专利名称：电动车双电源管理系统及方法
技术领域：
本发明关于一种电动车电源管理系统及方法，特别是涉及一种电动车双电源管理系统及方法。
背景技术：
传统纯电动汽车中，一般使用蓄电池作为电动车的能量源，这种情况下，蓄电池作为唯一的能量源，承担着车辆的全部功率负荷。这种结构对电池的冷起动时间、耐起动循环次数、对负荷变化的响应等都提出了很高的要求。为了降低成本、延长寿命，电池需尽量稳定工作于低电流、且启动或刹车不太频繁的条件下，这大大限制了纯电动汽车的加速、爬坡等动力性能和能量回收 性能。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种电动车双电源管理系统及方法，利用超级电容器具有比功率高、循环寿命长、能存储大量电荷并且充放电迅速的特点，通过将超级电容器与蓄电池并联使用，有效地弥补了蓄电池低比功率、不支持大放电电流等不足。为达上述及其它目的，本发明提出一种电动车双电源管理系统，该电动车包括逆变器及电机，该双电源管理系统至少包括:蓄电池组，通过电力电子开关连接于该逆变器；电力电子开关，在获得的PWM信号控制下控制该畜电池组充放电及关断；超级电容器组，蓄电池组、超级电容器组、电力电子开关、双向DC-DC变换器以及数字信号处理器，通过双向DC-DC变换器连接于该逆变器；双向DC-DC变换器，在获得的PWM信号控制下进行正反两个方向升降压工作；以及数字信号处理器，与该蓄电池组、该超级电容器组、该电机、油门及刹车以及该逆变器与该电力电子开关、该双向DC-DC变换器之间的直流母线均连接，以对获得的蓄电池组电压检测信号、超级电容检测信号、电机转速信号、油门及刹车信号以及电流信号进行处理，产生控制该电力电子开关及该双向DC-DC变换器的PWM信号。进一步地，该双电源管理系统还包括一驱动器，连接于该数字信号处理器及该电力电子开关、该双向DC-DC变换器之间，以把该数字信号处理器产生的PWM信号送给该电力电子开关及该双向DC-DC变换器。进一步地，该电力电子开关包括2个IGBT和2个与IGBT串联的电力二极管，该蓄电池组，另一测连接该直流母线。进一步地，该双向DC-DC变换器包括4个IGBT、4个与分别与该4个IGBT反向并联的电力二极管以及一个储能电感，其组成正反两个方向都可以进行升降压工作的拓扑结构。
进一步地，该驱动器为IGBT驱动器，与该电力电子开关、该双向DC-DC变换器上的各个IGBT均相连，把由该数字信号处理器产生的PWM信号送给各个IGBT的门极。进一步地，该蓄电池组为锂电池组。进一步地，该数字信号处理器具有PWM模块及AD模块。为达到上述及其他目的，本发明还提供一种电动车双电源管理方法，包括如下步骤步骤一，数字信号处理器获得油门及刹车踏板的油门及刹车信号、电机转速信号、蓄电池组电压检测信号、超级电容检测信号以及直流母线的电流信号，并对该些信号进行处理产生相应的PWM信号；以及步骤二，驱动器将该PWM信号传送至电力电子开关及双向DC-DC变换器，以控制蓄电池组及超级电容器组相应工作。进一步地，于步骤二中，当车辆起步时，该PWM信号控制该电力电子开关关断而由该超级电容器组优先大电流放电，启动汽车；当汽车以巡航速度行驶时，在保证汽车正常行驶的条件下，该PWM信号控制该电力电子开关及该双向DC-DC变换器优先让该蓄电池组单独工作；当汽车急加速行驶时，该PWM信号控制该电力电子开关及该双向DC-DC变换器使该蓄电池组和该超级电容器组同时工作；当汽车制动减速时，电动机再生电流经该双向DC-DC变换器后，该PWM信号控制该电力电子开关及该双向DC-DC变换器优先向该超级电容器组充电，多余部分能量给该蓄电池组充电。