一种应用于电动汽车的复合储能装置的制作方法

本实用新型属于电动汽车的充放电技术领域，具体涉及一种应用于电动汽车的复合储能装置。

背景技术：

随着全球能源问题和环境问题的日益加剧，人们在节能和环保方面对汽车的要求也越来越高。为了解决汽车对石化能源的严重依赖和对环境的所造成的不良影响等问题，世界各国都在加大对清洁无污染的电动汽车的投资和开发力度，以加快电动汽车商品化、产业化的发展步伐。

对于不同种类的电动汽车，它们之间的共同点在于都需要储能元件，一方面提供汽车动力，另一方面进行能量回馈。对于电动汽车储能元件的理想要求有：高能量密度、高功率密度、长循环充放电寿命、低成本等。然而，目前市面上的动力电池都不能单独同时满足上述要求。因此，研究能够提高电动汽车性能的混合储能系统具有十分重要的现实意义。

技术实现要素：

根据以上现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提出一种应用于电动汽车的复合储能装置，为超级电容和储能电池的复合储能装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种应用于电动汽车的复合储能装置，包括检测控制单元、PWM整流器、直流储能模块和变流储能模块，检测控制单元连接PWM整流器、直流储能模块和变流储能模块，PWM整流器连接至电网，直流储能模块和变流储能模块并联连接在直流母线两端，所述变流储能模块包括DC/DC变换模块和储能电池，所述变流储能模块至少一台，多台变流储能模块并联接入直流母线两端。

作为本实用新型方案的优选实施方式,所述DC/DC变换模块为双向DC/DC变换模块。所述DC/DC变换模块为升降压型DC/DC变换模块。所述DC/DC变换模块包括控制开关S1和S2，储能电池工作于放电状态时，DC/DC变换模块工作在升压模式，抬高直流母线电压，储能电池工作于充电状态时，DC/DC变换模块工作在降压模式。所述直流储能模块为超级电容，超级电容并联接入直流母线两端。所述检测控制单元包括高频分量检测单元、超级电容充放电电流检测单元、超级电容端电压检测单元、储能电池电量检测单元、储能电池端电压检测单元、储能电池充放电电流检测单元和控制器。所述PWM整流器为电压型三相桥式整流电路。

本实用新型有益效果是:采用储能电池与超级电容分别串联双向DC/DC变流器并接直流母线的系统架构，提高充放电效率，以最大程度地发挥超级电容和蓄电池的特性，实现复合储能优势的最大化。超级电容与电池采用均流措施。当一种储能设备的放电或充电功率超出其最大放电或充电功率极限值时，使其按照最大的放电或充电功率充放电，另一种储能设备根据其自身的剩余电量情况来决定是否额外补偿越限部分功率。该方法能够提高混合储能系统对功率波动的平抑效果，并且蓄电池累计充放电能量大幅减少，进而提高了延长蓄电池运行寿命的作用。双向DC/DC变换器的控制方式可采用PWM加移相控制。通过合理的设置占空比和移相角环路带宽可实现两端电压匹配和功率流向的解耦控制，满足电动汽车对变流器高效率、高功率密度等要求。这种复合储能装置并接直流母线，在直流母线电压保持稳定的情况下，对DC/DC变换器的控制可以通过单电流环来实现。同时，储能装置通过DC/DC变换器与网侧变流器相连，能够大幅度降低储能装置的电压，使其灵活充放电。

附图说明

下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1是本实用新型的具体实施方式的储能装置的充放电控制框图。

图2是本实用新型的具体实施方式的储能装置基于V2G技术的控制原理图。

其中，1、电池组模块；2、超级电容模块；3、双向DC/DC模块；4、PWM整流器；5、检测控制单元；6、直流母线电压/电流。

具体实施方式

下面通过对实施例的描述，本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本实用新型的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

