專利名稱：一種汽車的混合能量存儲裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車能量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種汽車混合能量存儲裝置。
背景技術(shù)：
近年來，由于能源危機和環(huán)境污染，世界各地均在投入巨資開發(fā)新能源，并應用于汽車上發(fā)展形成多種能源共生的混合動力汽車。多種能量相互作用的車隨著行駛狀態(tài)的改變，頻繁的切換儲能裝置的工作狀態(tài)，儲能裝置的動態(tài)轉(zhuǎn)變性能的好壞，直接決定汽車動力系統(tǒng)的響應速度。現(xiàn)有的儲能單元很多有超級電容、動力電池、太陽能電池、沼氣電池等等， 在控制儲能單元的相互轉(zhuǎn)換和應用上就需要混合能量儲存裝置，混合能量儲存裝置是將兩個或多個能量儲存裝置組合在一起，使每一個能量儲存裝置都能顯示其優(yōu)點，并使其缺點可由其他的能量儲存裝置予以補償。通常，對電動車而言，很難做到高比能量，高比功率的電池，但是通過兩種或多種能量儲存裝置組合在一起，可以組合成高比能量，高比功率的混合能量儲存裝置，滿足車輛的使用環(huán)境。但是如何實現(xiàn)混合儲能裝置與負載之間的有效結(jié)合，方便可靠的實現(xiàn)二者能量的高效傳輸還處于研究階段。所謂的DC/DC交換器的輸入、輸出端口調(diào)換后仍可完成電壓變換功能，功率不僅可以從輸入端流向輸出端，也能從輸出端流向輸出端，從基本的變換器拓撲來看，用雙向開關(guān)替換了單向開關(guān)，從而可實現(xiàn)能量的雙向流動。且中國專利文獻公開了申請?zhí)枮?01120052511. X的一種直流高壓雙向DC/DC變換器儲能裝置，該裝置包括燃料電池、DC/DC變換器、三相逆變器；燃料電池、DC/DC變換器、 三相逆變器、電動機依次串聯(lián)連接，在DC/DC變換器和三相逆變器之間并聯(lián)連接雙向DC/DC 變換器，所述雙向DC/DC變換器與能量存儲單元串聯(lián)連接。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，彌補了汽車啟動、加速時電池所提供的瞬時功率不足。但該裝置還存在在以下不足1、該裝置在多個儲能單元時，仍然需要并聯(lián)多個DC/DC變換器進行儲能，結(jié)構(gòu)不夠簡單，占用汽車空間大，且能量轉(zhuǎn)變動態(tài)性能不高；2、該裝置在多個儲能單元時，需要多個通訊裝置，成本較高；3、該裝置需要多個裝置進行控制，增加控制難度，不便于集中管理，增加了多個儲能裝置和負載之間的有效結(jié)合的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有的技術(shù)存在上述問題，提出了一種汽車混合能量存儲裝置，該能量存儲裝置能夠通過單個DC/DC變換器實現(xiàn)多個能量存儲單元之間的有效結(jié)合，便于儲能裝置和負載之間的能量控制。本發(fā)明通過下列技術(shù)方案來實現(xiàn)一種汽車混合能量存儲裝置，包括用于存儲或產(chǎn)生汽車內(nèi)各種能量的若干個儲能單元、具有若干個端口的多端口雙向DC/DC變換器和用于把直流電轉(zhuǎn)換成交流電的逆變器，所述的若干個儲能單元和逆變器分別依次連接于多端口雙向DC/DC變換器，所述的多端口雙向DC/DC變換器用于實現(xiàn)若干個儲能單元之間、儲能單元和負載之間的連接和通訊。
在汽車行駛的不同路況下，若干個儲能單元之間的能量通過多端口雙向DC/DC變換器進行調(diào)整，能實現(xiàn)多干個儲能單元之間、儲能單元和負載之間的連接和通訊，有效的控制對負載的能量最佳供給和存儲方案。節(jié)約能源，同時單個多端口雙向DC/DC變換器同步實現(xiàn)多個能量的傳遞，提高能量的控制效率。在上述的汽車混合能量存儲裝置中，所述的多端口雙向DC/DC變換器包括若干個輸入級組合式電路和輸出級電路，所述的輸入級組合式電路和輸出級電路通過多繞組的高頻變壓器進行連接。選用具有若干個輸入級組合式電路可根據(jù)實際車輛中的儲能單元的不同形式，如動力電池、超級電容、太陽能電池、燃料電池等多種能量在車輛的混合應用。