車用復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種車用復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理方法，其中，該復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)包括相互并聯(lián)的電池組以及超級(jí)電容組，該能量管理方法包括以下步驟：根據(jù)車輛工作狀態(tài)，判斷該復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電狀態(tài)，當(dāng)該復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)處于充電狀態(tài)時(shí)，檢測(cè)所述超級(jí)電容組的電壓Vsc，并將該超級(jí)電容組的電壓Vsc與所述超級(jí)電容組的滿電電壓Vsc-max進(jìn)行比較：當(dāng)Vsc＜Vsc-max時(shí)，則將所述車輛制動(dòng)產(chǎn)生的再生制動(dòng)能量回收至所述超級(jí)電容組，當(dāng)Vsc=Vsc-max時(shí)，則將所述再生制動(dòng)能量回收至所述電池組。當(dāng)該復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)處于放電狀態(tài)時(shí)，根據(jù)所述超級(jí)電容組電壓Vsc以及該車輛的整車需求功率Pdemand來(lái)分配所述超級(jí)電容組以及電池組的輸出功率。
【專利說(shuō)明】車用復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種車用復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理方法，尤其涉及一種新能源車用復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的加重，新能源汽車逐漸得到發(fā)展，并一點(diǎn)點(diǎn)走進(jìn)了人們的生活，許多汽車廠商加大了新能源車的研發(fā)投入，并通過(guò)示范性運(yùn)營(yíng)等方式將產(chǎn)品推向市場(chǎng)。但是目前來(lái)說(shuō)，以電動(dòng)汽車為代表的新能源車仍然飽受質(zhì)疑，其中很大程度上是由于電池技術(shù)的瓶頸，目前的趨勢(shì)是采用鋰離子電池作為新能源汽車的儲(chǔ)能裝置，但鋰離子電池的價(jià)格還比較高，功率密度還不夠大，在實(shí)際使用過(guò)程中，壽命難以得到保證，需要定期更換，這樣會(huì)進(jìn)一步增加新能源汽車的使用成本。不可否認(rèn)，電池技術(shù)本身也在突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但是其目前的水平仍然難以符合實(shí)際的工程需求。
[0003]為了解決這一問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)中提出了復(fù)合儲(chǔ)能的概念，即將不同特性的儲(chǔ)能裝置結(jié)合在一個(gè)系統(tǒng)中，并充分發(fā)揮其各自的優(yōu)勢(shì)，在滿足實(shí)際需求的同時(shí)，保證各部件具有較好的使用工況，保證其使用壽命。其中比較典型的方案是將鋰離子電池和超級(jí)電容進(jìn)行結(jié)合，鋰離子電池具有大能量密度、低功率密度的特點(diǎn)，而超級(jí)電容正好相反，具有較高的功率密度，較長(zhǎng)的使用壽命，但是其能量密度較低。將二者結(jié)合，可以同時(shí)保證復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量密度、功率密度及耐久性達(dá)到要求。當(dāng)然，這需要一個(gè)合理的能量分配方法對(duì)電池、超級(jí)電容的輸出功率進(jìn)行調(diào)控。
[0004]復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的構(gòu)型可以分為被動(dòng)式、主動(dòng)式和半主動(dòng)式三種。被動(dòng)式構(gòu)型直接將電池、超級(jí)電容及總線并聯(lián)在一起，超級(jí)電容起到低通濾波器的作用對(duì)電池進(jìn)行濾波，其不具有控制自由度，因此超級(jí)電容不能得到充分利用，系統(tǒng)工作效果一般；主動(dòng)式構(gòu)型采用兩個(gè)雙向DC/DC控制器，分別將電池和超級(jí)電容同總線解耦，可以對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)的控制，系統(tǒng)具有兩個(gè)控制自由度，工作效果好，但是其成本較高；半主動(dòng)式構(gòu)型采用一個(gè)雙向DC/DC控制器將電池或者超級(jí)電容同總線解耦，具有一個(gè)控制自由度，可以實(shí)現(xiàn)絕大多數(shù)能量管理方法，并同時(shí)保證了系統(tǒng)的較低成本。
[0005]但目前簡(jiǎn)單有效地通過(guò)分配電池、超級(jí)電容的功率輸出的能量管理方法仍然較少。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，確有必要提供一種簡(jiǎn)單有效地車用復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理方法。
