CN102529675A - 电源装置、混合动力车辆控制***及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源装置、混合动力车辆控制***及控制方法，电源装置用于混合动力车辆，包括能量流控制器，连接该混合动力车辆的整车控制器，并根据该整车控制器输出的信号，进行充放电控制；动力电池，连接该能量流控制器；超级电容器，连接该能量流控制器；DC/DC转换器，连接该超级电容器，维持预定DC输出电压；其中，该动力电池与该超级电容器和该DC/DC转换器并联后向该混合动力车辆的驱动电机供电；该DC/DC转换器根据该能量流控制器的控制信号实现对该动力电池和动力电池的充放电控制。本发明能适应混合动力车辆行驶功率大幅度波动的要求，能满足整车加速及制动时对动力电源***的峰值功率要求。

Description

电源装置、混合动力车辆控制***及控制方法

技术领域

本发明涉及一种混合动力车辆，具体地说，是涉及用于混合动力车辆的电源装置，该电源装置能适应混合动力车辆行驶功率大幅度波动的要求。

本发明还涉及包含上述电源装置的混合动力车辆控制***及控制方法。

背景技术

目前混合动力车辆用的电源***主要是采用单一的动力电池，动力电池是混合动力汽车的核心部分，提高动力电池组的放电能量效率、延长动力电池的使用寿命以及提高再生制动能量的回收率是开发混合动力汽车的关键技术之一。

一方面，目前动力电池技术存在着比能量和比功率两者之间的制约关系，由于动力电池采用化学方法进行储能，使得动力电池瞬间充放大电流困难，导致制动能量回收不佳，进而对整车经济性不利；另一方面，在城市工况下车辆频繁加减速，导致动力电池频繁大电流充放电，降低了动力电池的能量效率和使用寿命，从而影响整车的能量效率和使用寿命。

发明内容

本发明的目的是为了克服动力电池比功率低、大电流充放电困难及效率低的不足之处，提供一种动力电源***。

为了实现上述目的，本发明提供的用于混合动力车辆的电源装置，包括能量流控制器，连接该混合动力车辆的整车控制器，并根据该整车控制器输出的信号，进行充放电控制；动力电池，连接该能量流控制器；超级电容器，连接该能量流控制器；DC/DC转换器，连接该超级电容器，维持预定DC输出电压；其中，该动力电池与该超级电容器和该DC/DC转换器并联后向该混合动力车辆的驱动电机供电；该DC/DC转换器根据该能量流控制器的控制信号实现对该动力电池和动力电池的充放电控制。

上述的电源装置，其中，该能量流控制器判断该驱动电机的工作状态，并根据该驱动电机的工作状态控制该DC/DC转换器的工作状态。

上述的电源装置，该DC/DC转换器包括：电感，一端连接该超级电容器的正极；第一调节开关及与该第一调节开关并联设置的第一二极管；第二调节开关及与该第二调节开关并联设置的第二二极管；其中，该电感的另一端分别连接该第一调节开关和该第一二极管的一端、该第二调节开关和该第二二极管的一端；该第一调节开关及该第一二极管的另一端连接该动力电池和超级电容器的负极；该第二调节开关和该第二二极管的另一端连接该动力电池的正极。

上述的电源装置，其中，该驱动电机的工作状态包括：加速，爬坡，减速和制动。

上述的电源装置，其中，该能量流控制器在该驱动电机的工作状态为加速或爬坡状态时，控制该第一调节开关闭合、该第二调节开关打开，所述超级电容器、电感、第一调节开关形成电流回路。

上述的电源装置，其中，在所述电流回路的电流变化率为零时，所述能量流控制器控制第一调节开关打开、第二调节开关打开。上述的电源装置，其中，该能量流控制器在该驱动电机的工作状态为减速或制动时，控制该第二调节开关闭合、该第一调节开关打开，所述第二调节开关、电感、电机、超级电容、动力电池构成电流回路。

上述的电源装置，其中，在所述电流回路的电流变化率为零时，所述能量流控制器控制第一调节开关打开、第二调节开关打开。

本发明还提供一种混合动力车辆控制***，包括整车控制器，与该整车控制器相连的电源装置、发动机控制器、电机控制器、离合器控制器和变速器控制器，该电源装置为上述的电源装置。

