复合能量储存器及电动汽车的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种能量储存器，具体地，涉及一种特别适合应用于电动车辆的复合能源储存器。
【背景技术】
[0002]电动汽车中最常见的复合电源是将超级电容器与蓄电池结合构成复合电源系统，可以提高电源系统的短时高功率输出能力，同时也具备持久的动力性能。通过超级电容器与电池的组合，充分发挥了超级电容器的高功率密度和电池的高能量密度的优势，满足混合动力汽车在爬坡加速、启动过程中提供强劲的动力。目前，受限于蓄电池的开发技术，还没有能够应用于电动汽车的集高能量和高输出功率的蓄电池，普遍的做法是使用的超级电容与蓄电池的复合电源，为了配合车辆的需求，提供短时大功率输出，超级电容要求提供短时大电流输出。但是目前超级电容和蓄电池的配置方式非常单一，二者这间通过DC-DC转换器进行能量输出和交换，进而输出到负载电动机端。这样的方式使能量流动方向单一地从蓄电池向超级电容，或者从负载电动机回收至超级电容，要求蓄电池和超级电容满足电压和功率等级的匹配。并且，在需要满足低压大电流输出的场合，大容量的超级电容器意味着需要匹配大功率DC-DC转换器，将预充电电路耦合到所述超级电容器，所述预充电电路配置成对所述超级电容器和滤波电容器进行充电。DC-DC转换器在具备直流电源供电系统中被广泛应用。近年来DC-DC转换器被越来越多地应用于高压大功率电源转换，如新能源汽车、风力发电等行业。这些行业在追求大功率的同时，也在不断想办法缩小设备的体积，以换取更优质的性能。近两年在市场上出现的多源驱动新能源汽车正是这一技术的先进代表。大功率双向DC-DC变换器在电动汽车、储能系统、电能质量调节、可再生能源发电以及超导储能系统等领域具有广阔的应用前景。
【实用新型内容】
[0003]为了解决现有技术复合电源中DC/DC转换器体积过大、成本过高、能量转化效率低、潜在故障危险大等问题，本实用新型提供了一种复合电源，进而提供了一种电动汽车的能量管理方法，适用于电动汽车领域，特别适用于各种需低压大电流输出的用电设备。本实用新型复合电源系统将高密度能源拆分成较小能量组，能够降低能源系统故障时的危害程度，同时，通过使用多个DC-DC转换器，将DC-DC转换器的工作电压降低，提高DC-DC转换器工作频率，进而提高DC-DC转换器工作效率，保障负载安全稳定运行。具体方案如下:
[0004]—种复合能量储存器，具备多个一级直流储电器和多个二级直流储电器，其特征在于，所述多个二级直流储电器并联，所述多个一级直流储电器与相同数量的DC-DC转换器连接后，与其中一个二级直流储电器连接。
[0005]作为一种实施方式，所述DC-DC转换器包含至少I个开关器件以及至少I个线圈装置。如果有可能，DC-DC转换器可以使用能够用到的最小单元，其开关器件可以是各种高频小功率的如晶体管等开关器件。
[0006]本实用新型中一级直流储电器可以是能量型储电器，二级直流储电器可以是功率型储电器，而且，所述一级直流储电器总输出功率小于所述二级直流储电器总输出功率，所述一级直流储电器总电量大于所述二级直流储电器总电量。
[0007]其中一种方式，所述DC-DC转换器为单向型DC-DC转换器。也可以为双向型DC-DC转换器。
[0008]并且，所述DC-DC转换器其中一部分为升压型转换器，另一部分为降压型转换器，也可以全部为降压型或升压型转换器。另一方面，全部DC-DC转换器可能全部为升降压型转换器。
[0009]根据上述任意一点，所述一级直流储电器是动力电池，所述二级直流储电器是超级电容。
