专利名称：一种电动汽车制动能量回收系统及能量回收控制方法
技术领域：
本发明属于电动汽车能量回收领域，特别涉及一种电动汽车制动能量回收系统及能量回收控制方法。
背景技术：
随着石油等化石资源的日益枯竭，环境污染日益严峻，新能源车型得到越来越多的推广。各传统车辆厂商也争相推出自己的电动车或混合动力车型。电动车辆不仅使用清洁的电能驱动车辆行驶，还可以将制动过程中产生的能量回收再利用。目前具有制动能量回收系统的车辆多是将电机回收的电能直接为电池充电(如中国专利公开号 CN10159043)，但是目前电池的充电能力普遍较低，且制动回收电流往往又很大，所以电池并不能充分回收制动时产生的能量，还会缩短电池的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制动能量回收效率高，使用寿命长的电动汽车制动能量回收系统及能量回收控制方法。为了达到上述目的，本发明提出了一种电动汽车制动能量回收系统，包括一能量转换单元，用于将制动时的机械能转换为电能，驱动时将电能转换为驱动车辆的机械能；一逆变单元，与所述能量转换单元连接，用于将交流电与直流电之间进行转换；一储能单元， 用于接收所述能量转换单元产生的电能，并可以提供电能；以及一储能单元管理系统，连接于所述逆变单元与储能单元之间，用于控制所述储能单元的充放电；其中，所述储能单元包括一超级电容储能单元和一化学电池储能单元，该超级电容储能单元与化学电池储能单元通过所述储能单元管理系统并联连接。本发明所述的电动汽车制动能量回收系统，其中，所述储能单元管理系统包括一斩波单元，用于与所述超级电容储能单元与电池储能单元连接，控制充电过程的电流大小。本发明所述的电动汽车制动能量回收系统，其中，所述能量转换单元为一发电机/ 电动机组合电机。本发明所述的电动汽车制动能量回收系统，其中，所述发电机/电动机组合电机为三相电机；所述逆变单元将三相交流电与直流电之间进行转换。本发明所述的电动汽车制动能量回收系统，其中，所述斩波单元包括两绝缘栅极
型功率管。本发明所述的电动汽车制动能量回收系统，其中，所述储能单元管理系统通过调整两路所述绝缘栅极型功率管的占空比以调整充电电流。本发明所述的电动汽车制动能量回收系统，进一步，储能单元管理系统，还包括 一充电控制单元，用于控制在充电过程中，使所述化学电池储能单元的充电电流被限制在额定值之下，以最大限度的保护所述化学电池储能单元在回馈充电过程中不受大电流的冲击；使所述能量转换单元转化出的电流大于化学电池储能单元的限值时，过量的电流被所述超级电容储能单元吸收；一放电控制单元，用于控制在放电过程中，优先使用所述超级电容储能单元中存储的电能来驱动车辆，在所述超级电容储能单元中电量达到下限值时，所述超级电容储能单元停止供电，所述化学电池储能单元转为驱动车辆行驶的能量来源。本发明还提供了一种电动汽车制动能量回收控制方法，用于上述电动汽车制动能量回收系统，该控制方法包括一充电控制步骤Si，用于控制在充电过程中，使所述化学电池储能单元的充电电流被限制在额定值之下，以最大限度的保护所述化学电池储能单元在回馈充电过程中不受大电流的冲击；使所述能量转换单元转化出的电流大于电池储能单元的限值时，过量的电流被所述超级电容储能单元吸收；一放电控制步骤S2，用于控制在放电过程中，优先使用所述超级电容储能单元中存储的电能来驱动车辆，在所述超级电容储能单元中电量达到下限值时，所述超级电容储能单元停止供电，所述化学电池储能单元转为驱动车辆行驶的能量来源。