一种电动汽车的混合电源控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及电动汽车电源控制系统领域，特别是涉及一种电动汽车的混合电源控制系统及其控制方法。

背景技术：

现在新能源汽车大多只使用可充电锂离子电池作为动力系统，锂离子电池具有能量密度高(超过200wh/kg)的优点，但其功率性能较差，无法满足大电流充放电的要求，并且循环性能寿命短(2000次左右)。而超级电容器充放电时不发生化学变化，功率密度高，能提供极高的瞬间大电流充放电；寿命长，完全充放电寿命超过5万次，但其能量密度低，无法长时间稳定放电。

在车辆加速阶段，驱动电机需要大扭矩将车辆由静止启动，需求电流极大，但是为了保证电池安全及寿命，电池放电电流不应超过其最大放电倍率，这时驱动电机就无法发挥其全部性能，牺牲了部分加速性能。在制动能量回馈时，驱动电机会产生远超过电池系统最大充电倍率的电流，在车辆实际使用时，均是按照电池最大充电倍率的电流进行能量回收，无法全功率回收制动产生的能量，丢弃了部分制动回馈能量，相当于损失了部分车辆续航里程。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种电动汽车的混合电源控制系统及其控制方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种电动汽车的混合电源控制系统，包括：控制中心、电流调节器、电池管理系统、电池组、电容管理系统和超级电容，所述控制中心包括整车控制器及分别与所述整车控制器连接的驱动电机控制器和检测单元；其中，

所述电池组通过所述电流调节器与所述控制中心连接组成电池充放电回路，所述超级电容与所述控制中心并联组成电容充放电回路；

所述电池管理系统将采集到的电池状态信息发送给所述整车控制器，所述电容管理系统将采集到的电容状态信息发送给所述整车控制器；

所述检测单元包括用于检测实时车辆行驶速度的车辆速度传感器、用于实时监测油门踏板状态的油门踏板传感器和用于检测刹车深度的刹车踏板传感器。

作为进一步优选的方案，所述电池组由若干个串联和/或并联的单体电池组成。

作为进一步优选的方案，所述超级电容由若干个串联和/或并联的单体电容组成。

基于上述的电动汽车的混合电源控制系统，本发明还提供一种电动汽车的混合电源控制方法，该方法包括以下步骤：

s1、整车上电完成后，确定车辆状态；

s2、当车辆处于刹车状态时，开启能量回收模式，先断开电池充放电回路，由超级电容回收制动能量；当超级电容充满电时，并还存在可回收的制动能量，接通电池充放电回路，直到电池组也充满电了，才关闭能量回收模式；

s3、当车辆处于均速行驶状态或加速状态时，开启行驶状态的放电模式，当超级电容的soc大于第一阈值，则断开电池充放电回路，由超级电容供电；否则，闭合电池充放电回路，由电池组和超级电容共同供电，直到电池组的soc小于第二阈值时，关闭行驶状态的放电模式；

s4、当车辆处于静止状态时，开启静止状态的放电模式，当超级电容的soc大于第三阈值时，则断开电池充放电回路，由超级电容供电；否则，闭合电池充放电回路，由电池组和超级电容共同供电，直到电池组的soc小于第二阈值时，关闭静止状态的放电模式。

作为进一步优选的方案，所述步骤s1具体为：整车上电完成后，整车控制器获取刹车踏板传感器、油门踏板传感器和车辆速度传感器的数据，确定车辆状态。

作为进一步优选的方案，当所述整车控制器采集到刹车踏板信息量大于第一初始值s，且检测到车速大于第二初始值v时，则开启能量回收模式；

所述第一初始值s为刹车踏板传感器初始值，所述第二初始值v为开启能量回收系统的下限车速。

作为进一步优选的方案，，当所述整车控制器采集到刹车踏板信息量不大于第一初始值s，且油门踏板信息量大于第三初始值y时，则开启行驶状态的放电模式；

所述第一初始值s为刹车踏板传感器初始值，所述第三初始值y为油门踏板传感器初始值。

作为进一步优选的方案，当所述整车控制器采集到刹车踏板信息量不大于第一初始值s，且油门踏板信息量不大于第三初始值y时，则开启静止状态的放电模式。

本发明相比于现有技术的优点及有益效果如下：

1、本发明为一种电动汽车的混合电源控制系统，通过设有电池组和超级电容结合起来，组成一套混合电源系统，可以实现优劣互补，既可以长时间为整个系统提供稳定的放电电流，又可以提供瞬时的大电流进行充放电，达到延长电池系统的使用寿命，增加车辆续航里程的目的。