[0010]—种电动汽车，包括电动机，用于驱动所述汽车，至少两组并联的超级电容，连接至所述电动机;至少两组蓄电池，通过DC-DC转换器连接至所述超级电容;整车控制器与能源管理器，以及设置于蓄电池和超级电容的监测装置，所述能源管理器与所述DC-DC转换器连接，所述监测装置与所述整车控制器通信，所述整车控制器与所述能源管理器通信。另一方面，可以设置有充电接口，连接所述超级电容和外部电网，用于向超级电容充电。
[0011]本实用新型体现了如下有益效果:
[0012]1.将应用于车辆上的大能量密度模块拆分成小密度能量单元，增加了车辆的安全性，尤其是将大电池组分成小电池并独立，单个电池的故障不会影响整车能量供应，使车辆可靠性增强；
[0013]2.将DC-DC转换器件分割成小单元DC-DC，降低DC-DC模块功率等级和体积，降低了大功率DC-DC转换器运行时大量发热失效的风险，提高车辆系统的可靠性；
[0014]3.对于超级电容的并联式配置，不仅能够提供优异的低压大电流电能，并且单个电容单元的开路故障不会对系统产生毁灭性影响，进一步保证系统安全性。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型涉及的复合能量储存器结构示意图；
[0016]图2是本实用新型其中一实施例连接示意图；
【具体实施方式】
[0017]下面，参照形成本说明书的一部分的附图来更详细地说明本实用新型的实施方式。在所有附图中对同一或类似的部分附加同一参照标记并省略说明。以下实施例分别以本实用新型复合电源应用于电动汽车为例，并不代表本实用新型的应用仅限于电动汽车领域，凡是使用本实用新型原理的任何应用都落入本实用新型应用范围内。本说明书中对直流储电器的描述，其中“一个”直流储电器表示具有一个正接线柱和一个负接线柱引出引线以连接“一个”直流储电器以外的其它装置的单个直流储电器。以蓄电池为例，该“一个”直流储电器(蓄电池)可能包含I个或者I个以上的多个不可拆分的电池单元;而超级电容器表示包括相互耦合的多个电容器单元的电容器，其中电容器单元可各自具有大于500法拉的电容。本文所使用的术语“蓄电池”描述可以实现大约lOOW-hr/kg或更大能量密度的高比能量蓄电池或高能量密度蓄电池(例如锂离子、钠金属卤化物、钠-氯化镍、钠硫或锌空气蓄电池)。
[0018]参考图1的复合能量储存器，具备多个一级直流储电器和多个二级直流储电器，其中多个二级直流储电器并联，多个一级直流储电器与相同数量的DC-DC转换器串联后，与其中一个二级直流储电器连接。
[0019]根据本实用新型的目的，上述的二级直流储电器最有可能被配置为功率型的储电装置，比如超级电容器，能够充分回收负载在制动期间所产生的能量;而上述的一级直流储电器最有可能被配置为能量型储电装置，比如动力电池/蓄电池装置，能够在二级直流储电器电量低不足以维持负载工作期间向二级直流储电器供电。所以，在上述情况指引下，优选的方式为上述一级直流储电器总输出功率一般小于上述二级直流储电器总输出功率，上述一级直流储电器总电量大于上述二级直流储电器总电量。
[0020]基于本实用新型的上述方案，本实用新型进而提供了一种电动汽车能量管理方法，包括:将超级电容并联后连接至车辆电动机，形成第一能量供应链;通过多个DC-DC转换器将同等数量蓄电池和其中一组超级电容连接，形成第二能量供应链。这种配置方式，当超级电容电量SOC足够时，使用第一能量供应链，为车辆电动机提供电能，用于驱动车辆;当超级电容电量SOC不足时，使用第二能量供应链，由蓄电池通过DC-DC转换器向超级电容转移电能，再通过超级电容提供给车辆电动机，驱动车辆。相反，当车辆制动时，通过电动机回收制动能量，首先通过第一能量供应链回收至超级电容，当超级电容电量SOC满后，利用第二能量供应链，制动能量通过DC-DC转换器回收至蓄电池，最大限度地回收能量，以提高车辆能量的利用效率。
[0021]下面通过图2进一步解释本实用新型的详细内容。图2中连接线表示电连接或通信连接，对于应用于车辆的复合能量储存器，本实用新型中