专利名称：基于双电压复合储能系统的增程式电动汽车能量分配方法
技术领域：
本发明涉及电动汽车，尤其是基于双电压复合储能系统的增程式电动汽车，更具体地，涉及基于双电压复合储能系统的增程式电动汽车能量分配方法。
背景技术：
纯电动汽车具有节能、低噪声、零排放等突出优点，是电动汽车发展的重要方向之一，但是由于目前阶段充电站建设的限制，纯电动汽车受到续驶里程的制约，难以得到市场的认可。国家鼓励发展混合动力电动汽车，而增程式电动汽车是混合动力电动汽车的重要方向。增程式电动汽车是一种特殊的纯电动汽车，其通过蓄电池和内燃机作为驱动装置的动力源，分割了用电与用油的时间，增加了纯电动车的续驶里程，又兼具了混合动力车的特点。
储能系统作为增程式电动车的及关键组成部分，是其获得最优动力性、燃油经济性的功能实现部件之一。双电压复合储能系统是一种具有两种能量存储介质，两个电压平台的储能系统。一种存储介质是具有低比功率、不支持大电流充放电的蓄电池，而另一种存储介质则是具有高比功率、支持大电流充放电的超级电容器。两种存储介质之间通过二极管连接，保证电流只能由蓄电池流向超级电容器，而不能由超级电容器流向蓄电池，这就使储能系统存在两个电压等级平台，超级电容器电压可能高于蓄电池，同时保证增程式电动车在行车过程中，大电流充电完全由超级电容器承担。
由于双电压复合储能系统的特殊性，装有此种储能系统的增程式电动车需要有专门的能量分配方法。
现有技术方案现有增程式电动车因采用的储能系统相对较简单(或为单一的蓄电池储能系统，或为蓄电池直接并接超级电容器的复合储能系统)，其能量分配方法如下夜间或闲时通过地面充电机或充电桩给蓄电池充电。车辆行驶过程中，当蓄电池电量相对较充足时，增程式以纯电动车方式行驶，此时APU系统停机，动力系统能量来源完全来自储能系统；而当蓄电池电量不足时，APU系统启动，输出恒定的功率，当APU系统功率输出无法满足动力系统功率需求时，动力系统能量由储能系统及APU系统共同承担；当APU系统功率输出可以满足动力系统功率需求时，动力系统能量完全有APU系统承当。
现有增程式电动车因采用的储能系统结构相对较简单，当蓄电池电量充足时，由于车辆工作在纯电动工作模式，此时因蓄电池为动力系统唯一能量来源，车辆在驱动或制动过程中可能导致蓄电池长时间处于大电流充放电状态，对蓄电池形成较大的损害，影响蓄电池寿命。当蓄电池电量不足，APU系统开始工作，此时因大部分能量都将流经储能系统， 最后再传递到动力系统，在此过程中，因储能系统充放电效率相对较低，APU系统输出的能量将有相当一部分在储能系统充放电过程中被储能系统消耗掉，从而要求APU系统输出更多的能量，不利于燃油消耗率的降低。
因此有必要对现有技术进行改进。发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于双电压复合储能系统的增程式电动汽车能量分配方法，对复合储能系统、APU系统的能量进行合理分配，以得到最优的动力性、燃油经济性，降低能耗，同时对储能系统进行有效保护。
本发明为达到发明目的采用的技术方案为基于双电压复合储能系统的增程式电动汽车能量分配方法，在蓄电池和超级电容器之间设置二极管，且二极管的导通方向使得能量只能由蓄电池流向超级电容器，通过检测整车运行状态、发动机运行状态、APU系统运行状态、蓄电池电压和超级电容器电压，对发动机、APU系统、蓄电池、超级电容器能量流动进行控制，决定整车的能量分配。
车辆运行在驱动状态，检测到超级电容器电压高于蓄电池电压，则由超级电容器提供动力系统的所需全部能量，车辆以纯电动模式行驶，此时APU系统处于停机或怠速的状态；当检测到超级电容器电压不高于蓄电池电压，则发动机自动启动，APU系统开始发电，此时由蓄电池、超级电容器、APU系统共同提供动力系统所需能量，车辆以增程式模式行驶，APU系统能量直接输出至动力系统。