實現(xiàn)了一個多端口雙向DC/DC變換器就能控制多個能量的輸出。在上述的汽車混合能量存儲裝置中，所述的輸入級組合式電路包括若干個相同的低壓半橋電路，所述的低壓半橋電路的輸出端與高頻變壓器初級線圈串聯(lián)連接。每個輸入級儲能單元通過低壓半橋電路進行整流成直流電，直流電通過高頻變壓器升壓。半橋整流電路產(chǎn)生具有半波的間斷脈動的直流電，作為混合能量存儲裝置的輸入端使用半橋整流對儲能單元之間的充放電效果更好。在上述的汽車混合能量存儲裝置中，所述的輸出級電路為高壓半橋電路，所述的高壓半橋電路輸入端與高頻變壓器的次級線圈串聯(lián)連接。儲能單元的能量通過高頻變壓器升壓后通過高壓半橋電路整流輸出。在上述的汽車混合能量存儲裝置中，所述的每一個低壓半橋電路包括上部IGBT 和下部IGBT，所述的上部IGBT的源極與下部IGBT的漏極串聯(lián)連接，所述的下部IGBT的漏極和源極通過電感連接于儲能單元；所述的上部IGBT的漏極與下部IGBT的源極之間串聯(lián)連接有兩個電容，上部IGBT的源極串聯(lián)電感和上部IGBT的漏極串聯(lián)電容與高頻變壓器初級線圈連接形成低壓半橋電路的輸出回路。每一個低壓半橋電路通過與控制單元連接IGBT 的門極的通斷來控制儲能單元的能量輸出或輸入。這個就可以多個低壓半橋電路控制多個儲能單元，同時半橋整流電路產(chǎn)生具有半波的間斷脈動的直流電，作為混合能量存儲裝置的輸入端使用半橋整流對儲能單元之間的充放電效果更好。在上述的汽車混合能量存儲裝置中，所述的每一個高壓半橋電路包括上部IGBT 和下部IGBT，所述的上部IGBT的源極與下部IGBT的漏極串聯(lián)連接，所述的上部IGBT的漏極與下部IGBT的源極之端并聯(lián)連接有兩個串聯(lián)連接的電容，上部IGBT的源極和上部IGBT 的漏極串聯(lián)電容與高頻變壓器次級線圈連接形成高壓半橋電路的輸入回路，所述的上部 IGBT的漏極與下部IGBT的源極還并聯(lián)連接有第三電容，所述第三電容為退耦電容，第三電容的兩端用于連接負載的輸出端。通過高頻變壓器變壓后產(chǎn)生的高壓電流進行再次半波整流，使高壓電更加平滑穩(wěn)定，適用負載用電。第三電容為退耦電容并接于輸出電路的正負極之間，可防止電路通過電源內(nèi)阻形成的正反饋通路而引起的寄生振蕩。在上述的汽車混合能量存儲裝置中，所述的每一個IGBT的漏極和源極之間還并聯(lián)連接有二極管和電容，所述的二極管在每一個IGBT的漏極和源極為反向連接。當電流流過IGBT的漏極和源極并聯(lián)的二級管和電容實現(xiàn)整流。在上述的汽車混合能量存儲裝置中，所述的多端口雙向DC/DC變換器包含具有 2-4輸入級低壓半橋電路與相匹配的高頻變壓器初級線圈串聯(lián)組合。在上述的汽車混合能量存儲裝置中，所述的多端口雙向DC/DC變換器通過直流母線與逆變器的輸入端連接，逆變器通過交流母線輸出。通過直流母線和交流母線進行連接減少了車輛內(nèi)的電線束。現(xiàn)有技術(shù)相比，本汽車混合能量存儲裝置供電裝置具有以下優(yōu)點1、本汽車混合能量存儲裝置通過一個多端口雙向DC/DC變換器實現(xiàn)多個不同儲能單元與負載之間的能量轉(zhuǎn)換。使不同的儲能單元的優(yōu)點得到充分的發(fā)揮，且不同的儲能單元不足可以相互彌補，從而延長了各儲能單元的循環(huán)壽命。2、本汽車混合能量存儲裝置通過控制多個輸入級的半橋電路的整流和變壓再半橋整流輸出，具有相同的橋式電路，實現(xiàn)了多個儲能單元和負載之間電能的雙向流動。3、本汽車混合能量存儲裝置通過一個多端口雙向DC/DC變換器就能實現(xiàn)多個不同的能量變換和傳輸，使多個儲能單元有效結(jié)合，便于汽車內(nèi)能量的集中管理和控制4、本汽車混合能量存儲裝置充分利用半橋電路的特性，不僅使整個能量存儲裝置更加簡單易實現(xiàn)，減少占用汽車空間，同時能量之間的傳輸效率更高。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是基于多端口雙向DC/DC變換器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是二端口雙向DC/DC變換器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、多端口雙向DC/DC變換器；2、逆變器；A、直流母線；B、交流母線；TR、高頻變壓器。
