專利名稱：基于雙電壓復合儲能系統的增程式電動汽車能量分配方法
技術領域：
本發明涉及電動汽車，尤其是基于雙電壓復合儲能系統的增程式電動汽車，更具體地，涉及基于雙電壓復合儲能系統的增程式電動汽車能量分配方法。
背景技術：
純電動汽車具有節能、低噪聲、零排放等突出優點，是電動汽車發展的重要方向之一，但是由于目前階段充電站建設的限制，純電動汽車受到續駛里程的制約，難以得到市場的認可。國家鼓勵發展混合動力電動汽車，而增程式電動汽車是混合動力電動汽車的重要方向。增程式電動汽車是一種特殊的純電動汽車，其通過蓄電池和內燃機作為驅動裝置的動力源，分割了用電與用油的時間，增加了純電動車的續駛里程，又兼具了混合動力車的特點。
儲能系統作為增程式電動車的及關鍵組成部分，是其獲得最優動力性、燃油經濟性的功能實現部件之一。雙電壓復合儲能系統是一種具有兩種能量存儲介質，兩個電壓平臺的儲能系統。一種存儲介質是具有低比功率、不支持大電流充放電的蓄電池，而另一種存儲介質則是具有高比功率、支持大電流充放電的超級電容器。兩種存儲介質之間通過二極管連接，保證電流只能由蓄電池流向超級電容器，而不能由超級電容器流向蓄電池，這就使儲能系統存在兩個電壓等級平臺，超級電容器電壓可能高于蓄電池，同時保證增程式電動車在行車過程中，大電流充電完全由超級電容器承擔。
由于雙電壓復合儲能系統的特殊性，裝有此種儲能系統的增程式電動車需要有專門的能量分配方法。
現有技術方案現有增程式電動車因采用的儲能系統相對較簡單(或為單一的蓄電池儲能系統，或為蓄電池直接并接超級電容器的復合儲能系統)，其能量分配方法如下夜間或閑時通過地面充電機或充電樁給蓄電池充電。車輛行駛過程中，當蓄電池電量相對較充足時，增程式以純電動車方式行駛，此時APU系統停機，動力系統能量來源完全來自儲能系統；而當蓄電池電量不足時，APU系統啟動，輸出恒定的功率，當APU系統功率輸出無法滿足動力系統功率需求時，動力系統能量由儲能系統及APU系統共同承擔；當APU系統功率輸出可以滿足動力系統功率需求時，動力系統能量完全有APU系統承當。
現有增程式電動車因采用的儲能系統結構相對較簡單，當蓄電池電量充足時，由于車輛工作在純電動工作模式，此時因蓄電池為動力系統唯一能量來源，車輛在驅動或制動過程中可能導致蓄電池長時間處于大電流充放電狀態，對蓄電池形成較大的損害，影響蓄電池壽命。當蓄電池電量不足，APU系統開始工作，此時因大部分能量都將流經儲能系統， 最后再傳遞到動力系統，在此過程中，因儲能系統充放電效率相對較低，APU系統輸出的能量將有相當一部分在儲能系統充放電過程中被儲能系統消耗掉，從而要求APU系統輸出更多的能量，不利于燃油消耗率的降低。
因此有必要對現有技術進行改進。發明內容
本發明的目的是針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種基于雙電壓復合儲能系統的增程式電動汽車能量分配方法，對復合儲能系統、APU系統的能量進行合理分配，以得到最優的動力性、燃油經濟性，降低能耗，同時對儲能系統進行有效保護。
本發明為達到發明目的采用的技術方案為基于雙電壓復合儲能系統的增程式電動汽車能量分配方法，在蓄電池和超級電容器之間設置二極管，且二極管的導通方向使得能量只能由蓄電池流向超級電容器，通過檢測整車運行狀態、發動機運行狀態、APU系統運行狀態、蓄電池電壓和超級電容器電壓，對發動機、APU系統、蓄電池、超級電容器能量流動進行控制，決定整車的能量分配。
車輛運行在驅動狀態，檢測到超級電容器電壓高于蓄電池電壓，則由超級電容器提供動力系統的所需全部能量，車輛以純電動模式行駛，此時APU系統處于停機或怠速的狀態；當檢測到超級電容器電壓不高于蓄電池電壓，則發動機自動啟動，APU系統開始發電，此時由蓄電池、超級電容器、APU系統共同提供動力系統所需能量，車輛以增程式模式行駛，APU系統能量直接輸出至動力系統。
