基于超级电容的电动汽车动力系统及控制方法、系统、控制器与流程

本发明涉及电动汽车的技术领域，特别是涉及一种基于超级电容的电动汽车动力系统及控制方法、系统、控制器。

背景技术：

在行驶过程中，车辆会根据路况频繁地进行启动和制动。对于电动汽车而言，快速启动和大功率需求时需要较大的驱动电流，从而对电动汽车的动力系统有较高的要求。

现有技术中，通常根据扭矩分配，通过整车控制器(vcu)、电池管理系统(bms)和发动机电子控制单元(ecu)进行联合标定，调节发动机和电机转速，使得发动机工作在经济区域。

然而，上述方法具有以下不足：

(1)无法避免大电流波动性对电池包的损伤；

(2)能量利用率低；

(3)无法同时兼顾高能量密度和瞬间高功率密度的要求。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于超级电容的电动汽车动力系统及控制方法、系统、控制器，通过超级电容为电动汽车提供瞬时峰值充放电服务，提高了能量利用率，延长了电动汽车动力系统及电动汽车的使用寿命。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于超级电容的电动汽车动力控制方法，所述电动汽车包括超级电容和电机；所述电动汽车动力系统控制方法包括以下步骤：在所述电动汽车启动或动力低于第一预设阈值时控制所述超级电容向所述电机放电；在所述电动汽车制动时控制所述超级电容存储所述电机生成的电能。

于本发明一实施例中，当所述电动汽车的前轮扭矩大于第二预设阈值时，控制所述超级电容向所述电动汽车后轮的轮毂电机放电。

对应地，本发明提供一种基于超级电容的电动汽车动力控制系统，所述电动汽车包括超级电容和电机；所述电动汽车动力系统控制系统包括第一控制模块和第二控制模块；

所述第一控制模块用于在所述电动汽车启动或动力低于第一预设阈值时控制所述超级电容向所述电机放电；

所述第二控制模块用于在所述电动汽车制动时控制所述超级电容存储所述电机生成的电能。

于本发明一实施例中，还包括第三控制模块，用于在所述电动汽车的前轮扭矩大于第二预设阈值时，控制所述超级电容向所述电动汽车后轮的轮毂电机放电。

本发明提供一种控制器，包括处理器及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序；

所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述控制器执行上述的基于超级电容的电动汽车动力控制方法。

最后，本发明提供一种基于超级电容的电动汽车动力系统，包括上述的控制器和超级电容。

于本发明一实施例中，所述超级电容采用石墨烯超级电容。

于本发明一实施例中，还包括电池组件，用于在所述超级电容的电量低于第三预设阈值时，在所述控制器的控制下向所述电动汽车的发动机供电，以令所述超级电容存储所述发动机生成的电能。

于本发明一实施例中，所述电池组件包括燃料电池和化学电池。

于本发明一实施例中，还包括增程器，用于在所述控制器的控制下向所述电机供电。

如上所述，本发明的基于超级电容的电动汽车动力系统及控制方法、系统、控制器，具有以下有益效果：

(1)能够在车辆快速启动和大功率需求时提供较大驱动电流，减少了油耗和不完全燃烧的污染排放；

(2)避免了大电流波动性对电池包的损伤，延长了电池包的使用寿命；

(3)在制动工况时，基于大电流进行充电，实现了回收能量的快速转化，有效地改善了制动能量的回收效率；

(4)通过超级电容为电动汽车提供瞬时峰值充放电服务，提高了能量利用率，延长了电动汽车动力系统的使用寿命，而且減少了发动机的启动次数，保护了车辆其他部件。

附图说明

图1显示为本发明的基于超级电容的电动汽车动力控制方法于一实施例中的流程图；

图2显示为本发明的基于超级电容的电动汽车动力控制系统于一实施例中的结构示意图；

图3显示为本发明的控制器于一实施例中的结构示意图；

图4显示为本发明的基于超级电容的电动汽车动力系统于一实施例中的结构示意图；

图5显示为本发明的基于超级电容的电动汽车动力系统于另一实施例中的结构示意图；

图6显示为本发明的基于超级电容的电动汽车动力系统于又一实施例中的结构示意图。

元件标号说明

21第一控制模块

22第二控制模块

31处理器

32存储器

41控制器

42超级电容

43电池组件

44增程器

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明的基于超级电容的电动汽车动力系统及控制方法、系统、控制器通过超级电容为电动汽车提供瞬时峰值充放电服务，能够同时兼顾高能量密度和瞬间高功率密度的要求，提高了能量利用率，延长了电动汽车动力系统及电动汽车的使用寿命。

如图1所示，于一实施例中，本发明的基于超级电容的电动汽车动力控制方法应用于电动汽车上。所述电动汽车包括超级电容和电机。

具体地，所述电动汽车动力系统控制方法包括以下步骤：

步骤s1、在所述电动汽车启动或动力低于第一预设阈值时控制所述超级电容向所述电机放电。

具体地，当电动汽车启动时，超级电容输出稳定的直流电流，并通过dc/ac转换将交流电提供至电机，以启动电机工作；当电动汽车的动力低于第一预设阈值时，超级电容输出稳定的直流电流，并通过dc/ac转换将交流电提供至电机，以使电机工作，从而增加了车辆的动力。例如，当车辆上坡时，需要更多的动力时，控制超级电容为电机供电，从而为电动汽车的发动机提供助力。