进一步地，当汽车急加速行驶时，采用控制策略调节蓄电池组和超级电容器组输出电流的比例，限制两者电流的输出，以延长它们的寿命。与现有技术相比，本发明一种电动车双电源管理系统及方法利用超级电容器具有比功率高、循环寿命长、存储大量电荷且充放电迅速、能够在电动汽车加速时提供足够高的峰值电流、制动时回收能量等特点，将其与蓄电池组并联使用，并采用数字信号处理器控制双向DC-DC变换器，进而控制超级电容器充放电，形成纯电动车的双电源供电系统，不仅提高了电源系统工作效率，而且可以有效地弥补蓄电池低比功率、不支持大放电电流等不足，有效降低电动汽车的能量消耗率，提高回收能量和能量利用效率。
图1为本发明一种电动车双电源管理系统的架构不意图；图2为本发明较佳实施例中电力电子开关的结构示意图；图3为本发明较佳实施例中双向DC-DC变换器的结构示意图；图4为本发明一种电动车双电源管理方法的步骤流程图。
具体实施例方式以下通过特定的具体实例并结合
本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。图1为本发明一种电动车双电源管理系统的架构示意图。如图1所示，本发明之一种电动车双电源管理系统，电动车包括自身的动力:逆变器3及电机8，在本发明较佳实施例中，逆变器3为三相全桥逆变器，电机8为交流异步电机或永磁同步电机，本发明之电动车双电源管理系统至少包括:蓄电池组1、电力电子开关2、超级电容器组5、双向DC-DC变换器4、数字信号处理器(DSP) 7以及驱动器6。其中蓄电池组I及超级电容器组5为两个能量源，蓄电池组I通过电力电子可开关2连接于逆变器3，在本发明较佳实施例中，蓄电池组I为锂电池组；电力电子开关2在驱动器6送来的PWM(脉冲宽度调制)信号控制下控制畜电池组I充放电及关断，在本发明较佳实施例中，电力电子开关2包括2个IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)和2个与IGBT串联的电力二极管，如图2所示，当需要锂电池组放电时PWM信号控制SO打开，另一路关断；当为锂电池充电时，动作刚好相反关断S0，打开SA ;不需要锂电池组工作时两个开关SO，SA都关断。双向DC-DC变换器4连接于超级电容器组5及逆变器3之间，以在驱动器6送来的PWM(脉冲宽度调制)信号控制下进行正反两个方向升降压工作，在本发明较佳实施例，双向DC-DC变换器为双向级联式Buck-Boost变换器，其由4个IGBT (S1/S2/S3/S4)和4个与IGBT反向并联的电力二极管(D1/D2/D3/D4)及一个储能电感L组成，双向Buck-Boost变换器的两种拓扑正反两个方向工作方式下都可以进行升降压工作，输入输出电压可灵活调节，双向级联式Buck-Boost变换器的电感平均电流值和纹波电流值、电容纹波电流值以及IGBT组件的电流应力相对更低。数字信号处理器(DSP)7与蓄电池组1、超级电容器组5、电机8、油门及刹车(未示出)以及逆变器3与电力电子开关2、双向DC-DC变换器4之间的直流母线DC-BUS均连接，以对获得的蓄电池组电压检测信号、超级电容检测信号、电机转速信号、油门及刹车信号以及电流信号进行处理，产生控制电力电子开关2及双向DC-DC变换器4的PWM信号，在本发明较佳实施例中，采用的DSP运算速度快，适合进行复杂的算法设计，并且具有PWM模块及AD模块；驱动器6与数字信号处理器7、电力电子开关2及双向DC-DC变换器4连接，以把数字信号处理器7产生的PWM信号送给电力电子开关2及双向DC-DC变换器4，在本发明较佳实施例中，驱动器6为IGBT的驱动器，与各个电力电子开关2、双向DC-DC变换器4的IGBT相连，把由数字信号处理器7产生的PWM信号送给各个IGBT的门极。