本实用新型要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种用于电动汽车的复合储能装置，以最大程度地发挥超级电容和蓄电池的特性，满足高性能的充放电要求。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案，包括检测控制单元、PWM整流器、直流储能模块和变流储能模块。考虑到混合储能系统的整体充放电能力，也为了平抑波动功率，提高充放电效率，采用了一种超级电容和电池通过功率交换器与直流母线连接的混合式储能结构。对于双向DC/DC变换器电路，用于实现蓄电池和超级电容各自的充放电功能。基于V2G技术，把电动汽车作为储能设备在用电波谷时充电，在用电波峰时售电，实现对电网调频调峰，既能够实现发电设备的高效利用，也能提高电力网络的稳定性。

本实用新型的复合储能装置的优点可充分利用超级电容的高功率密度、循环使用寿命长和储能电池高能量密度的优势，运用均流措施，能够更加合理的配置蓄电池和超级电容各自的容量，优化系统的运行。当直流母线波动功率较小时，储能电池电流变化小，因此超级电容输出电流很小，由储能电池来补偿。而当直流母线波动功率较大时，储能电池电流变化大，由动态电流分配曲线可知超级电容输出电流很大，大部分功率由超级电容来补偿。这样超级电容高功率输出的优势得到最大利用。

如图1、图2所示，检测控制单元5采集电池组模块1的充放电电流和直流母线电压6，并根据给定的直流母线电压值控制双向DC/DC变换器3，工作于单端稳压模式，稳定直流母线的电压6。根据高频分量检测环节的高频功率信号，得出超级电容2实时充放电电流值的大小以实现对超级电容充放电功率的控制，提供或吸收突变功率的高频部分，给蓄电池提供缓冲。当负载功率波动值小于设定阈值时，检测控制单元5采集超级电容电流和端电压，根据设定的超级电容端压参考值进行恒压限流充电，合理控制蓄电池1与2的电量分配，使超级电容2的电压时刻维持在设定值。

当蓄电池1的放电或充电功率超出其额定放电或充电功率时，使其按照最大的放电或充电功率充放电，采用均流措施，蓄电池2可根据其自身的剩余电量情况来决定是否额外补偿部分功率。蓄电池2串接超级电容可作为可调的无功功率补偿装置，不参与有功功率的供给，通过提供无功电压分量，提高混合储能系统对功率波动的平抑效果，提高系统功率的稳定性，可靠性增强。而当蓄电池超出其最大放电功率过放时，蓄电池已经不能在维持母线电压稳定，检测控制单元转换工作模式，断开负载，对蓄电池进行充电，采集蓄电池电压和电流，进行恒压限流充电，进而提高了延长电池组运行寿命的作用。

在系统架构方面，采用超级电容和储能电池均通过模块化双向DC/DC变换器，接入直流母线，便于生产和组装。同时，由于超级电容功率密度高，瞬时输出功率大，可通过采用多台储能变流模块并联将其接入直流母线。

为防止电池组1在充放电的过程中端电压变化较慢，可以通过对其充放电电流的控制来控制其功率；同时，由于变换器的开关频率较高，在一个开关周期内超级电容2的端电压也接近于不变，所以对超级电容2的功率控制同样可以由对电流的控制来完成。储能装置通过DC/DC变换器与网侧变流器相连，能够大幅度降低储能装置的电压，使其灵活充放电，充分利用储能装置的容量，降低储能系统的投资费用。

双向DC/DC变换器的控制方式采用PWM加移相控制。对于S1和S2，当储能装置工作于放电状态时，能量由储能装置向电网流动，此时双向Buck/Boost工作于Boost(升压)模式，抬高直流母线电压。通过反馈控制来控制储能装置释放的功率大小；当储能装置工作于充电状态时，能量由电网向储能装置流动，此时电路工作于Buck(降压)模式，通过检测控制单元5反馈控制储能装置充电功率的大小。对电力电子开关的控制以达到功率双向流动的目的，不需要额外的逻辑单元就可以使电路可以有软开关的环境，系统响应的速度更快。dq旋转坐标系的矢量控制方法，适用于输入电压宽范围的场合采用。在dq坐标系下，交流量转化成为直流量，对直流量进行控制可以实现稳态零误差。通过合理的设置占空比和移相角环路带宽可实现两端电压匹配和功率流向的解耦控制，满足电动汽车对变流器高效率、高功率密度等要求，可有效地将冲击电流限制在安全范围之内。

上面对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。