步骤s2、在所述电动汽车制动时控制所述超级电容存储所述电机生成的电能。

具体地，当电动汽车制动时，电机处于发电模式，所生成的电能传输到超级电容进行存储。例如，在电动汽车下坡时，电机处于制动状态，故控制超级电容存储电机生成的电能。

于本发明一实施例中，当所述电动汽车的前轮扭矩大于第二预设阈值时，控制所述超级电容向所述电动汽车后轮的轮毂电机放电。

具体地，当考虑牵引力控制时，超级电容能够直接给电动汽车后轮的轮毂电机供电，以增加其输出扭矩，防止发动机输送到前轮的扭矩过大而使电动汽车方向失控。需要说明的是，发动机输出的过多扭矩也会被发电机转换成电能，并供应到后轮的轮毂电机上。当电动汽车处于制动状态时，轮毂电机也能够生成电能并向超级电容充电。

如图2所示，于一实施例中，本发明的基于超级电容的电动汽车动力控制系统包括第一控制模块21和第二控制模块22。

第一控制模块21用于在所述电动汽车启动或动力低于第一预设阈值时控制所述超级电容向所述电机放电。

具体地，当电动汽车启动时，超级电容输出稳定的直流电流，并通过dc/ac转换将交流电提供至电机，以启动电机工作；当电动汽车的动力低于第一预设阈值时，超级电容输出稳定的直流电流，并通过dc/ac转换将交流电提供至电机，以使电机工作，从而增加了车辆的动力。例如，当车辆上坡时，需要更多的动力时，控制超级电容为电机供电，从而为电动汽车的发动机提供助力。

第二控制模块22用于在所述电动汽车制动时控制所述超级电容存储所述电机生成的电能。

具体地，当电动汽车制动时，电机处于发电模式，所生成的电能传输到超级电容进行存储。例如，在电动汽车下坡时，电机处于制动状态，故控制超级电容存储电机生成的电能。

于本发明一实施例中，还包括第三控制模块，用于在所述电动汽车的前轮扭矩大于第二预设阈值时，控制所述超级电容向所述电动汽车后轮的轮毂电机放电。

具体地，当考虑牵引力控制时，超级电容能够直接给电动汽车后轮的轮毂电机供电，以增加其输出扭矩，防止发动机输送到前轮的扭矩过大而使电动汽车方向失控。需要说明的是，发动机输出的过多扭矩也会被发电机转换成电能，并供应到后轮的轮毂电机上。当电动汽车处于制动状态时，轮毂电机也能够生成电能并向超级电容充电。

如图3所示，于一实施例中，本发明的控制器包括处理器31及存储器32。

所述存储器32用于存储计算机程序。

优选地，所述存储器32包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

所述处理器31与所述存储器32相连，用于执行所述存储器32存储的计算机程序，以使所述控制器执行上述的基于超级电容的电动汽车动力控制方法。

优选地，处理器31可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessing，简称dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)、现场可编程门阵列(field－programmablegatearray，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

如图4所示，于一实施例中，本发明的基于超级电容的电动汽车动力系统包括上述的控制器41和与控制器41相连的超级电容42。

超级电容又名电化学电容、双电层电容器、黄金电容、法拉电容，是通过极化电解质来储能的一种电化学元件。不同于传统的化学电源，超级电容是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原赝电容电荷储存电能；但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。具体地，超级电容具有以下优点：

(1)具有非常快的充放电速度，可以承担瞬时峰值充放电负荷；

(2)具有优秀的物理特性，其充放电效率在99％左右，循环次数可达数十万次；

(3)大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90％；功率密度高，可达300w/kg～5000w/kg，相当于普通电池的数十倍。

于本发明一实施例中，所述超级电容采用石墨烯超级电容。石墨烯超级电容器为基于石墨烯材料的超级电容器的统称。由于石墨烯独特的二维结构和出色的固有的物理特性，诸如异常高的导电性和大表面积，石墨烯基材料在超级电容器中的应用具有极大的潜力。石墨烯基材料与传统的电极材料相比，在能量储存和释放的过程中，显示了一些新颖的特征和机制。因此，石墨烯超级电容完全满足本发明的电动汽车动力需求。

如图5所示，于本发明另一实施例中，本发明的基于超级电容的电动汽车动力系统还包括电池组件43，与控制器41相连，用于在所述超级电容的电量低于第三预设阈值时，在所述控制器的控制下向所述电动汽车的发动机供电，以令所述超级电容存储所述发动机生成的电能。具体地，当超级电容的电量低于第三预设阈值时，电池组件向电动汽车的发动机供电，发动机高效运转发电，所生成的电能通过dc/ac转换后存储到超级电容中，从而为超级电容补充电量。

于本发明一实施例中，所述电池组件包括燃料电池和化学电池。

如图6所示，于本发明又一实施例中，本发明的基于超级电容的电动汽车动力系统还包括增程器44，与控制器41相连，用于在所述控制器的控制下向所述电机供电。增程器一般指能够提供额外的电能而导致车辆能够行使更远距离的零部件。在本发明中，在超级电容的电量耗尽的情况下，增程器使用其他能源(如汽油、柴油等)进行电能补给。需要说明的是，大多数情况下，电动汽车使用超级电容供电，少数情况下电动汽车使用增程器供电。同时，增程器产生电能还能存储至超级电容。

综上所述，本发明的基于超级电容的电动汽车动力系统及控制方法、系统、控制器能够在车辆快速启动和大功率需求时提供较大驱动电流，减少了油耗和不完全燃烧的污染排放；避免了大电流波动性对电池包的损伤，延长了电池包的使用寿命；在制动工况时，基于大电流进行充电，实现了回收能量的快速转化，有效地改善了制动能量的回收效率；通过超级电容为电动汽车提供瞬时峰值充放电服务，提高了能量利用率，延长了电动汽车动力系统的使用寿命，而且減少了发动机的启动次数，保护了车辆其他部件。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

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。任何熟悉此技术的人士皆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或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。