以下将通过一具体例子来说明本发明之电动车双电源管理系统的工作原理。如电动车刹车时，数字信号处理器(DSP) 7检测到刹车踏板传来的油门及刹车信号9，由于要避免锂电池的短时频繁充放电，以及让这部分能量快速保存，采用策略为优先向超级电容器组5充电，多余的再给锂电池组I充电。电动机工作在发电机的状态，能量经过逆变器3的整流，变为直流送到直流母线上(DC-BUS)，为了快速回收这部分能量，电力电子开关2的两个IGBT同时关断，S3由DSP7经IGBT驱动器6送入PWM信号，S4关断，SI开，S2关断，这样就进行了双向Buck-Boost变换器降压，把能量存储在超级电容器组5中。当DSP7检测超级电容器组5充满后，如果检测还有反方向的电流信号传来，再打开锂电池组I的充电开关SA，为锂电池组I充电，这样解决了只有蓄电池工作时能量回收效率低，反复充放电降低使用寿命的问题。图4为本发明一种电动车双电源管理方法的步骤流程图。如图4所示，本发明一种电动车双电源管理方法，包括如下步骤:
步骤401，数字信号处理器获得油门及刹车踏板的油门及刹车信号、电机转速信号、蓄电池组电压检测信号、超级电容检测信号以及直流母线的电流信号，并对该些信号进行处理产生相应的PWM信号；步骤402，驱动器将PWM信号传送至电力电子开关及双向DC-DC变换器，以控制蓄电池组及超级电容器组相应工作；于步骤402中，当车辆起步时，该PWM信号控制电力电子开关关断而由超级电容器组优先大电流放电，启动汽车；当汽车以巡航速度行驶时，在保证汽车正常行驶的条件下，PWM信号控制电力电子开关及双向DC-DC变换器优先让蓄电池组单独工作；当汽车急加速行驶时，PWM信号控制电力电子开关及双向DC-DC变换器使蓄电池组和超级电容器组同时工作，输出大电流满足电动机高功率需求，同时采用控制策略准确地调节蓄电池组和超级电容器组输出电流的比例，限制两者电流的输出，以延长它们的寿命；当汽车制动减速时，电动机再生电流经DC-DC功率变换器后，根据控制策略，PWM信号控制电力电子开关及双向DC-DC变换器优先向超级电容器组充电，多余部分能量给蓄电池组充电。综上所述，本发明一种电动车双电源管理系统及方法利用超级电容器具有比功率高、循环寿命长、存储大量电荷且充放电迅速、能够在电动汽车加速时提供足够高的峰值电流、制动时回收能量等特点，将其与蓄电池组并联使用，并采用数字信号处理器控制双向DC-DC变换器，进而控制超级电容器充放电，形成纯电动车的双电源供电系统，不仅提高了电源系统工作效率，而且可以有效地弥补蓄电池低比功率、不支持大放电电流等不足，有效降低电动汽车的能量消耗率，提高回收能量和能量利用效率。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
权利要求
1.一种电动车双电源管理系统，该电动车包括逆变器及电机，该双电源管理系统至少包括: 蓄电池组，通过电力电子开关连接于该逆变器； 电力电子开关，在获得的PWM信号控制下控制该畜电池组充放电及关断； 超级电容器组， 蓄电池组、超级电容器组、电力电子开关、双向DC-DC变换器以及数字信号处理器，通过双向DC-DC变换器连接于该逆变器； 双向DC-DC变换器，在获得的PWM信号控制下进行正反两个方向升降压工作；以及 数字信号处理器，与该蓄电池组、该超级电容器组、该电机、油门及刹车以及该逆变器与该电力电子开关、该双向DC-DC变换器之间的直流母线均连接，以对获得的蓄电池组电压检测信号、超级电容检测信号、电机转速信号、油门及刹车信号以及电流信号进行处理，产生控制该电力电子开关及该双向DC-DC变换器的PWM信号。
