專利名稱：電動車雙電源管理系統及方法
技術領域：
本發明關于一種電動車電源管理系統及方法，特別是涉及一種電動車雙電源管理系統及方法。
背景技術：
傳統純電動汽車中，一般使用蓄電池作為電動車的能量源，這種情況下，蓄電池作為唯一的能量源，承擔著車輛的全部功率負荷。這種結構對電池的冷起動時間、耐起動循環次數、對負荷變化的響應等都提出了很高的要求。為了降低成本、延長壽命，電池需盡量穩定工作于低電流、且啟動或剎車不太頻繁的條件下，這大大限制了純電動汽車的加速、爬坡等動力性能和能量回收 性能。
發明內容
為克服上述現有技術存在的不足，本發明之目的在于提供一種電動車雙電源管理系統及方法，利用超級電容器具有比功率高、循環壽命長、能存儲大量電荷并且充放電迅速的特點，通過將超級電容器與蓄電池并聯使用，有效地彌補了蓄電池低比功率、不支持大放電電流等不足。為達上述及其它目的，本發明提出一種電動車雙電源管理系統，該電動車包括逆變器及電機，該雙電源管理系統至少包括:蓄電池組，通過電力電子開關連接于該逆變器；電力電子開關，在獲得的PWM信號控制下控制該畜電池組充放電及關斷；超級電容器組，蓄電池組、超級電容器組、電力電子開關、雙向DC-DC變換器以及數字信號處理器，通過雙向DC-DC變換器連接于該逆變器；雙向DC-DC變換器，在獲得的PWM信號控制下進行正反兩個方向升降壓工作；以及數字信號處理器，與該蓄電池組、該超級電容器組、該電機、油門及剎車以及該逆變器與該電力電子開關、該雙向DC-DC變換器之間的直流母線均連接，以對獲得的蓄電池組電壓檢測信號、超級電容檢測信號、電機轉速信號、油門及剎車信號以及電流信號進行處理，產生控制該電力電子開關及該雙向DC-DC變換器的PWM信號。進一步地，該雙電源管理系統還包括一驅動器，連接于該數字信號處理器及該電力電子開關、該雙向DC-DC變換器之間，以把該數字信號處理器產生的PWM信號送給該電力電子開關及該雙向DC-DC變換器。進一步地，該電力電子開關包括2個IGBT和2個與IGBT串聯的電力二極管，該蓄電池組，另一測連接該直流母線。進一步地，該雙向DC-DC變換器包括4個IGBT、4個與分別與該4個IGBT反向并聯的電力二極管以及一個儲能電感，其組成正反兩個方向都可以進行升降壓工作的拓撲結構。
進一步地，該驅動器為IGBT驅動器，與該電力電子開關、該雙向DC-DC變換器上的各個IGBT均相連，把由該數字信號處理器產生的PWM信號送給各個IGBT的門極。進一步地，該蓄電池組為鋰電池組。進一步地，該數字信號處理器具有PWM模塊及AD模塊。為達到上述及其他目的，本發明還提供一種電動車雙電源管理方法，包括如下步驟步驟一，數字信號處理器獲得油門及剎車踏板的油門及剎車信號、電機轉速信號、蓄電池組電壓檢測信號、超級電容檢測信號以及直流母線的電流信號，并對該些信號進行處理產生相應的PWM信號；以及步驟二，驅動器將該PWM信號傳送至電力電子開關及雙向DC-DC變換器，以控制蓄電池組及超級電容器組相應工作。進一步地，于步驟二中，當車輛起步時，該PWM信號控制該電力電子開關關斷而由該超級電容器組優先大電流放電，啟動汽車；當汽車以巡航速度行駛時，在保證汽車正常行駛的條件下，該PWM信號控制該電力電子開關及該雙向DC-DC變換器優先讓該蓄電池組單獨工作；當汽車急加速行駛時，該PWM信號控制該電力電子開關及該雙向DC-DC變換器使該蓄電池組和該超級電容器組同時工作；當汽車制動減速時，電動機再生電流經該雙向DC-DC變換器后，該PWM信號控制該電力電子開關及該雙向DC-DC變換器優先向該超級電容器組充電，多余部分能量給該蓄電池組充電。進一步地，當汽車急加速行駛時，采用控制策略調節蓄電池組和超級電容器組輸出電流的比例，限制兩者電流的輸出，以延長它們的壽命。與現有技術相比，本發明一種電動車雙電源管理系統及方法利用超級電容器具有比功率高、循環壽命長、存儲大量電荷且充放電迅速、能夠在電動汽車加速時提供足夠高的峰值電流、制動時回收能量等特點，將其與蓄電池組并聯使用，并采用數字信號處理器控制雙向DC-DC變換器，進而控制超級電容器充放電，形成純電動車的雙電源供電系統，不僅提高了電源系統工作效率，而且可以有效地彌補蓄電池低比功率、不支持大放電電流等不足，有效降低電動汽車的能量消耗率，提高回收能量和能量利用效率。