[0007]—種車用復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理方法，其中，該復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)包括電池組以及超級(jí)電容組，該能量管理方法包括以下步驟:根據(jù)車輛工作狀態(tài)，判斷該復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電狀態(tài)，當(dāng)該復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)處于充電狀態(tài)時(shí)，檢測(cè)所述超級(jí)電容組的電壓Vs。，并將該超級(jí)電容組的電壓Vs。與所述超級(jí)電容組的滿電電壓Vs_ax進(jìn)行比較:當(dāng)VscXVsc^max時(shí)，則將所述車輛制動(dòng)產(chǎn)生的再生制動(dòng)能量回收至所述超級(jí)電容組，當(dāng)Vsc=Vtmax時(shí)，則將所述再生制動(dòng)能量回收至所述電池組。當(dāng)該復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)處于放電狀態(tài)時(shí)，根據(jù)所述超級(jí)電容組電壓vs。以及該車輛的整車需求功率Ptaand來(lái)分配所述超級(jí)電容組以及電池組的輸出功率，具體包括以下步驟:設(shè)定所述超級(jí)電容組的工作閾值功率Pmin以及該超級(jí)電容組的安全電壓Vsc-safe ；比較所述整車需求功率Pdemand和所述工作閾值功率Pmin，同時(shí)比較所述超級(jí)電容組電壓vs。和所述安全電壓V一:若Pd_d>Pmin，且H-safe，則設(shè)定所述電池組的輸出功率為Pmin,所述超級(jí)電容組的輸出功率為Pd_d-Pmin ;若Pdemand ( Pmin,且Vsc>vsc;_safe，則設(shè)定所述電池組的輸出功率為pd_d，所述超級(jí)電容組的輸出功率為O ;若vsc;〈vsc;_safe，則設(shè)定所述電池組的輸出功率為Ρ<!_η(1+ΡΑ，其中Pttaiand提供給該車輛，Pch為給所述超級(jí)電容組充電的功率。
[0008]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實(shí)施例提供的車用復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理方法中，在所述復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)充電時(shí)通過(guò)檢測(cè)超級(jí)電容組的電壓來(lái)優(yōu)先為所述超級(jí)電容組充電，在放電時(shí)，根據(jù)所述超級(jí)電容組的電壓以及車輛的整車需求功率來(lái)分配所述超級(jí)電容組和電池組的輸出功率。該能量管理方法簡(jiǎn)單、有效，可以合理的分配復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)中電池組和超級(jí)電容組之間的功率，可充分利用所述超級(jí)電容組存儲(chǔ)的能量，分擔(dān)所述電池組的工作壓力，進(jìn)而延長(zhǎng)電池組的壽命。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的半主動(dòng)式復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)構(gòu)型示意圖。
[0010]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的主動(dòng)式復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)構(gòu)型示意圖。
[0011]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的車用復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理方法的流程圖。
[0012]主要元件符號(hào)說(shuō)明

合儲(chǔ)能系統(tǒng)1100、200 "
電池組10
_電容組沅
DC/DC 控制器 30、30Α、30Β
~

龜壓傳感器 —50
裏統(tǒng)控制器 _60
藤器—70_
電機(jī)180
如下【具體實(shí)施方式】將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。

【具體實(shí)施方式】
[0013]下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的車用復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理方法作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0014]請(qǐng)參閱圖1-3，本發(fā)明實(shí)施例提供的車用復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理方法包括以下步驟:
步驟一，根據(jù)車輛工作狀態(tài)，判斷該復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電狀態(tài)，當(dāng)該復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)處于充電狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行步驟二，以及當(dāng)該復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)處于放電狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行步驟三；
步驟二，檢測(cè)所述超級(jí)電容組的電壓vs。，并將該超級(jí)電容組的電壓vs。與所述超級(jí)電容組的滿電電壓V_ax進(jìn)行比較:當(dāng)VscXVtmax時(shí)，則將所述車輛制動(dòng)產(chǎn)生的再生制動(dòng)能量回收至所述超級(jí)電容組，當(dāng)Vsc=Vtmax時(shí)，則將所述再生制動(dòng)能量回收至所述電池組； 步驟三，根據(jù)所述超級(jí)電容組電壓vs。以及該車輛的整車需求功率Pdanand來(lái)分配所述超級(jí)電容組以及電池組的輸出功率，具體包括以下步驟:
S31，設(shè)定所述超級(jí)電容組的工作閾值功率Pmin以及該超級(jí)電容組的安全電壓V—；S32，比較所述整車需求功率Pdemand和所述工作閾值功率Pmin，同時(shí)比較所述超級(jí)電容組電壓Vs。和所述安全電壓


Vsc—safe ?
S33，若Pd_d>Pmin，且Hsaie,則設(shè)定所述電池組的輸出功率為Pmin,所述超級(jí)電容組的輸出功率為 Pdemand Pmin ?