APU系统能量输出方式如下整车动力系统有功率需求时，APU系统持续输出固定功率；动力系统无功率需求时，APU系统不输出任何功率。同时，对储能系统电压进行判断， 当电压高于APU功率输出上限电压时，APU停止功率输出；当电压低于APU功率输出下限电压时，APU输出固定功率。
车辆运行在制动状态，检测到APU系统处于停机状态，则车辆以纯电动模式制动行驶，整车制动能量回收至超级电容器；检测到APU系统处于怠速或运行状态时，如果超级电容器电压高于APU停机电压上限，则车辆以纯电动模式制动行驶，此时APU系统自动停机，整车制动能量回收至超级电容器；如果超级电容器电压低于APU停机电压下限，则车辆以增程式模式制动行驶，APU系统处于怠速状态，整车制动能量回收至超级电容器。
以超级电容器能够满足从车辆从起步加速到勻速行驶这一过程的最低电压等级作为所述APU停机电压上限。
本发明的有益效果在于1、检测表明整车运行状态、发动机运行状态、APU系统运行状态、蓄电池电压、超级电容器电压等信号，由整车控制器主动对整车能量进行分配控制，解决了现有技术中正车内能量流向杂乱无章的问题；2、蓄电池和超级电容器之间设有二极管，使得电能只能由蓄电池流向超级电容器，完全由超级电容器承担储能系统的大电流充放电，保证蓄电池一直处于小电流工作状态，对蓄电池形成有效的保护；3、同时因蓄电池只放电不充电，有效地减少蓄电池充放电次数，明显提高了蓄电池使用寿命；4、因APU能量直接输出至整车动力系统，从而大幅度提高了能量传递效率；同时通过超级电容器最大限度吸收整车制动能量，并得以再生利用，能够有效减少燃油消耗量，降低能耗。
图1为整车处于驱动状态的能量分配流程图；图2、图3、图4为整车处于驱动状态不同情况下的能量分配示意图； 图5为整车处于制动状态时，其能量分配流程图；图6为整车处于制动状态时，其能量分配示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式
来进一步阐述本发明。
基于双电压复合储能系统的增程式电动汽车能量分配方法，在蓄电池和超级电容器之间设置二极管，且二极管的导通方向使得能量只能由蓄电池流向超级电容器，通过检测整车运行状态、发动机运行状态、APU系统运行状态、蓄电池电压和超级电容器电压，对发动机、APU系统、蓄电池、超级电容器能量流动进行控制，决定整车的能量分配。
如图1所示，车辆运行在驱动状态，检测到超级电容器电压高于蓄电池电压，则由超级电容器提供动力系统的所需全部能量，车辆以纯电动模式行驶，APU系统处于怠速或是停机状态，不输出能量，其能量流动方式如2所示。
检测到超级电容器电压等于蓄电池电压且发动机停机，当超级电容器电压等于蓄电池电压时，由APU系统、蓄电池、超级电容器共同为整车动力系统提供能量。在此过程中， 当超级电容器电压达到APU系统出功下限点后，若整车动力系统仍然有能量需求，则此时 APU系统以恒定转速恒定功率给整车动力系统和超级电容器输出功率，保证APU系统中发动机处于最佳经济工作点。当整车动力系统功率需求小于APU系统功率输出时，APU系统同时对超级电容器及整车动力系统提供能量，其能量流图如图3所示；当整车动力系统功率需求大于APU系统功率输出时，则由蓄电池、超级电容器、APU系统同时对整车动力系统提供能量，其能量流图如图4所示。
一般情况下，增程式电动车在启动时，超级电容器电压高于蓄电池电压，此时整车从启动到加速再到勻速，在启动到加速阶段，整车动力系统能量来源几乎由超级电容提供； 最后勻速阶段，整车动力系统能量来源由APU系统提供大部分能量、超级电容器、蓄电池共同提供小部分能量，蓄电池输出功率小，这使蓄电池工作在小电流放电区间，起到保护蓄电池的作用。