圖1為本發明一種電動車雙電源管理系統的架構不意圖；圖2為本發明較佳實施例中電力電子開關的結構示意圖；圖3為本發明較佳實施例中雙向DC-DC變換器的結構示意圖；圖4為本發明一種電動車雙電源管理方法的步驟流程圖。
具體實施例方式以下通過特定的具體實例并結合
本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭示的內容輕易地了解本發明的其它優點與功效。本發明亦可通過其它不同的具體實例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基于不同觀點與應用，在不背離本發明的精神下進行各種修飾與變更。圖1為本發明一種電動車雙電源管理系統的架構示意圖。如圖1所示，本發明之一種電動車雙電源管理系統，電動車包括自身的動力:逆變器3及電機8，在本發明較佳實施例中，逆變器3為三相全橋逆變器，電機8為交流異步電機或永磁同步電機，本發明之電動車雙電源管理系統至少包括:蓄電池組1、電力電子開關2、超級電容器組5、雙向DC-DC變換器4、數字信號處理器(DSP) 7以及驅動器6。其中蓄電池組I及超級電容器組5為兩個能量源，蓄電池組I通過電力電子可開關2連接于逆變器3，在本發明較佳實施例中，蓄電池組I為鋰電池組；電力電子開關2在驅動器6送來的PWM(脈沖寬度調制)信號控制下控制畜電池組I充放電及關斷，在本發明較佳實施例中，電力電子開關2包括2個IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)和2個與IGBT串聯的電力二極管，如圖2所示，當需要鋰電池組放電時PWM信號控制SO打開，另一路關斷；當為鋰電池充電時，動作剛好相反關斷S0，打開SA ;不需要鋰電池組工作時兩個開關SO，SA都關斷。雙向DC-DC變換器4連接于超級電容器組5及逆變器3之間，以在驅動器6送來的PWM(脈沖寬度調制)信號控制下進行正反兩個方向升降壓工作，在本發明較佳實施例，雙向DC-DC變換器為雙向級聯式Buck-Boost變換器，其由4個IGBT (S1/S2/S3/S4)和4個與IGBT反向并聯的電力二極管(D1/D2/D3/D4)及一個儲能電感L組成，雙向Buck-Boost變換器的兩種拓撲正反兩個方向工作方式下都可以進行升降壓工作，輸入輸出電壓可靈活調節，雙向級聯式Buck-Boost變換器的電感平均電流值和紋波電流值、電容紋波電流值以及IGBT組件的電流應力相對更低。數字信號處理器(DSP)7與蓄電池組1、超級電容器組5、電機8、油門及剎車(未示出)以及逆變器3與電力電子開關2、雙向DC-DC變換器4之間的直流母線DC-BUS均連接，以對獲得的蓄電池組電壓檢測信號、超級電容檢測信號、電機轉速信號、油門及剎車信號以及電流信號進行處理，產生控制電力電子開關2及雙向DC-DC變換器4的PWM信號，在本發明較佳實施例中，采用的DSP運算速度快，適合進行復雜的算法設計，并且具有PWM模塊及AD模塊；驅動器6與數字信號處理器7、電力電子開關2及雙向DC-DC變換器4連接，以把數字信號處理器7產生的PWM信號送給電力電子開關2及雙向DC-DC變換器4，在本發明較佳實施例中，驅動器6為IGBT的驅動器，與各個電力電子開關2、雙向DC-DC變換器4的IGBT相連，把由數字信號處理器7產生的PWM信號送給各個IGBT的門極。