本发明所述的电动汽车制动能量回收控制方法，其中，所述充电控制步骤Si，又包括步骤S11，判断所述车辆的制动踏板开度是否小于一预设值；若是，则转入步骤S12 ； 若否，则转入机械制动模式，不回收制动电能；步骤S12，判断所述化学电池储能单元的荷电状态值和所述超级电容储能单元的荷电状态值是否均小于一各自预设的上限值；若是， 则转入步骤S13;若否，则转入机械制动模式，不回收制动电能；步骤S13，判断制动功率是否小于一预设的电池额定功率；若是，则转入电池回收模式，所述超级电容储能单元断开， 由所述化学电池储能单元接收制动电能；若否，则转入混合回收模式，所述化学电池储能单元以所述额定功率充电，所述超级电容储能单元的充电功率为制动功率与电池额定功率之差。本发明所述的电动汽车制动能量回收控制方法，其中，所述放电控制步骤S2，又包括判断所述超级电容储能单元的荷电状态值是否大于一预设的下限值；若是，则转入超级电容驱动模式，由所述超级电容储能单元提供电能；若否，则转入电池驱动模式，由所述化学电池储能单元提供电能。通过上述技术方案可知，本发明的有益效果为通过采用超级电容与电池并联方式，结合超级电容优秀的充放电性能与常规锂电池容量相对较大的优势，提高制动能量回收效率，增大短时间内的充放电功率，并且可以延长使用寿命。
图1为本发明电动汽车制动能量回收系统的结构框图；图2为本发明一实施例的电路示意图；图3为本发明中储能单元管理系统进一步包括充放电控制单元的结构框图；图4为本发明能量回收控制方法的制动模式控制框图；图5为本发明能量回收控制方法的驱动模式控制框图。
具体实施例方式下面参考附图结合具体实施例详细说明本发明。如图1所示，本发明电动汽车制动能量回收系统包括能量转化单元101、逆变单元102、储能单元、储能单元管理系统103 ；所述储能单元包括超级电容储能单元104和化学电池储能单元105 ；超级电容储能单元104与化学电池储能单元105通过储能单元管理系统103并行连接；储能单元管理系统103通过逆变单元102与能量转化单元101连接；所述能量转换单元101将制动时的机械能转换为电能，驱动时将电能转换为驱动车辆的机械能，其可以为一发电机/电动机组合电机，进一步可以为一三相电机；所述逆变单元102将交流电与直流电之间进行转换，进一步可以将三相交流电与直流电之间进行转换；所述储能单元管理系统103用于控制所述储能单元的充放电。如图2所示，为本发明一实施例的电路示意图。所述储能单元管理系统103包括一斩波单元31，用于与所述超级电容储能单元104与化学电池储能单元105连接，控制充电过程的电流大小；所述斩波单元31包括两绝缘栅极型功率管(IGBT)311 ；所述储能单元管理系统103通过调整两路所述绝缘栅极型功率管311的占空比以调整充电电流，具体地说， 所述储能单元管理系统103根据控制策略的需要，通过两绝缘栅极型功率管311的控制端 kl、k2调整所述绝缘栅极型功率管的占空比以调整充电电流；所述储能单元管理系统103 通过逆变器21与发电机/电动机组合电机11连接。如图3所示，所述储能单元管理系统103进一步包括一充电控制单元301，用于控制在充电过程中，使所述化学电池储能单元105的充电电流被限制在额定值之下，以最大限度的保护所述化学电池储能单元105在回馈充电过程中不受大电流的冲击；使所述能量转换单元101转化出的电流大于化学电池储能单元105的限值时，过量的电流被所述超级电容储能单元104吸收；及一放电控制单元，用于控制在放电过程中，优先使用所述超级电容储能单元104中存储的电能来驱动车辆，在所述超级电容储能单元104中电量达到下限值时，所述超级电容储能单元104停止供电，所述化学电池储能单元105转为驱动车辆行驶的能量来源。