上述的混合动力车辆控制***对车辆进行控制的方法，包括如下步骤：

a、能量流控制器判断车辆的驱动电机工作状态的步骤；

b、根据判断结果，能量流控制器控制DC/DC转换器工作状态使超级电容器冲/放电步骤。

本发明的有益功效在于，车辆采用包括上述动力电源***的混合动力车辆控制***后，能适应混合动力车辆行驶功率大幅度波动的要求，通过能量流控制器控制调节开关的开与闭，进而控制超级电容的充放电，超级电容循环效率高，可以瞬间大功率充放电，从而能满足整车加速及制动时对动力电源***的峰值功率要求，降低了动力电池的峰值充放电电流，使得动力电池的充放电电流变化平缓，基本保持平均电流附近。提高了动力电池的能量效率和使用寿命，从而提高了整个动力***的能量效率和使用寿命。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的动力电源***结构图；

图2为本发明的混合动力车辆控制***结构图。

100电源装置

110能量流控制器

120动力电池

130超级电容器

140DC/DC转换器

200整车控制器

300发动机控制器

400电机控制器

500离合器控制器

600AMT控制器

30发动机

40电机

50离合器

60变速器

70主减速器

80差速器

90驱动轮

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。

参照图1结合参阅图2，本发明的用于混合动力车辆的电源装置100，包括能量流控制器110，连接该混合动力车辆的整车控制器200，并根据该整车控制器输出的信号，进行充放电控制；动力电池120，连接该能量流控制器110；超级电容器130，连接该能量流控制器110；DC/DC转换器140，连接该超级电容器130，维持预定DC输出电压；其中，该动力电池120与该超级电容器130和该DC/DC转换器140并联后向该混合动力车辆的驱动电机40供电；该DC/DC转换器140根据该能量流控制器的控制信号实现对该动力电池和动力电池的充放电控制。

DC/DC转换器140包括调节开关K1，调节开关K2、二极管D1、二极管D2和电感Lf，电感Lf一端连接该超级电容器的正极；调节开关K1与二极管D1并联设置；调节开关K2与二极管D2并联设置；电感Lf的调节开关K1，调节开关K2、二极管D1、二极管D2的一端；该调节开关K1及二极管D1的另一端连接动力电池和超级电容器的负极；该调节开关K2和二极管D2的另一端连接该动力电池的正极。

本发明的工作原理如下：在车辆加速或爬坡时，在保证电流变化率没有超出范围的前提下，通过能量流控制器110相应地调节调节开关K1的ON状态脉冲，控制超级电容器放电，协助动力电池给电机提供电能。随着超级电容器130持续的放电，当超级电容器130内部存储的能量下降到一定的限值时，动力电池120的电流逐渐增加，最终与驱动电机40电流相一致。此过程超级电容130对动力电池120起到功率缓冲的作用。在再生制动过程中，超级电容器130以最大可能的充电率进行充电，此过程由调节开关K2控制，这样就使得电机的小部分电流给动力电池充电，随着超级电容器达到满充时，来自电机40的电流就被缓慢地流入到动力电池。超级电容器130电流的表达式为：

$\frac{d^2{i}_c}{{\mathrm{dt}}^2}+\frac{R_c}{L_f}\frac{{\mathrm{di}}_c}{\mathrm{dt}}+\frac{1}{{\mathrm{CL}}_f}{i}_c=f\left(t\right)---\left(1\right)$

在状态1和状态4中，式(1)f(t)＝0

在状态2和状态3中，式(1)

注：i_c：流过超级电容器的瞬时电流

R_c：与超级电容器串联的电阻

R_b：电池电阻

C：超级电容器的电容值

L_f：电感Lf的电感值

i_L：流入驱动电机的电流值

上述中的状态1指的是调节开关K1闭合、调节开关K2打开期间(对应于后述的加速或爬坡状态中，超级电容器130、电感Lf和调节开关K1形成电流回路状态)；状态2指的是调节开关K1打开、调节开关K2打开期间(对应于后述的加速或爬坡状态中，存储在电感Lf中的能量通过二极管D2传递到电机40状态)；状态3指的是调节开关K2闭合、调节开关K1打开期间(对应于后述的减速或制动中，电感Lf、电机、超级电容、动力电池构成电流回路状态)；状态4指的是调节开关K2打开、调节开关K1打开期间(对应于后述的减速或制动中，存储在电感Lf中的能量通过二极管D1给超级电容器充电状态)。

本发明提供的混合动力车辆控制***，包括整车控制器200，与该整车控制器200相连的电源装置100、发动机控制器300、电机控制器400、离合器控制器500和变速器控制器600(简称ATM控制器)，电机控制器400与车辆的驱动电机40相连，离合器控制器500与车辆的离合器50相连，变速器控制器600与车辆的变速器60相连，变速器60连接主减速器70，主减速器70连接差速器80，差速器80与车辆的驱动轮90连接。其中，电源装置100为上述的电源装置。

