合，組成基于混合能量源的一體化高效電機(jī)驅(qū)動(dòng)與制動(dòng)能量回收的動(dòng)力系統(tǒng)900，在電機(jī)500啟動(dòng)、加速時(shí)，該系統(tǒng)900提供瞬時(shí)大功率能量，電機(jī)500制動(dòng)、減速時(shí)該系統(tǒng)900最大限度回收電機(jī)500回饋的能量，同時(shí)通過控制器及硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)能量或功率在超級(jí)電容200與動(dòng)力電池100間的合理分配。該系統(tǒng)的功率能量流模型如圖2所示，其中，動(dòng)力電池100與高壓控制柜310之間的功率能量，超級(jí)電容200與高壓控制柜310之間的功率能量，高壓控制柜310與電機(jī)控制器510之間的功率能量，電機(jī)控制器510與同步電機(jī)500之間的功率能量均是雙向流動(dòng)的，即功率能量在這些部件之間可以正向，也可以反向流動(dòng)。而在動(dòng)力電池100之間與超級(jí)電容200之間，由于二極管800的作用，功率能量?jī)H能從超級(jí)電容200流動(dòng)到動(dòng)力電池100。具體來說，超級(jí)電容200可以單獨(dú)輸出能量經(jīng)高壓配電柜310、電機(jī)控制器510至同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)500；超級(jí)電容200可以與鋰電池100并聯(lián)輸出能量經(jīng)高壓配電柜310、電機(jī)控制器510至同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)500；鋰電池(動(dòng)力電池)100可以單獨(dú)輸出能量經(jīng)高壓配電柜310、電機(jī)控制器510至同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)500；制動(dòng)時(shí)，同步電機(jī)500產(chǎn)生制動(dòng)再生能量，此回收能量經(jīng)電機(jī)控制器510、高壓配電柜310，先行回電至超級(jí)電容200對(duì)其進(jìn)行快速充電，超級(jí)電容200電量充滿時(shí)，再回電至鋰電池100；車輛接近勻速行駛或需求功率較小加速行駛，此過程中，超級(jí)電容200因總電壓高于鋰電池100的電壓，超級(jí)電容的電量通過二級(jí)管800可以輸出給鋰電池。

為分別發(fā)揮該動(dòng)力系統(tǒng)900的動(dòng)力電池100與超級(jí)電容組200的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合它們各自獨(dú)立工作的特性，該動(dòng)力系統(tǒng)900工作時(shí)應(yīng)遵照下列準(zhǔn)則：

①電動(dòng)汽車啟動(dòng)或急加速時(shí)，主要由超級(jí)電容200提供能量給驅(qū)動(dòng)電機(jī)500，保持母線電壓穩(wěn)定(350VDC±10V)；當(dāng)超級(jí)電容200電壓降到與動(dòng)力電池100電壓相同(350V)時(shí)，電容200與電池100共同輸出電能，輸出整車所需動(dòng)力；

②電動(dòng)汽車在勻速或速度變化較小的工況時(shí)，由動(dòng)力電池100提供能量給驅(qū)動(dòng)電機(jī)500，保持母線電壓穩(wěn)定(350VDC±10V)；

③電動(dòng)汽車在剎車制動(dòng)時(shí)，由超級(jí)電容200首先以大電流快速吸收電機(jī)500回饋的能量，回收過程中當(dāng)超級(jí)電容200充滿電后，再給動(dòng)力電池100進(jìn)行回電。

根據(jù)以上工作準(zhǔn)則，該動(dòng)力系統(tǒng)900有下列四種工作模式：

①超級(jí)電容200單獨(dú)提供驅(qū)動(dòng)功率模式(工況描述：瞬時(shí)功率需求很大的車輛啟步和短時(shí)急加速(加速度≥0.3m/s2)過程。在30秒內(nèi)，超級(jí)電容200可提供最大300A電流，使同步電機(jī)500最大瞬時(shí)功率達(dá)110KW)，如圖3所示，箭頭指向?yàn)槟芰苛鲃?dòng)方向：超級(jí)電容200的能量流動(dòng)至整車控制器300(包括其中的高壓配電柜310)，再經(jīng)過電機(jī)控制器510，到達(dá)同步電機(jī)500，最后電機(jī)500將能量傳輸?shù)津?qū)動(dòng)橋600，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車。

②動(dòng)力電池100/超級(jí)電容200并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式(工況描述：較長(zhǎng)加速行駛、爬長(zhǎng)坡行駛。上述①超級(jí)電容單獨(dú)驅(qū)動(dòng)電機(jī)且需較長(zhǎng)加速行駛或爬長(zhǎng)坡行駛時(shí)間超過30秒以上，當(dāng)電容電壓降到與動(dòng)力電池總電壓相同的350V時(shí)，此時(shí)電池與電容并聯(lián)輸出電能，輸出整車所需動(dòng)力)，如圖4所示，兩組箭頭指向?yàn)槟芰苛鲃?dòng)方向：第一組箭頭超級(jí)電容200的能量流動(dòng)至整車控制器300(包括其中的高壓配電柜310)，再經(jīng)過電機(jī)控制器510，到達(dá)同步電機(jī)500；第二組箭頭動(dòng)力電池100的能量流動(dòng)至整車控制器300(包括其中的高壓配電柜310)，再經(jīng)過電機(jī)控制器510，到達(dá)同步電機(jī)500。兩組箭頭示意出超級(jí)電容與動(dòng)力電池同時(shí)供電的模式。最后電機(jī)500將能量傳輸?shù)津?qū)動(dòng)橋600，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車。

③動(dòng)力電池100單獨(dú)提供驅(qū)動(dòng)功率模式(工況描述：車輛巡航行駛或勻速平穩(wěn)行駛、需求功率較小加速行駛。本例中車輛速度在20KM/小時(shí)～60KM/小時(shí)內(nèi)接近勻速平穩(wěn)行駛，或加速度小于0.3m/s2，加速度值的設(shè)定還可以電子油門輸出電壓模擬量的變化量并在控制策略中定義。此過程中超級(jí)電容回收的能量根據(jù)整車控制能量管理策略可以向鋰電池提供)，如圖5所示，箭頭指向?yàn)槟芰苛鲃?dòng)方向：動(dòng)力電池100的能量流動(dòng)至整車控制器300(包括其中的高壓配電柜310)，再經(jīng)過電機(jī)控制器510，到達(dá)同步電機(jī)500。最后電機(jī)500將能量傳輸?shù)津?qū)動(dòng)橋600，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車。

④再生制動(dòng)模式(工況描述：車輛減速行駛、下坡行駛；回收能量先流向超級(jí)電容200再到動(dòng)力電池100，同時(shí)根據(jù)動(dòng)力電池100和超級(jí)電容200的SOC狀態(tài)由整車控制器來分配回收功率。本例中超級(jí)電容30秒內(nèi)最大回收電流達(dá)300A，一次最高可回收1KWH能量)，如圖6所示，箭頭指向?yàn)槟芰苛鲃?dòng)方向：制動(dòng)產(chǎn)生的能量從驅(qū)動(dòng)橋600返回電機(jī)500，電機(jī)500經(jīng)電機(jī)控制器510和整車控制器300回傳至超級(jí)電容200，帶超級(jí)電容200充滿電量后，剩余的能量分配傳輸至動(dòng)力電池100。將回收能量?jī)?chǔ)存在超級(jí)電容200和動(dòng)力電池100中用于后續(xù)的電動(dòng)汽車的使用。