S34，若Pd_d ( Pmin，且Vsc>Vsc;_safe，則設(shè)定所述電池組的輸出功率為Pd_d，所述超級(jí)電容組的輸出功率為O ;
S35，若Hsaie,則設(shè)定所述電池組的輸出功率為Pdaiiant^Pdl,其中Pdraiand提供給該車輛，Pch為給所述超級(jí)電容組充電的功率。
[0015]該能量管理方法可適用于采用電池組和超級(jí)電容組的復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)。該復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)可以為主動(dòng)式或半主動(dòng)式。請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明第一實(shí)施例提供一種半主動(dòng)式復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)100，該半主動(dòng)式復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)100包括電池組10、超級(jí)電容組20、DC/DC控制器30、總線40、電壓傳感器50、系統(tǒng)控制器60、逆變器70以及電機(jī)80。
[0016]所述電池組10直接并聯(lián)在總線40上。該電池組10可包括一個(gè)或多個(gè)電池單體。當(dāng)包括多個(gè)電池單體時(shí)，該多個(gè)電池單體之間可并聯(lián)、串聯(lián)或串并聯(lián)，根據(jù)需要輸出的功率來(lái)設(shè)計(jì)。所述電池單體的類型可根據(jù)需要來(lái)選擇，如可以為鋰離子電池。
[0017]所述超級(jí)電容組20與所述電池組10并聯(lián)到所述總線40上，所述超級(jí)電容組20與所述DC/DC控制器30并聯(lián)，并通過(guò)該DC/DC控制器30并聯(lián)在所述總線40上。該超級(jí)電容組20可包括一個(gè)或多個(gè)超級(jí)電容，當(dāng)包括多個(gè)超級(jí)電容時(shí)，該多個(gè)超級(jí)電容之間并聯(lián)、串聯(lián)或串并聯(lián)，根據(jù)需要輸出的功率來(lái)設(shè)計(jì)。所述DC/DC控制器30用于調(diào)節(jié)所述超級(jí)電容組20的輸出功率。本發(fā)明實(shí)施例中該DC/DC控制器30為雙向DC/DC控制器。所述電壓傳感器50可用于檢測(cè)所述所述超級(jí)電容組20的電壓，并傳輸?shù)剿鱿到y(tǒng)控制器60中。此外，該電壓傳感器50也可以檢測(cè)所述電池組10的電壓。所述系統(tǒng)控制器60根據(jù)所述電池組10以及超級(jí)電容組20的電壓變化來(lái)分配所述電池組10和超級(jí)電容組的目標(biāo)輸出功率。所述逆變器70對(duì)所述電池組10以及超級(jí)電容組20輸出的電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換，傳輸給所述電機(jī)80以提供給車輛使用。
[0018]請(qǐng)進(jìn)一步參閱圖2，本發(fā)明第二實(shí)施例提供了一種主動(dòng)式復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)200。該主動(dòng)式復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)200的構(gòu)型與所述半主動(dòng)式復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)100的構(gòu)型基本相同，區(qū)別在于，該主動(dòng)式復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)200包括兩個(gè)DC/DC控制器30A和30B。該兩個(gè)DC/DC控制器30A和30B分別與所述電池組10和超級(jí)電容組20并聯(lián)，用于分別控制所述電池組10和超級(jí)電容組20的功率輸出。
[0019]在上述步驟一中，可根據(jù)車輛的工作狀態(tài)來(lái)判斷所述復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電狀態(tài)。具體地，當(dāng)車輛處于驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí)(即ρ?>0)，所述復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)就處于放電狀態(tài)，當(dāng)車輛制動(dòng)時(shí)(即pd_nd〈o)，所述復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)就處于充電狀態(tài)。
[0020]在上述步驟二中，所述電壓Vs。是指實(shí)時(shí)檢測(cè)到的所述超級(jí)電容組的實(shí)際電壓。所述滿電電壓Vs_ax顧名思義即為該超級(jí)電容組充滿電后的電壓。車輛可收集由于制動(dòng)產(chǎn)生的再生能量，從而在車輛處于制動(dòng)時(shí)，可將該再生能量給所述復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)充電，在本發(fā)明實(shí)施例中，優(yōu)先給所述超級(jí)電容組充電，即只要超級(jí)電容沒(méi)有充滿(Vs。小于vs_ax)，就將能量全部回收至超級(jí)電容組，當(dāng)所述超級(jí)電容組充滿后，再將剩余的再生能量回收至所述電池組，采用這種方式可有效地緩解所述電池組的工作壓力，并盡可能減小所述電池組的充電頻率和充電電流。
[0021]在上述步驟三中，所述整車需求功率Pdemand是指車輛在驅(qū)動(dòng)時(shí)所需的功率。所述超級(jí)電容組的工作閾值功率Pmin為一恒定的功率，其值遠(yuǎn)小于所述電池組和超級(jí)電容各自的最大輸出功率。以使所述電池組盡可能在小于Pmin范圍內(nèi)進(jìn)行工作，來(lái)達(dá)到保護(hù)所述電池組的目的。優(yōu)選地，所述工作閾值功率Pmin小于70%的所述超級(jí)電容組的最大輸出功率，同時(shí)小于70%的所述電池組的最大輸出功率。更為優(yōu)選地，所述工作閾值功率Pmin小于40%的所述超級(jí)電容組的最大輸出功率，同時(shí)小于50%的所述電池組的最大輸出功率。