以下將通過一具體例子來說明本發明之電動車雙電源管理系統的工作原理。如電動車剎車時，數字信號處理器(DSP) 7檢測到剎車踏板傳來的油門及剎車信號9，由于要避免鋰電池的短時頻繁充放電，以及讓這部分能量快速保存，采用策略為優先向超級電容器組5充電，多余的再給鋰電池組I充電。電動機工作在發電機的狀態，能量經過逆變器3的整流，變為直流送到直流母線上(DC-BUS)，為了快速回收這部分能量，電力電子開關2的兩個IGBT同時關斷，S3由DSP7經IGBT驅動器6送入PWM信號，S4關斷，SI開，S2關斷，這樣就進行了雙向Buck-Boost變換器降壓，把能量存儲在超級電容器組5中。當DSP7檢測超級電容器組5充滿后，如果檢測還有反方向的電流信號傳來，再打開鋰電池組I的充電開關SA，為鋰電池組I充電，這樣解決了只有蓄電池工作時能量回收效率低，反復充放電降低使用壽命的問題。圖4為本發明一種電動車雙電源管理方法的步驟流程圖。如圖4所示，本發明一種電動車雙電源管理方法，包括如下步驟:
步驟401，數字信號處理器獲得油門及剎車踏板的油門及剎車信號、電機轉速信號、蓄電池組電壓檢測信號、超級電容檢測信號以及直流母線的電流信號，并對該些信號進行處理產生相應的PWM信號；步驟402，驅動器將PWM信號傳送至電力電子開關及雙向DC-DC變換器，以控制蓄電池組及超級電容器組相應工作；于步驟402中，當車輛起步時，該PWM信號控制電力電子開關關斷而由超級電容器組優先大電流放電，啟動汽車；當汽車以巡航速度行駛時，在保證汽車正常行駛的條件下，PWM信號控制電力電子開關及雙向DC-DC變換器優先讓蓄電池組單獨工作；當汽車急加速行駛時，PWM信號控制電力電子開關及雙向DC-DC變換器使蓄電池組和超級電容器組同時工作，輸出大電流滿足電動機高功率需求，同時采用控制策略準確地調節蓄電池組和超級電容器組輸出電流的比例，限制兩者電流的輸出，以延長它們的壽命；當汽車制動減速時，電動機再生電流經DC-DC功率變換器后，根據控制策略，PWM信號控制電力電子開關及雙向DC-DC變換器優先向超級電容器組充電，多余部分能量給蓄電池組充電。綜上所述，本發明一種電動車雙電源管理系統及方法利用超級電容器具有比功率高、循環壽命長、存儲大量電荷且充放電迅速、能夠在電動汽車加速時提供足夠高的峰值電流、制動時回收能量等特點，將其與蓄電池組并聯使用，并采用數字信號處理器控制雙向DC-DC變換器，進而控制超級電容器充放電，形成純電動車的雙電源供電系統，不僅提高了電源系統工作效率，而且可以有效地彌補蓄電池低比功率、不支持大放電電流等不足，有效降低電動汽車的能量消耗率，提高回收能量和能量利用效率。上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何本領域技術人員均可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本發明的權利保護范圍，應如權利要求書所列。
權利要求
1.一種電動車雙電源管理系統，該電動車包括逆變器及電機，該雙電源管理系統至少包括: 蓄電池組，通過電力電子開關連接于該逆變器； 電力電子開關，在獲得的PWM信號控制下控制該畜電池組充放電及關斷； 超級電容器組， 蓄電池組、超級電容器組、電力電子開關、雙向DC-DC變換器以及數字信號處理器，通過雙向DC-DC變換器連接于該逆變器； 雙向DC-DC變換器，在獲得的PWM信號控制下進行正反兩個方向升降壓工作；以及 數字信號處理器，與該蓄電池組、該超級電容器組、該電機、油門及剎車以及該逆變器與該電力電子開關、該雙向DC-DC變換器之間的直流母線均連接，以對獲得的蓄電池組電壓檢測信號、超級電容檢測信號、電機轉速信號、油門及剎車信號以及電流信號進行處理，產生控制該電力電子開關及該雙向DC-DC變換器的PWM信號。