本发明电动汽车制动能量回收控制方法，包括一充电控制步骤Si，用于控制在充电过程中，使所述化学电池储能单元的充电电流被限制在额定值之下，以最大限度的保护所述化学电池储能单元在回馈充电过程中不受大电流的冲击；使所述能量转换单元转化出的电流大于化学电池储能单元的限值时，过量的电流被所述超级电容储能单元吸收；一放电控制步骤S2，用于控制在放电过程中，优先使用所述超级电容储能单元中存储的电能来驱动车辆，在所述超级电容储能单元中电量达到下限值时，所述超级电容储能单元停止供电，所述化学电池储能单元转为驱动车辆行驶的能量来源。如图4所示，所述充电控制步骤Sl又包括步骤S11，判断所述车辆的制动踏板开度是否小于一预设值；若是，则转入步骤S12 ；若否，则转入机械制动模式，不回收制动电能；步骤S12，判断所述化学电池储能单元的荷电状态值(SOC)和所述超级电容储能单元的荷电状态值(SOC)是否均小于一各自预设的上限值；若是，则转入步骤S13 ；若否，则转入机械制动模式，不回收制动电能；步骤S13，判断制动功率是否小于一预设的电池额定功率; 若是，则转入电池回收模式，所述超级电容储能单元断开，由所述化学电池储能单元接收制动电能；若否，则转入混合回收模式，所述化学电池储能单元以所述额定功率充电，所述超级电容储能单元的充电功率为制动功率与电池额定功率之差。如图5所示，所述放电控制步骤S2又包括判断所述超级电容储能单元的荷电状态值(SOC)是否大于一预设的下限值；若是，则转入超级电容驱动模式，由所述超级电容储能单元提供电能；若否，则转入电池驱动模式，由所述化学电池储能单元提供电能。通过上述能量回收控制方法，在充电过程中，化学电池储能单元105的充电电流被限制在额定值之下，以最大限度的保护化学电池51在回馈充电过程中不受大电流的冲击，延长化学电池储能单元105的使用寿命。在能量转化单元转化出的电流大于化学电池储能单元105的限值时，过量的电流被超级电容储能单元104中的超级电容41吸收。在放电过程中，优先使用超级电容储能单元104中存储的电能来驱动车辆，在超级电容储能单元104中电量达到下限值时，超级电容储能单元104停止供电，化学电池储能单元105转为驱动车辆行驶的能量来源。这种考虑是基于目前的化学电池的放电性能普遍可以满足车辆的行驶需求，同时尽量使用超级电容中的电量可以使整个系统在回馈制动时电容总有足够的容量吸收电能，以达到能量回收效率的最大化，并延长化学电池的使用寿命。以上所述仅为本发明的较佳实施例，非局限本发明的保护范围，凡运用本发明说明书及附图内容所做的等同结构变化，均包含于本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种电动汽车制动能量回收系统，其特征在于，包括一能量转换单元，用于将制动时的机械能转换为电能，驱动时将电能转换为驱动车辆的机械能；一逆变单元，与所述能量转换单元连接，用于将交流电与直流电之间进行转换；一储能单元，用于接收所述能量转换单元产生的电能，并可以提供电能；以及一储能单元管理系统，连接于所述逆变单元与储能单元之间，用于控制所述储能单元的充放电；其中，所述储能单元包括一超级电容储能单元和一化学电池储能单元，该超级电容储能单元与化学电池储能单元通过所述储能单元管理系统并联连接。
2.如权利要求1所述的电动汽车制动能量回收系统，其特征在于，所述储能单元管理系统包括一斩波单元，用于与所述超级电容储能单元与化学电池储能单元连接，控制充电过程的电流大小。
3.如权利要求1所述的电动汽车制动能量回收系统，其特征在于，所述能量转换单元为一发电机/电动机组合电机。
4.如权利要求3所述的电动汽车制动能量回收系统，其特征在于，所述发电机/电动机组合电机为三相电机；所述逆变单元将三相交流电与直流电之间进行转换。