2.如权利要求1所述的一种电动车双电源管理系统，其特征在于:该双电源管理系统还包括一驱动器，连接于该数字信号处理器及该电力电子开关、该双向DC-DC变换器之间，以把该数字信号处理器产生的PWM信号送给该电力电子开关及该双向DC-DC变换器。
3.如权利要求2所述的一种电动车双电源管理系统，其特征在于:该电力电子开关包括2个IGBT和2个与IGBT串联的电力二极管，该蓄电池组，另一测连接该直流母线。
4.如权利要求3所述的一种电动车双电源管理系统，其特征在于:该双向DC-DC变换器包括4个IGBT、4个与分别与该4个IGBT反向并联的电力二极管以及一个储能电感，其组成正反两个方向都可以进行升降压工作的拓扑结构。
5.如权利要求4所述的一种电动车双电源管理系统，其特征在于:该驱动器为IGBT驱动器，与该电力电子开关、该双向DC-DC变换器上的各个IGBT均相连，把由该数字信号处理器产生的PWM信号送给各个IGBT的门极。
6.如权利要求1所述的一种电动车双电源管理系统，其特征在于:该蓄电池组为锂电池组。
7.如权利要求1所述的一种电动车双电源管理系统，其特征在于:该数字信号处理器具有PWM模块及AD模块。
8.—种电动车双电源管理方法，包括如下步骤 步骤一，数字信号处理器获得油门及刹车踏板的油门及刹车信号、电机转速信号、蓄电池组电压检测信号、超级电容检测信号以及直流母线的电流信号，并对该些信号进行处理产生相应的PWM信号；以及 步骤二，驱动器将该PWM信号传送至电力电子开关及双向DC-DC变换器，以控制蓄电池组及超级电容器组相应工作。
9.如权利要求8所述的一种电动车双电源管理方法，其特征在于:于步骤二中，当车辆起步时，该PWM信号控制该电力电子开关关断而由该超级电容器组优先大电流放电，启动汽车；当汽车以巡航速度行驶时，在保证汽车正常行驶的条件下，该PWM信号控制该电力电子开关及该双向DC-DC变换器优先让该蓄电池组单独工作；当汽车急加速行驶时，该PWM信号控制该电力电子开关及该双向DC-DC变换器使该蓄电池组和该超级电容器组同时工作；当汽车制动减速时，电动机再生电流经该双向DC-DC变换器后，该PWM信号控制该电力电子开关及该双向DC-DC变换器优先向该超级电容器组充电，多余部分能量给该蓄电池组充电。
10.如权利要求9所述的一种电动车双电源管理方法，其特征在于:当汽车急加速行驶时，采用控制策略调节蓄电池组和超级电容器组输出电流的比例，限制两者电流的输出，以延长它们的寿 命。
全文摘要
本发明公开了一种电动车双电源管理系统及方法，该系统包括蓄电池组，通过电力电子开关连接于该逆变器；电力电子开关，在获得的PWM信号控制下控制该畜电池组充放电及关断；超级电容器组，通过双向DC-DC变换器连接于该逆变器；双向DC-DC变换器，在获得的PWM信号控制下进行正反两个方向升降压工作；以及数字信号处理器，与该蓄电池组、该超级电容器组、该电机、油门及刹车以及该逆变器与该电力电子开关、该双向DC-DC变换器之间的直流母线均连接，以产生控制该电力电子开关及该双向DC-DC变换器的PWM信号，本发明通过将超级电容器组与蓄电池并联使用，有效地弥补了蓄电池低比功率、不支持大放电电流等不足。
文档编号B60R16/023GK103171452SQ201310122178
公开日2013年6月26日 申请日期2013年4月9日 优先权日2013年4月9日
发明者郑翔, 高雅洁, 穆佩红, 费长雨, 赵州, 陈文韬 申请人:上海电机学院