APU系統能量輸出方式如下整車動力系統有功率需求時，APU系統持續輸出固定功率；動力系統無功率需求時，APU系統不輸出任何功率。同時，對儲能系統電壓進行判斷， 當電壓高于APU功率輸出上限電壓時，APU停止功率輸出；當電壓低于APU功率輸出下限電壓時，APU輸出固定功率。
車輛運行在制動狀態，檢測到APU系統處于停機狀態，則車輛以純電動模式制動行駛，整車制動能量回收至超級電容器；檢測到APU系統處于怠速或運行狀態時，如果超級電容器電壓高于APU停機電壓上限，則車輛以純電動模式制動行駛，此時APU系統自動停機，整車制動能量回收至超級電容器；如果超級電容器電壓低于APU停機電壓下限，則車輛以增程式模式制動行駛，APU系統處于怠速狀態，整車制動能量回收至超級電容器。
以超級電容器能夠滿足從車輛從起步加速到勻速行駛這一過程的最低電壓等級作為所述APU停機電壓上限。
本發明的有益效果在于1、檢測表明整車運行狀態、發動機運行狀態、APU系統運行狀態、蓄電池電壓、超級電容器電壓等信號，由整車控制器主動對整車能量進行分配控制，解決了現有技術中正車內能量流向雜亂無章的問題；2、蓄電池和超級電容器之間設有二極管，使得電能只能由蓄電池流向超級電容器，完全由超級電容器承擔儲能系統的大電流充放電，保證蓄電池一直處于小電流工作狀態，對蓄電池形成有效的保護；3、同時因蓄電池只放電不充電，有效地減少蓄電池充放電次數，明顯提高了蓄電池使用壽命；4、因APU能量直接輸出至整車動力系統，從而大幅度提高了能量傳遞效率；同時通過超級電容器最大限度吸收整車制動能量，并得以再生利用，能夠有效減少燃油消耗量，降低能耗。


圖1為整車處于驅動狀態的能量分配流程圖；圖2、圖3、圖4為整車處于驅動狀態不同情況下的能量分配示意圖； 圖5為整車處于制動狀態時，其能量分配流程圖；圖6為整車處于制動狀態時，其能量分配示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式
來進一步闡述本發明。
基于雙電壓復合儲能系統的增程式電動汽車能量分配方法，在蓄電池和超級電容器之間設置二極管，且二極管的導通方向使得能量只能由蓄電池流向超級電容器，通過檢測整車運行狀態、發動機運行狀態、APU系統運行狀態、蓄電池電壓和超級電容器電壓，對發動機、APU系統、蓄電池、超級電容器能量流動進行控制，決定整車的能量分配。
如圖1所示，車輛運行在驅動狀態，檢測到超級電容器電壓高于蓄電池電壓，則由超級電容器提供動力系統的所需全部能量，車輛以純電動模式行駛，APU系統處于怠速或是停機狀態，不輸出能量，其能量流動方式如2所示。
檢測到超級電容器電壓等于蓄電池電壓且發動機停機，當超級電容器電壓等于蓄電池電壓時，由APU系統、蓄電池、超級電容器共同為整車動力系統提供能量。在此過程中， 當超級電容器電壓達到APU系統出功下限點后，若整車動力系統仍然有能量需求，則此時 APU系統以恒定轉速恒定功率給整車動力系統和超級電容器輸出功率，保證APU系統中發動機處于最佳經濟工作點。當整車動力系統功率需求小于APU系統功率輸出時，APU系統同時對超級電容器及整車動力系統提供能量，其能量流圖如圖3所示；當整車動力系統功率需求大于APU系統功率輸出時，則由蓄電池、超級電容器、APU系統同時對整車動力系統提供能量，其能量流圖如圖4所示。
一般情況下，增程式電動車在啟動時，超級電容器電壓高于蓄電池電壓，此時整車從啟動到加速再到勻速，在啟動到加速階段，整車動力系統能量來源幾乎由超級電容提供； 最后勻速階段，整車動力系統能量來源由APU系統提供大部分能量、超級電容器、蓄電池共同提供小部分能量，蓄電池輸出功率小，這使蓄電池工作在小電流放電區間，起到保護蓄電池的作用。