2、本发明的混合电源控制系统，通过设有超级电容，使其具有电流缓冲作用，可以让锂离子电池组充放电电流变平缓，减小电池组的发热量，不再需要电池热管理系统，节省了成本，并可减少不必要的能量消耗。本发明的控制系统可以让车辆在加速阶段尽量发挥驱动系统的性能，提升加速性能，在制动能量回馈时，做到全功率回收制动产生的能量，进而增加车辆的续驶里程。

3、本发明为一种电动汽车的混合电源控制方法，通过判断车辆所处的状态来开启能量回收模式还是放电模式，并由于具有超级电容，因此在能量回收模式时，可以进行全功率回收，直到超级电容和电池组均充满电；在放电模式时，可以尽量发挥驱动系统的性能，使得达到最佳的放电倍率。

附图说明

图1为本发明的电动汽车的混合电源控制系统的原理框图；

图2为本发明的电动汽车的混合电源控制方法的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例一

请参阅图1，本发明提供一种电动汽车的混合电源控制系统10，包括：控制中心100、电流调节器200、电池管理系统300、电池组400、电容管理系统500和超级电容600。所述控制中心100用于控制整个混合电源控制系统；所述电流调节器200用于调节电池组输出或输入的电流；所述电池管理系统300用于监控电池组400中的每个单体电池；所述电池组400用于提供放电的电能和吸收制动回收的能量；所述电容管理系统500用于监控超级电容600中的每一个单体电容；所述超级电容600用于为控制系统提供超大的放电电流或充电电流。需要说明的是，所述电池管理系统bms和所述电池组400组成电池系统；所述电容管理系统cms和所述超级电容600组成超级电容系统。进一步的，所述电池组400由若干个串联和/或并联的单体电池组成。所述超级电容600由若干个串联和/或并联的单体电容组成。

所述控制中心100包括整车控制器110及分别与所述整车控制器110连接的驱动电机控制器120和检测单元130；其中，所述电池组400通过所述电流调节器500与所述控制中心100连接组成电池充放电回路，所述超级电容600与所述控制中心100并联组成电容充放电回路。

具体的，所述电池管理系统300与所述电池组400连接，所述超级电容600与所述电容管理系统500连接，所述整车控制器110分别与电池管理系统300和电容管理系统500连接。

所述电池管理系统300将采集到的电池状态信息发送给所述整车控制器110，所述电容管理系统600将采集到的电容状态信息发送给所述整车控制器110。所述检测单元130包括用于检测实时车辆行驶速度的车辆速度传感器132、用于实时监测油门踏板状态的油门踏板传感器134和用于检测刹车深度的刹车踏板传感器136。

工作过程：

整车上电完成后，vcu(整车控制器)采集刹车踏板传感器和油门踏板传感器的数据，确定车辆状态。分三种情况：

第一种情况：如果采集到刹车踏板信号量大于s(s为刹车踏板传感器初始值)，则认为驾驶人踩刹车了，再判断车速，若此时车速大于v(v为开启制动能量回收的下限车速)，则进行制动能量回收。初期车速较高，回收电流大，此时关闭电流调节器(cr)，大电流能量回馈只给超级电容充电。如果超级电容充满电了(cms的soc≥99％)还存在可回收制动能量，打开电流调节器给电池系统充电，通过电流调节器调节电池系统充电电流，使其在电池系统最大允许充电电流之下。当电池系统也充满电了(bms的soc≥99％)，控制驱动电机控制器，关闭能量回收，避免电池和超级电容过充。这样可以尽可能多的回收制动能量，还能避免电池系统过倍率充电。

第二种情况：如果采集到刹车踏板信号量不大于s(s为刹车踏板传感器初始值)，即认为驾驶人没有踩刹车，再采集油门踏板传感器信号，如果油门踏板信号量大于y(y为油门踏板传感器初始值)，则认为驾驶人踩油门了，车辆可能处于匀速行驶状态或者加速状态。如果这时超级电容电量充足(cms的soc≥80％)：关闭电流调节器，车辆只使用超级电容的电量；如果这时超级电容电量小于80％(cms的soc<80％)，则进一步判断电池系统电量，如果此时bms的soc≥30％：打开电流调节器，通过cr调节电池系统放电电流，使其在电池系统最大允许放电电流之下；如果此时bms的soc<30％，则认为电池系统电量不足：关闭cr，保证电池系统不会过放。