具體實施例方式以下是本發(fā)明的具體實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的描述， 但本發(fā)明并不限于這些實施例。如圖1，圖2所示，本汽車混合能量存儲裝置包括用于存儲或產(chǎn)生汽車內(nèi)各種能量的若干個儲能單元、具有若干個端口的多端口雙向DC/DC變換器1和用于把直流電轉(zhuǎn)換成交流電的逆變器2，若干個儲能單元和逆變器分別依次連接于多端口雙向DC/DC變換器， 多端口雙向DC/DC變換器用于實現(xiàn)若干個儲能單元之間、儲能單元和負載之間的連接和通訊。多端口雙向DC/DC變換器1通過直流母線A與逆變器2的輸入端連接，逆變器2通過交流母線B輸出。多端口雙向DC/DC變換器1包括若干個輸入級組合式電路和輸出級電路，輸入級組合式電路和輸出級電路通過多繞組的高頻變壓器TR進行連接。輸入級組合式電路包括若干個相同的低壓半橋電路，低壓半橋電路的輸出端與高頻變壓器初級線圈串聯(lián)連接；輸出級電路為高壓半橋電路，高壓半橋電路輸入端與高頻變壓器TR的次級線圈串聯(lián)連接。多端口雙向DC/DC變換器1的最優(yōu)選包含具有2-4輸入級低壓半橋電路與相匹配的高頻變壓器TR初級線圈串聯(lián)組合。如圖3所示，詳細闡述具有兩個端口的雙向口 DC/DC變換器的結(jié)構(gòu)原理和連接方式，一個低壓半橋電路包括上部IGBT Q1和下部IGBT仏，上部IGBT Q1的源極與下部IGBT A的漏極串聯(lián)連接，下部IGBT仏的漏極和源極通過電感L1連接于儲能單元Vinl ；上部IGBT A的漏極與下部IGBT A的源極之間串聯(lián)連接有兩個電容CpC6，上部IGBT Gl1的源極串聯(lián)電感L2和上部IGBT Q1的漏極串聯(lián)電容C1與高頻變壓器TR初級線圈連接形成低壓半橋電路的輸出回路，作為下一個電路的電源Vs，或下部IGBTO3的漏極串聯(lián)電感1^2和下部IGBT Q3的源極串聯(lián)電容C6與高頻變壓器TR初級線圈連接形成低壓半橋電路的輸出回路。第二個低壓半橋電路與上述的低壓半橋電路元器件和連接電路相同，包括上部IGBT Q4和下部IGBT Q6,上部IGBT Q4的源極與下部IGBT Q6的漏極串聯(lián)連接，下部IGBT Q6的漏極和源極通過電感L3連接于儲能單元Vin2 ；上部IGBT A的漏極與下部IGBT %的源極之間串聯(lián)連接有兩個電容C8、C13，上部IGBT Q4的源極串聯(lián)電感L4和上部IGBT Q4的漏極串聯(lián)電容C8與高頻變壓器TR另一初級線圈連接形成低壓半橋電路的輸出回路，或下部IGBT Q6的漏極串聯(lián)電感 L4和下部IGBT Q6的源極串聯(lián)電容C13與高頻變壓器TR初級線圈連接形成低壓半橋電路的輸出回路。在上述的每一個IGBT仏、03力4力6的漏極和源極之間還分別并聯(lián)連接有二極管 D1^ D3> D4, D6和電容C2、C5、C9、C12，二極管D^ D3、D4, D6在每一個IGBT的漏極和源極為反向連接，儲能單元Vinl和儲能單元Vin2為不相同的儲能單元。每一個高壓半橋電路包括上部IGBT Q2和下部IGBT Gl5，上部IGBT Q2的源極與下部IGBT Q5的漏極串聯(lián)連接，上部IGBT Q2的漏極與下部IGBT Q5的源極之端并聯(lián)連接有兩個串聯(lián)連接的電容C4、C10，上部IGBT Q2的源極和上部IGBT Q2的漏極串聯(lián)電容與高頻變壓器TR次級線圈連接形成高壓半橋電路的輸入回路，上部IGBT ( 的漏極與下部IGBT Q5 的源極還并聯(lián)連接有第三電容C7，第三電容C7為退耦電容，第三電容C7的兩端為用于連接負載的輸出端。在上述的IGBT %、A的漏極和源極之間還并聯(lián)連接有二極管D2、D5和電容 C3、C11, 二極管D2、D5在每一個IGBT的漏極和源極為反向連接。