當增程式電動車在啟動時，超級電容器電壓基本等于蓄電池電壓時，從起步到加速過程中，整車動力系統能量來源大部分由蓄電池及超級電容器共同提供，為了保護蓄電池，整車控制會通過電壓對整車動力系統功率需求進行相應限制，保證蓄電池工作在允許的電流范圍內；當整車進入勻速階段時，APU系統為整車的主要能量來源，蓄電池、超級電容器提供小部分能量。
如圖5所示，當增程式電動車處于制動狀態時，整車動力系統制動回收的能量全部存儲在超級電容中，當超級電容器電壓達到一定的電壓上限值時，APU系統將自動停機， 此時增程式電動車工作在純電動模式。該電壓上限值的選定要求，增程式電動車在驅動過程中，超級電容器可用能量能夠滿足其完成從起步加速到勻速行駛這一過程，以防止APU 系統的頻繁啟動對發動機造成損害。其能量流圖如圖6所示。
權利要求
1.基于雙電壓復合儲能系統的增程式電動汽車能量分配方法，其特征在于，在蓄電池和超級電容器之間設置二極管，且二極管的導通方向使得能量只能由蓄電池流向超級電容器，通過檢測整車運行狀態、發動機運行狀態、APU系統運行狀態、蓄電池電壓和超級電容器電壓，對發動機、APU系統、蓄電池、超級電容器能量流動進行控制，決定整車的能量分配。
2.根據權利要求1所述能量分配方法，其特征在于，車輛運行在驅動狀態，檢測到超級電容器電壓高于蓄電池電壓，則由超級電容器提供動力系統的所需全部能量，車輛以純電動模式行駛，此時APU系統處于停機或怠速的狀態。
3.根據權利要求1所述能量分配方法，其特征在于，車輛運行在驅動狀態，檢測到超級電容器電壓不高于蓄電池電壓，則發動機自動啟動，APU系統開始發電，此時由蓄電池、超級電容器、APU系統共同提供動力系統所需能量，車輛以增程式模式行駛，APU系統能量直接輸出至動力系統。
4.根據權利要求1所述能量分配方法，其特征在于，APU系統能量輸出方式如下整車動力系統有功率需求時，APU系統持續輸出固定功率；動力系統無功率需求時，APU系統不輸出任何功率；同時，對儲能系統電壓進行判斷，當電壓高于APU功率輸出上限電壓時，APU 停止功率輸出；當電壓低于APU功率輸出下限電壓時，APU輸出固定功率。
5.根據權利要求1所述能量分配方法，其特征在于，車輛運行在制動狀態，檢測到APU 系統處于停機狀態，則車輛以純電動模式制動行駛，整車制動能量回收至超級電容器。
6.根據權利要求1所述能量分配方法，其特征在于，車輛運行在制動狀態，檢測到APU 系統處于怠速或運行狀態，如果超級電容器電壓高于APU停機電壓上限，則車輛以純電動模式制動行駛，此時APU系統自動停機，整車制動能量回收至超級電容器；如果超級電容器電壓低于APU停機電壓下限，則車輛以增程式模式制動行駛，APU系統處于怠速狀態，整車制動能量回收至超級電容器。
7.根據權利要求6所述能量分配方法，其特征在于，以超級電容器能夠滿足從車輛從起步加速到勻速行駛這一過程的最低電壓等級作為所述APU停機電壓上限。
全文摘要
本發明公開了一種基于雙電壓復合儲能系統的增程式電動汽車能量分配方法，在蓄電池和超級電容器之間設置二極管，且二極管的導通方向使得能量只能由蓄電池流向超級電容器，通過檢測整車運行狀態、發動機運行狀態、APU系統運行狀態、蓄電池電壓和超級電容器電壓，對發動機、APU系統、蓄電池、超級電容器能量流動進行控制，決定整車的能量分配。
文檔編號B60L7/10GK102501778SQ20121000296
公開日2012年6月20日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者劉凌, 劉文洲, 張斌斌, 李晟, 王坤俊, 王文明, 蔣時軍, 裴海靈 申請人:湖南南車時代電動汽車股份有限公司