一种复合电源能量控制分配器

本发明涉及一种复合电源能量控制分配器，更具体地说，它涉及一种可实现不同电压等级储能元件电压切换工作的纯电动汽车复合电源储能系统控制器。

背景技术：

1、汽车的出现使得地球资源过量耗损，资源储量是固定的，不可以无穷无尽的开发。从安全角度出发，油气资源已经和国家安全以及经济发展紧密地联系起来，资源问题早已成为国家经济发展的重中之重，一个国家所需要关注的重点之一就是能源供给的相对稳定性，这也是我国能源安全战略的核心内容。

2、随着工业全球化的快速发展，环境污染以及能源短缺问题日渐突出，电动汽车相比于燃油汽车具有更加节能减排的优点，使得电动汽车得到了快速发展，电动汽车多能量源间的功率分配优化也就成为当前研究的热点。因此，为了优化电动汽车复合电源硬件上的功率分配功能，需要设计一种结构简单成本较小的复合电源能量控制分配器。

技术实现思路

1、汽车在行驶时会经历启动、加速、匀速、减速以及制动等各种复杂的工况。分析好汽车的行驶状态对于电动汽车的功率分配优化至为重要。

2、目前新能源汽车的电气系统电压一般在230v至450v之间，被称作400v电压系统。此外，新能源汽车的整车高压电气系统的电压范围为550v至930v，被称作800v电压系统。根据对传统复合电源结构优缺点的分析，以及汽车行驶状态的逻辑流程，结合汽车复合电源高电压等级平台的特点，以传统复合电源中混合二极管结构以及动力电池与超级电容结合式结构为基础，设计融入一种复合电源能量控制分配器的新型复合电源结构。

3、本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种复合电源能量控制分配器，其结构主要由spdt开关组、继电器控制器组组成，按照动力电池与超级电容参与工作情况，将新型复合电源具体分为动力电池供能、超级电容供能、双能量源共同供能、双能量源协同供能、超级电容回收能量和动力电池回收能量6种工作模式，其中spdt开关主要负责对单独供电模式的控制，继电器通常处于通电状态，当转换为共同供电以及协同供电模式时继电器会控制spdt开关闭合。根据汽车行驶时对于能量分配控制器的要求，对其内部电器结构进行初步设计，能量控制分配器内部电器结构。结构主要由2个spdt开关与一组继电器组成，其中spdt开关主要负责对单独供电模式的控制，继电器通常处于通电状态，当转换为共同供电以及协同供电模式时继电器会控制开关闭合。

4、本发明的目的达到的有益效果是：新型复合电源优化后的结构，融入了一种复合电源能量控制分配器，实现了汽车行驶的各种复杂工况的全覆盖和超级电容串并联模式的切换，使超级电容能量回收利用效率得到提高，避免了动力电池受到过大冲击，提高了功率分配效率。

5、本发明的具体实施方案如下：其中，双线线条是指供能的能量传递路径，三线线条则表示回收能量的传递路径。

6、在动力电池供能工作模式中。如图4所示，由动力电池提供能量通过二极管后经过能量控制分配器的spdt-1开关，开关触点1与5接合，后经过dc/ac逆变器，最后供给驱动电机。此工作模式适用于汽车启动过程，需求功率较小，超级电容的电压不会超过动力电池的电压。

7、在超级电容供能工作模式中。如图5所示，由超级电容提供能量通过能量控制分配器的spdt-1开关，开关触点2与5接合，后经过dc/ac逆变器，最后供给驱动电机。此工作模式适用于汽车起步加速及汽车加速行驶过程，需求功率较大，需要高电压的超级电容承担工作，动力电池的电压不会超过超级电容的电压。

8、在双能量源共同供能工作模式中。如图6所示，超级电容所提供的能量经过单向dc/dc变换器后，其自身电压动力电池电压范围保持一致，两股能量合为一股，共同经过能量控制分配器的spdt-1开关，触点1与5接合，经过dc/ac逆变器后供给驱动电机。此工作模式适用于汽车长时间加速行驶过程，需求功率较大且使用时间较长时，超级电容电压将会低于或等于动力电池电压。

9、在双能量源协同供能工作模式中。如图7所示，动力电池通过二极管后提供的能量与超级电容所提供的能量同时输入到能量控制分配器中，此时能量控制分配器的继电器控制器与spdt开关根据汽车行驶工况需求进行实时切换，保证瞬时大功率由超级电容直接供给，小功率需求由动力电池供给，在经过dc/ac逆变器后供给驱动电机。此工作模式适用于汽车熄火后操作不对导致重新启动，或者高速行驶短时间超车等短时复杂工况，需求功率较大，超级电容电压将会低于或等于动力电池电压。

10、在超级电容回收能量工作模式中。如图8所示，此时汽车处于制动或减速状态，回收的能量经过dc/ac逆变器后输入能量控制分配器，此时继电器控制器模块处于断电状态，控制开关的触点6与2结合，最后输入到超级电容。优先使用超级电容进行能量回收可保证能量回收效率，避免动力电池遭受较大的冲击。

11、在动力电池回收能量工作模式中。如图9所示，此时汽车处于制动或减速状态，回收的能量经过dc/ac逆变器后输入能量控制分配器，此时继电器控制器模块处于断电状态，仍然控制开关的触点6与2结合，由于超级电容已回收达到上限，避免能量溢出浪费，使用动力电池进行剩余能量回收。此工作模式适用于汽车长时间处于减速状态，例如下坡时间较长，此时的能量对动力电池冲击较小，不会造成损害。

12、图1是汽车行驶状态简易逻辑图

13、图2是新型复合电源系统结构拓扑图

14、图3是能量控制分配器内部电器结构

15、图4是动力电池供能工作模式能量传递路线图

16、图5是超级电容供能工作模式能量传递路线图

17、图6是双能量源共同供能工作模式能量传递路线图

18、图7是双能量源协同供能工作模式能量传递路线图

19、图8是超级电容回收能量工作模式能量传递路线图

20、图9是动力电池回收能量工作模式能量传递路线图。

技术特征：

1.一种复合电源能量控制分配器，其结构主要由spdt开关组、继电器控制器组成，其中spdt开关主要负责对单独供电模式的控制，继电器通常处于通电状态，当转换为共同供电以及协同供电模式时继电器会控制spdt开关闭合。

2.根据权利要求1所述的一种复合电源能量控制分配器，其特征在于：所述，spdt开关组包括两组，分别作用于输入、输出能量线路中的控制。

3.根据权利要求1所述的一种复合电源能量控制分配器，其特征在于：所述，继电器控制组包括两组，但集成在一个控制单元内，分别作用于两个方向的控制，互不干扰。

技术总结
本发明涉及一种复合电源能量控制分配器，更具体地说，它涉及一种可实现不同电压等级切换工作的纯电动汽车复合电源储能系统控制器。其结构主要由SPDT开关组、继电器控制器组组成，其中SPDT开关主要负责对单独供电模式的控制，继电器通常处于通电状态，当转换为共同供电以及协同供电模式时继电器会控制SPDT开关闭合。根据汽车行驶时对于能量分配控制器的要求，对其内部电器结构进行初步设计，能量控制分配器内部电器结构。结构主要由2个SPDT开关与一组继电器组成，其中SPDT开关主要负责对单独供电模式的控制，继电器通常处于通电状态，当转换为共同供电以及协同供电模式时继电器会控制开关闭合。

技术研发人员：柳敬伟,刘春玲,杨柳,于文东,汤超
受保护的技术使用者：长春工业大学人文信息学院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29