上述并聯(lián)于IGBT發(fā)射極和漏極并聯(lián)連接的電容Cp C6 C8, C13、C4、C10為中和電容，用于克服IGBT極間電容而引起的自激振蕩。本裝置采用多端口雙向的DC/DC變換器1實現(xiàn)了每個輸入端與輸出端之間的雙向功率流動，可以適用二種或多種不同的儲能單元，如動力電池和超級電容器之間的有效結(jié)合，或者動力電池、超級電容器和太陽能電池之間能量的有效結(jié)合，甚至采用燃料電池等， 根據(jù)可以多端口雙向的DC/DC變換器1的相應個數(shù)的輸入級可以實現(xiàn)多個不同儲能單元之間的有效結(jié)合。儲能單元的能量通過多端口雙向的DC/DC變換器1控制輸出有效電能，再通過逆變器2進行轉(zhuǎn)換成交流電源，提供給車輛的負載。本裝置只需一個多端口雙向DC/DC 變換器1對不同的儲能裝置進行集中控制和管理，結(jié)構(gòu)簡單，方便通訊，并且可以彌補各儲能裝置的不足，發(fā)揮其優(yōu)點，延長各儲能裝置的使用壽命。同時，可以實現(xiàn)多個儲能裝置之間的不同的組合。以下列舉具有兩個和三個不同儲能單元的汽車混合能量存儲裝置的工作原理如下(1)以多端口雙向的DC/DC變換器1實現(xiàn)動力鋰電池和超級電容器的兩者有效結(jié)合。當車輛加速、爬坡時，超級電容器和動力電池分別通過多端口雙向的DC/DC變換器1的相應半橋電路的控制輸出統(tǒng)一的直流高壓電，直流高壓電經(jīng)直流母線傳輸給逆變器進行逆變轉(zhuǎn)換成高壓交流電，再通過交流母線向負載傳送電能，控制兩個儲能單元同時給負載供電，實現(xiàn)高功率狀態(tài)下的高效率和高性能；當車輛需求功率低時如巡航狀態(tài)時，只需動力電池向負載提供電能，且動力電池多余的能量可對超級電容器充電，通過多端口雙向的DC/DC 變換器的特定結(jié)構(gòu)，可雙向傳輸能量，實現(xiàn)低功率時的最優(yōu)能量供應模式，恢復超級電容器在高功率狀態(tài)時失去的電荷量；當再生制動時，峰值功率將主要由超級電容器進行吸收，而僅有限部分為動力鋰電池吸收。該裝置利用了動力鋰電池高比能量、超級電容器高比功率的特點，發(fā)揮了兩者的優(yōu)點，彌補其不足，具有高比能量，高比功率，長使用壽命等優(yōu)點。(2)利用多端口雙向的DC/DC變換器1實現(xiàn)為動力鋰電池、超級電容器和太陽能電池三者組成混合能量儲存裝置。當車輛加速、爬坡時，超級電容器、動力電池、太陽能同時向負載傳送功率；當車輛需求功率低時如巡航狀態(tài)時，動力電池和太陽能電池將向負載傳送功率，并對超級電容器充電，恢復其在高功率狀態(tài)時失去的電荷量；當再生制動時，峰值功率將主要由超級電容器進行吸收，而僅有限部分為動力鋰電池吸收。另外，此結(jié)構(gòu)中太陽能電池受光照影響較大，當在光照條件好的時候，太陽能電池可以對動力鋰電池進行充電，補充能量的損失。在正常情況下，通過動力鋰電池來提供較低的連續(xù)功率，出現(xiàn)大電流的負荷脈動時，通過超級電容器來提供瞬時峰值功率，從而大幅度提高該儲能系統(tǒng)的性能，通過各個系統(tǒng)之間的互補，延長儲能系統(tǒng)的使用壽命。本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。盡管本文較多地使用了多端口雙向DC/DC變換器1、逆變器2、直流母線A、交流母線B、高頻變壓器TR等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。
權(quán)利要求
1.一種汽車混合能量存儲裝置，其特征在于，包括用于存儲或產(chǎn)生汽車內(nèi)各種能量的若干個儲能單元、具有若干個端口的多端口雙向DC/DC變換器(1)和用于把直流電轉(zhuǎn)換成交流電的逆變器O)，所述的若干個儲能單元和逆變器(2)分別依次連接于多端口雙向DC/ DC變換器(1)，所述的多端口雙向DC/DC變換器(1)用于實現(xiàn)若干個儲能單元之間、儲能單元和負載之間的連接和通訊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車混合能量存儲裝置，其特征在于，所述的多端口雙向DC/ DC變換器(1)包括若干個輸入級組合式電路和輸出級電路，所述的輸入級組合式電路和輸出級電路通過多繞組的高頻變壓器(TR)進行連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的汽車混合能量存儲裝置，其特征在于，所述的輸入級組合式電路包括若干個相同的低壓半橋電路，所述的低壓半橋電路的輸出端與高頻變壓器(TR) 初級線圈串聯(lián)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的汽車混合能量存儲裝置，其特征在于，所述的輸出級電路為高壓半橋電路，所述的高壓半橋電路輸入端與高頻變壓器(TR)的次級線圈串聯(lián)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的汽車混合能量存儲裝置，其特征在于，所述的每一個低壓半橋電路包括上部IGBT和下部IGBT，所述的上部IGBT的源極與下部IGBT的漏極串聯(lián)連接， 所述的下部IGBT的漏極和源極通過電感連接于儲能單元；所述的上部IGBT的漏極與下部 IGBT的源極之間串聯(lián)連接有兩個電容，上部IGBT的源極串聯(lián)電感和上部IGBT的漏極串聯(lián)電容與高頻變壓器(TR)初級線圈連接形成低壓半橋電路的輸出回路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的汽車混合能量存儲裝置，其特征在于，所述的每一個高壓半橋電路包括上部IGBT和下部IGBT，所述的上部IGBT的源極與下部IGBT的漏極串聯(lián)連接， 所述的上部IGBT的漏極與下部IGBT的源極之端并聯(lián)連接有兩個串聯(lián)連接的電容，上部 IGBT的源極和上部IGBT的漏極串聯(lián)電容與高頻變壓器(TR)次級線圈連接形成高壓半橋電路的輸入回路，所述的上部IGBT的漏極與下部IGBT的源極還并聯(lián)連接有第三電容，所述第三電容為退耦電容，第三電容的兩端用于連接負載的輸出端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的汽車混合能量存儲裝置，其特征在于，所述的每一個IGBT的漏極和源極之間還并聯(lián)連接有二極管和電容，所述的二極管在每一個IGBT的漏極和源極為反向連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的汽車混合能量存儲裝置，其特征在于，所述的多端口雙向DC/ DC變換器(1)包含具有2-4輸入級低壓半橋電路與相匹配的高頻變壓器(TR)初級線圈串聯(lián)組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車混合能量存儲裝置，其特征在于，所述的多端口雙向DC/ DC變換器(1)通過直流母線(A)與逆變器( 的輸入端連接，逆變器( 通過交流母線(B) 輸出。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種汽車的混合能量存儲裝置，屬于汽車能量技術(shù)領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有技術(shù)中的混合能量存儲裝置控制難度高，不便集中管理，多個儲能單元和負載之間的有效結(jié)合具有難度的問題。本汽車混合能量存儲裝置包括用于存儲或產(chǎn)生汽車內(nèi)各種能量的若干個儲能單元、具有若干個端口的多端口雙向DC/DC變換器和用于把直流電轉(zhuǎn)換成交流電的逆變器，若干個儲能單元和逆變器分別依次連接于多端口雙向DC/DC變換器，多端口雙向DC/DC變換器用于實現(xiàn)若干個儲能單元之間、儲能單元和負載之間的連接和通訊。本能量存儲裝置能夠通過單個DC/DC變換器實現(xiàn)多個能量存儲單元之間的有效結(jié)合，便于儲能裝置和負載之間的能量控制。
文檔編號H02J7/35GK102570571SQ20121001154
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者吳成明, 李田田, 由毅, 趙福全, 金啟前 申請人:浙江吉利控股集團有限公司, 浙江吉利汽車研究院有限公司