包含有上述控制***的混合动力车辆行驶过程中的控制方法如下所述：

能量流控制器110接受整车控制器的信号，判断电机40的工作状态，以及整车对电机的瞬时能量需求。

加速或爬坡时，根据整车控制器200对电机能量的需求，能量流控制器实时控制调节开关的状态。动力电池120和超级电容器130放电过程中，通过控制调节开关K1闭合、调节开关K2打开，超级电容器130、电感Lf和调节开关K1形成电流回路(将电流回路中的电流定义为i_c)，电能存储在电感Lf中，此过程中i_c的变化率由大渐渐变小，电感Lf中存储的能量逐渐增加，当i_c的变化率减小到零时，电感Lf中存储的能量达到最大；在i_c的变化率为零时(即，整个电路达到平衡时)，能量流控制器110控制调节开关K1打开、调节开关K2打开，存储在电感Lf中的能量通过二极管D2传递到电机40，协助动力电池120给电机40供电。

减速或制动时，根据整车控制器200对电机能量的需求，能量流控制器110实时控制调节开关的状态。动力电池120和超级电容器130充电过程中，能量流控制器控制调节开关K2闭合、调节开关K1打开，调节开关K2、电感Lf、电机、超级电容、动力电池构成电流回路(将电路回路中的电流定义为i_c)，电流通过调节开关K2将电能存储在电感Lf中，此过程中i_c的变化率由大渐渐变小，电感Lf中存储的能量逐渐增加，当i_c的变化率减小到零时，电感Lf中存储的能量达到最大；在i_c的变化率为零时(即，整个电路达到平衡时)，能量流控制器110控制调节开关K2打开、K1打开，存储在电感Lf中的能量通过二极管D1给超级电容器充电。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于混合动力车辆的电源装置，其特征在于，包括

能量流控制器，连接该混合动力车辆的整车控制器，并根据该整车控制器输出的信号，进行充放电控制；

动力电池，连接该能量流控制器；

超级电容器，连接该能量流控制器；

DC/DC转换器，连接该超级电容器，维持预定DC输出电压；

其中，该动力电池与该超级电容器和该DC/DC转换器并联后向该混合动力车辆的驱动电机供电；该DC/DC转换器根据该能量流控制器的控制信号实现对该动力电池和动力电池的充放电控制。

2.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，该能量流控制器判断该驱动电机的工作状态，并根据该驱动电机的工作状态控制该DC/DC转换器的工作状态。

3.根据权利要求2所述的电源装置，其特征在于，该DC/DC转换器包括：

电感，一端连接该超级电容器的正极；

第一调节开关及与该第一调节开关并联设置的第一二极管；

第二调节开关及与该第二调节开关并联设置的第二二极管；

其中，该电感的另一端分别连接该第一调节开关和该第一二极管的一端、该第二调节开关和该第二二极管的一端；该第一调节开关及该第一二极管的另一端连接该动力电池和超级电容器的负极；该第二调节开关和该第二二极管的另一端连接该动力电池的正极。

4.根据权利要求3所述的电源装置，其特征在于，该驱动电机的工作状态包括：加速，爬坡，减速和制动。

5.根据权利要求4所述的电源装置，其特征在于，该能量流控制器在该驱动电机的工作状态为加速或爬坡状态时，控制该第一调节开关闭合、该第二调节开关打开，所述超级电容器、电感、第一调节开关形成电流回路。

6.根据权利要求5所述的电源装置，其特征在于，在所述电流回路的电流变化率为零时，所述能量流控制器控制第一调节开关打开、第二调节开关打开。

7.根据权利要求4所述的电源装置，其特征在于，该能量流控制器在该驱动电机的工作状态为减速或制动时，控制该第二调节开关闭合、该第一调节开关打开，所述第二调节开关、电感、电机、超级电容、动力电池构成电流回路。

8.根据权利要求7所述的电源装置，其特征在于，在所述电流回路的电流变化率为零时，所述能量流控制器控制第一调节开关打开、第二调节开关打开。

9.一种混合动力车辆控制***，包括整车控制器，与该整车控制器相连的电源装置、发动机控制器、电机控制器、离合器控制器和变速器控制器，该电源装置为权利要求1-8中任意一项所述的电源装置。

10.一种采用权利要求9所述混合动力车辆控制***对车辆进行控制的方法，该方法包括如下步骤：

a、能量流控制器判断车辆的驱动电机工作状态的步骤；

b、根据判断结果，能量流控制器控制DC/DC转换器工作状态使超级电容器冲/放电步骤。

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