当增程式电动车在启动时，超级电容器电压基本等于蓄电池电压时，从起步到加速过程中，整车动力系统能量来源大部分由蓄电池及超级电容器共同提供，为了保护蓄电池，整车控制会通过电压对整车动力系统功率需求进行相应限制，保证蓄电池工作在允许的电流范围内；当整车进入勻速阶段时，APU系统为整车的主要能量来源，蓄电池、超级电容器提供小部分能量。
如图5所示，当增程式电动车处于制动状态时，整车动力系统制动回收的能量全部存储在超级电容中，当超级电容器电压达到一定的电压上限值时，APU系统将自动停机， 此时增程式电动车工作在纯电动模式。该电压上限值的选定要求，增程式电动车在驱动过程中，超级电容器可用能量能够满足其完成从起步加速到勻速行驶这一过程，以防止APU 系统的频繁启动对发动机造成损害。其能量流图如图6所示。
权利要求
1.基于双电压复合储能系统的增程式电动汽车能量分配方法，其特征在于，在蓄电池和超级电容器之间设置二极管，且二极管的导通方向使得能量只能由蓄电池流向超级电容器，通过检测整车运行状态、发动机运行状态、APU系统运行状态、蓄电池电压和超级电容器电压，对发动机、APU系统、蓄电池、超级电容器能量流动进行控制，决定整车的能量分配。
2.根据权利要求1所述能量分配方法，其特征在于，车辆运行在驱动状态，检测到超级电容器电压高于蓄电池电压，则由超级电容器提供动力系统的所需全部能量，车辆以纯电动模式行驶，此时APU系统处于停机或怠速的状态。
3.根据权利要求1所述能量分配方法，其特征在于，车辆运行在驱动状态，检测到超级电容器电压不高于蓄电池电压，则发动机自动启动，APU系统开始发电，此时由蓄电池、超级电容器、APU系统共同提供动力系统所需能量，车辆以增程式模式行驶，APU系统能量直接输出至动力系统。
4.根据权利要求1所述能量分配方法，其特征在于，APU系统能量输出方式如下整车动力系统有功率需求时，APU系统持续输出固定功率；动力系统无功率需求时，APU系统不输出任何功率；同时，对储能系统电压进行判断，当电压高于APU功率输出上限电压时，APU 停止功率输出；当电压低于APU功率输出下限电压时，APU输出固定功率。
5.根据权利要求1所述能量分配方法，其特征在于，车辆运行在制动状态，检测到APU 系统处于停机状态，则车辆以纯电动模式制动行驶，整车制动能量回收至超级电容器。
6.根据权利要求1所述能量分配方法，其特征在于，车辆运行在制动状态，检测到APU 系统处于怠速或运行状态，如果超级电容器电压高于APU停机电压上限，则车辆以纯电动模式制动行驶，此时APU系统自动停机，整车制动能量回收至超级电容器；如果超级电容器电压低于APU停机电压下限，则车辆以增程式模式制动行驶，APU系统处于怠速状态，整车制动能量回收至超级电容器。
7.根据权利要求6所述能量分配方法，其特征在于，以超级电容器能够满足从车辆从起步加速到勻速行驶这一过程的最低电压等级作为所述APU停机电压上限。
全文摘要
本发明公开了一种基于双电压复合储能系统的增程式电动汽车能量分配方法，在蓄电池和超级电容器之间设置二极管，且二极管的导通方向使得能量只能由蓄电池流向超级电容器，通过检测整车运行状态、发动机运行状态、APU系统运行状态、蓄电池电压和超级电容器电压，对发动机、APU系统、蓄电池、超级电容器能量流动进行控制，决定整车的能量分配。
文档编号B60L7/10GK102501778SQ20121000296
公开日2012年6月20日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者刘凌, 刘文洲, 张斌斌, 李晟, 王坤俊, 王文明, 蒋时军, 裴海灵 申请人:湖南南车时代电动汽车股份有限公司