[0022]所述安全電壓Vsc;_safe相對(duì)于所述超級(jí)電容組的滿電電壓Vs_ax適中，以保證該安全電壓Isafe避免所述超級(jí)電容組電壓過(guò)低導(dǎo)致工作時(shí)效率變差。優(yōu)選地，所述安全電壓Vsc-safe與所述超級(jí)電容組的滿電電壓vs_ax的比例關(guān)系可以為Vsc^: Vsc_fflax=0.0.6:1。更為優(yōu)選地，所述安全電壓Vtsafe與所述滿電電壓Vsc_max的比例關(guān)系為0.5:1。
[0023]當(dāng)Vsc<Vsc_saie時(shí)，表明所述超級(jí)電容組即將過(guò)放，因此，需要對(duì)該超級(jí)電容組充電，可根據(jù)該超級(jí)電容組的實(shí)際電壓Vs。來(lái)確定所述電池組需要給所述超級(jí)電容組充電的功率
P
Γ ch0
[0024]本發(fā)明實(shí)施例提供的車用復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理方法中，在所述復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)充電時(shí)通過(guò)檢測(cè)所述超級(jí)電容組的電壓來(lái)優(yōu)先為所述超級(jí)電容組充電，在放電時(shí)，根據(jù)所述超級(jí)電容組的電壓以及車輛的整車需求功率來(lái)分配所述超級(jí)電容組合電池組的輸出功率。該能量管理方法簡(jiǎn)單、有效，可以合理的分配復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)中電池組和超級(jí)電容組之間的功率，可充分利用所述超級(jí)電容組存儲(chǔ)的能量，分擔(dān)所述電池組的工作壓力，進(jìn)而延長(zhǎng)電池組的壽命。
[0025]另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種車用復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理方法，其中，該復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)包括相互并聯(lián)的電池組以及超級(jí)電容組，該能量管理方法包括以下步驟: 步驟一，根據(jù)車輛工作狀態(tài)，判斷該復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電狀態(tài)，當(dāng)該復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)處于充電狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行步驟二，以及當(dāng)該復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)處于放電狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行步驟三； 步驟二，檢測(cè)所述超級(jí)電容組的電壓vs。，并將該超級(jí)電容組的電壓vs。與所述超級(jí)電容組的滿電電壓V_ax進(jìn)行比較:當(dāng)VscXVtmax時(shí)，則將所述車輛制動(dòng)產(chǎn)生的再生制動(dòng)能量回收至所述超級(jí)電容組，當(dāng)Vsc=Vtmax時(shí)，則將所述再生制動(dòng)能量回收至所述電池組； 步驟三，根據(jù)所述超級(jí)電容組電壓vs。以及該車輛的整車需求功率Pdanand來(lái)分配所述超級(jí)電容組以及電池組的輸出功率，具體包括以下步驟: 設(shè)定所述超級(jí)電容組的工作閾值功率Pmin以及該超級(jí)電容組的安全電壓； 比較所述整車需求功率Pdemand和所述工作閾值功率Pmin，同時(shí)比較所述超級(jí)電容組電壓Vsc和所述安全電壓

Vsc—safe ? 若Pd_d>Pmin，且vsc>vsc-safe，則設(shè)定所述電池組的輸出功率為Pmin,所述超級(jí)電容組的輸出功率為 Pdemand-Pmin ； 若P—彡P(guān)min,且Hs*，則設(shè)定所述電池組的輸出功率為Pdemand,所述超級(jí)電容組的輸出功率為O; 若vs,s。-safe，則設(shè)定所述電池組的輸出功率為其中Pdemand提供給該車輛，Pdl為給所述超級(jí)電容組充電的功率。
2.如權(quán)利要求1所述的車用復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理方法，其特征在于，所述安全電壓V一與所述超級(jí)電容組的滿電電壓vs_ax的比值為Vsafe:vs_ax=0.0.6:1。
3.如權(quán)利要求2所述的車用復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理方法，其特征在于，V.V =O 5.1sc-safe.sc-max* 丄0
4.如權(quán)利要求1所述的車用復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理方法，其特征在于，所述工作閾值功率Pmin小于70%的所述超級(jí)電容組的最大輸出功率，同時(shí)小于70%的所述電池組的最大輸出功率。
5.如權(quán)利要求1所述的車用復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理方法，其特征在于，所述復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)為王動(dòng)式或半王動(dòng)式復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】B60L11/18GK104163116SQ201410371974
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】宋子由, 李建秋, 方川, 歐陽(yáng)明高 申請(qǐng)人:清華大學(xué)