2.如權利要求1所述的一種電動車雙電源管理系統，其特征在于:該雙電源管理系統還包括一驅動器，連接于該數字信號處理器及該電力電子開關、該雙向DC-DC變換器之間，以把該數字信號處理器產生的PWM信號送給該電力電子開關及該雙向DC-DC變換器。
3.如權利要求2所述的一種電動車雙電源管理系統，其特征在于:該電力電子開關包括2個IGBT和2個與IGBT串聯的電力二極管，該蓄電池組，另一測連接該直流母線。
4.如權利要求3所述的一種電動車雙電源管理系統，其特征在于:該雙向DC-DC變換器包括4個IGBT、4個與分別與該4個IGBT反向并聯的電力二極管以及一個儲能電感，其組成正反兩個方向都可以進行升降壓工作的拓撲結構。
5.如權利要求4所述的一種電動車雙電源管理系統，其特征在于:該驅動器為IGBT驅動器，與該電力電子開關、該雙向DC-DC變換器上的各個IGBT均相連，把由該數字信號處理器產生的PWM信號送給各個IGBT的門極。
6.如權利要求1所述的一種電動車雙電源管理系統，其特征在于:該蓄電池組為鋰電池組。
7.如權利要求1所述的一種電動車雙電源管理系統，其特征在于:該數字信號處理器具有PWM模塊及AD模塊。
8.—種電動車雙電源管理方法，包括如下步驟 步驟一，數字信號處理器獲得油門及剎車踏板的油門及剎車信號、電機轉速信號、蓄電池組電壓檢測信號、超級電容檢測信號以及直流母線的電流信號，并對該些信號進行處理產生相應的PWM信號；以及 步驟二，驅動器將該PWM信號傳送至電力電子開關及雙向DC-DC變換器，以控制蓄電池組及超級電容器組相應工作。
9.如權利要求8所述的一種電動車雙電源管理方法，其特征在于:于步驟二中，當車輛起步時，該PWM信號控制該電力電子開關關斷而由該超級電容器組優先大電流放電，啟動汽車；當汽車以巡航速度行駛時，在保證汽車正常行駛的條件下，該PWM信號控制該電力電子開關及該雙向DC-DC變換器優先讓該蓄電池組單獨工作；當汽車急加速行駛時，該PWM信號控制該電力電子開關及該雙向DC-DC變換器使該蓄電池組和該超級電容器組同時工作；當汽車制動減速時，電動機再生電流經該雙向DC-DC變換器后，該PWM信號控制該電力電子開關及該雙向DC-DC變換器優先向該超級電容器組充電，多余部分能量給該蓄電池組充電。
10.如權利要求9所述的一種電動車雙電源管理方法，其特征在于:當汽車急加速行駛時，采用控制策略調節蓄電池組和超級電容器組輸出電流的比例，限制兩者電流的輸出，以延長它們的壽 命。
全文摘要
本發明公開了一種電動車雙電源管理系統及方法，該系統包括蓄電池組，通過電力電子開關連接于該逆變器；電力電子開關，在獲得的PWM信號控制下控制該畜電池組充放電及關斷；超級電容器組，通過雙向DC-DC變換器連接于該逆變器；雙向DC-DC變換器，在獲得的PWM信號控制下進行正反兩個方向升降壓工作；以及數字信號處理器，與該蓄電池組、該超級電容器組、該電機、油門及剎車以及該逆變器與該電力電子開關、該雙向DC-DC變換器之間的直流母線均連接，以產生控制該電力電子開關及該雙向DC-DC變換器的PWM信號，本發明通過將超級電容器組與蓄電池并聯使用，有效地彌補了蓄電池低比功率、不支持大放電電流等不足。
文檔編號B60R16/023GK103171452SQ201310122178
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月9日 優先權日2013年4月9日
發明者鄭翔, 高雅潔, 穆佩紅, 費長雨, 趙州, 陳文韜 申請人:上海電機學院