第三种情况：如果采集到刹车踏板信号量不大于s(s为刹车踏板传感器初始值)且油门踏板信号量不大于y(y为油门踏板传感器初始值)，则认为此时车辆处于静止状态，需求电流较小。如果这时超级电容电量不小于50％(cms的soc≥50％)，则关闭cr；如果这时超级电容电量小于50％(cms的soc<50％)，则进一步判断电池系统电量，如果此时bms的soc≥30％：打开cr，通过cr调节电池系统放电电流，使其在电池系统最大允许放电电流之下；如果此时bms的soc<30％则认为电池系统电量不足：关闭cr，保证电池系统不会过放。

与现有技术相比，本发明有如下技术效果：

1、本发明为一种电动汽车的混合电源控制系统，通过设有电池组和超级电容结合起来，组成一套混合电源系统，可以实现优劣互补，既可以长时间为整个系统提供稳定的放电电流，又可以提供瞬时的大电流进行充放电，达到延长电池系统的使用寿命，增加车辆续航里程的目的。

2、本发明的混合电源控制系统，通过设有超级电容，使其具有电流缓冲作用，可以让锂离子电池组充放电电流变平缓，减小电池组的发热量，不再需要电池热管理系统，节省了成本，并可减少不必要的能量消耗。本发明的控制系统可以让车辆在加速阶段尽量发挥驱动系统的性能，提升加速性能，在制动能量回馈时，做到全功率回收制动产生的能量，进而增加车辆的续驶里程。

实施例二

请参阅图2，基于上述的电动汽车的混合电源控制系统，本发明还提供一种电动汽车的混合电源控制方法20，该方法包括以下步骤：

s1、整车上电完成后，确定车辆状态；所述步骤s1具体为：整车上电完成后，整车控制器获取刹车踏板传感器、油门踏板传感器和车辆速度传感器的数据，确定车辆状态。

s2、当所述整车控制器采集到刹车踏板信息量大于第一初始值s，且检测到车速大于第二初始值v时，则开启能量回收模式；所述第一初始值s为刹车踏板传感器初始值，所述第二初始值v为开启能量回收系统的下限车速。

当车辆处于刹车状态时，开启能量回收模式，先断开电池充放电回路，由超级电容回收制动能量；当超级电容充满电时，并还存在可回收的制动能量，接通电池充放电回路，直到电池组也充满电了，才关闭能量回收模式。

s3、当所述整车控制器采集到刹车踏板信息量不大于第一初始值s，且油门踏板信息量大于第三初始值y时，则开启行驶状态的放电模式；所述第一初始值s为刹车踏板传感器初始值，所述第三初始值y为油门踏板传感器初始值。

当车辆处于均速行驶状态或加速状态时，开启行驶状态的放电模式，当超级电容的soc大于第一阈值，则断开电池充放电回路，由超级电容供电；否则，闭合电池充放电回路，由电池组和超级电容共同供电，直到电池组的soc小于第二阈值时，关闭行驶状态的放电模式；需要说明的是，优选的，所述第一阈值为80％。

s4、当所述整车控制器采集到刹车踏板信息量不大于第一初始值s，且油门踏板信息量不大于第三初始值y时，则开启静止状态的放电模式。

当车辆处于静止状态时，开启静止状态的放电模式，当超级电容的soc大于第三阈值时，则断开电池充放电回路，由超级电容供电；否则，闭合电池充放电回路，由电池组和超级电容共同供电，直到电池组的soc小于第二阈值时，关闭静止状态的放电模式。需要说明的是，优选的，所述第二阈值为30％；所述第三阈值为50％。

本发明为一种电动汽车的混合电源控制方法，通过判断车辆所处的状态来开启能量回收模式还是放电模式，并由于具有超级电容，因此在能量回收模式时，可以进行全功率回收，直到超级电容和电池组均充满电；在放电模式时，可以尽量发挥驱动系统的性能，使得达到最佳的放电倍率。

以上所述实施方式仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。