5.如权利要求2所述的电动汽车制动能量回收系统，其特征在于，所述斩波单元包括两绝缘栅极型功率管。
6.如权利要求5所述的电动汽车制动能量回收系统，其特征在于，所述储能单元管理系统通过调整两路所述绝缘栅极型功率管的占空比以调整充电电流。
7.如权利要求1、2、5或6所述的电动汽车制动能量回收系统，其特征在于，储能单元管理系统，还包括一充电控制单元，用于控制在充电过程中，使所述化学电池储能单元的充电电流被限制在额定值之下，以最大限度的保护所述化学电池储能单元在回馈充电过程中不受大电流的冲击；使所述能量转换单元转化出的电流大于化学电池储能单元的限值时，过量的电流被所述超级电容储能单元吸收；一放电控制单元，用于控制在放电过程中，优先使用所述超级电容储能单元中存储的电能来驱动车辆，在所述超级电容储能单元中电量达到下限值时，所述超级电容储能单元停止供电，所述化学电池储能单元转为驱动车辆行驶的能量来源。
8.一种电动汽车制动能量回收控制方法，用于权利要求1所述的电动汽车制动能量回收系统，其特征在于，该控制方法包括一充电控制步骤Sl，用于控制在充电过程中，使所述化学电池储能单元的充电电流被限制在额定值之下，以最大限度的保护所述化学电池储能单元在回馈充电过程中不受大电流的冲击；使所述能量转换单元转化出的电流大于电池储能单元的限值时，过量的电流被所述超级电容储能单元吸收；一放电控制步骤S2，用于控制在放电过程中，优先使用所述超级电容储能单元中存储的电能来驱动车辆，在所述超级电容储能单元中电量达到下限值时，所述超级电容储能单元停止供电，所述化学电池储能单元转为驱动车辆行驶的能量来源。
9.如权利要求8所述的电动汽车制动能量回收控制方法，其特征在于，所述充电控制步骤Si，又包括步骤S11，判断所述车辆的制动踏板开度是否小于一预设值；若是，则转入步骤S12 ；若否，则转入机械制动模式，不回收制动电能；步骤S12，判断所述化学电池储能单元的荷电状态值和所述超级电容储能单元的荷电状态值是否均小于一各自预设的上限值；若是，则转入步骤S13 ；若否，则转入机械制动模式，不回收制动电能；步骤S13，判断制动功率是否小于一预设的电池额定功率；若是，则转入电池回收模式，所述超级电容储能单元断开，由所述化学电池储能单元接收制动电能；若否，则转入混合回收模式，所述化学电池储能单元以所述额定功率充电，所述超级电容储能单元的充电功率为制动功率与电池额定功率之差。
10.如权利要求8所述的电动汽车制动能量回收控制方法，其特征在于，所述放电控制步骤S2，又包括判断所述超级电容储能单元的荷电状态值是否大于一预设的下限值；若是，则转入超级电容驱动模式，由所述超级电容储能单元提供电能；若否，则转入电池驱动模式，由所述化学电池储能单元提供电能。
全文摘要
本发明公开了一种电动汽车制动能量回收系统及回收能量控制方法，该电动汽车制动能量回收系统包括一能量转换单元，用于将制动时的机械能转换为电能，驱动时将电能转换为驱动车辆的机械能；一逆变单元，与所述能量转换单元连接，用于将交流电与直流电之间进行转换；一储能单元，用于接收所述能量转换单元产生的电能，并可以提供电能；以及一储能单元管理系统，连接于所述逆变单元与储能单元之间，用于控制所述储能单元的充放电；其中，所述储能单元包括一超级电容储能单元和一化学电池储能单元，该超级电容储能单元与化学电池储能单元通过所述储能单元管理系统并联连接。通过本发明可以提高制动能量回收效率及电池使用寿命。
文档编号B60L7/14GK102398525SQ20101028127
公开日2012年4月4日 申请日期2010年9月13日 优先权日2010年9月13日
发明者贺中玮 申请人:北汽福田汽车股份有限公司