用于机动车辆或混合动力车辆的具有双电能存储装置的供电系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于电动或混合动力机动车辆的具有双电能存储装置的供电系统。
【背景技术】
[0002]具有热机的机动车辆通常包括车载电网，所述电网包括电池，一般为12V电池，该电池设计为将电能供给各设备项，特别是起动器，所述设备项是为了热机的起动而必不可的少的。在起动之后，联接至热机的交流发电机确保电池被充电。
[0003]如今，功率电子器件的发展使得可以供给和控制单个可逆多相旋转电机，其有利地替代起动器和交流发电机。
[0004]在第一阶段，该电机，称为交流发电机-起动器，主要具有满足之前专用于交流发电机和起动器的功能的目的，且此外具有从制动回收能量、或为热机提供额外功率和扭矩的功能。
[0005]为了通过增加交流发电机-起动器的操作电压而改进交流发电机-起动器的性能和增加功率的目的，同时保持使用其他设计为用于12V至14V电源的标准设备(特别是铅电池)的可能性，已经开发了所谓的“ 14+X”或“微混合”架构。
[0006]该架构因此包括电力网，所述电力网将交流发电机-起动器连接至电能存储元件，所述电能存储元件在高于14V的电压下工作，且可高达48V，且所述电力网包括连接所有其他设备的电服务网。两个网络之间的电压水平的适用通过可逆直流-直流转换器确保。
[0007]在第二阶段中，生态方面的考虑导致具有大约8至1kW功率的交流发电机-起动器的设计，该功率足以以低速驱动车辆，例如在城市环境下。
[0008]已经能够获得该类型的功率水平，同时继续具有紧凑的电机，这仅通过将电力网的电压增加至大约60V的电压，该60V的电压远高于常规铅电池的标称电压。
[0009]此外，具有直至120V电压的电力网可以一架构被实施，该架构允许车辆由电马达以全速驱动(称为全混合动力架构，与之前所谓的轻混合动力架构相反)。
[0010]为了执行特定于前述混合动力车辆的功能，大量功率基本通过电力网的存储元件而被供应。
[0011]在再生制动阶段期间，恢复的能量必须被高电压电池快速吸收，且相反地，在扭矩辅助阶段期间，高电压电池必须能够供应大量功率。该类型的存储元件因此必须具有非常低的内部电阻，以避免放电阶段期间的电压损失以及充电阶段期间的过电压。
[0012]同时，其必须具有足以能够在完全在电动模式(称为ZEV，即，零排放车辆)下行进期间供应能量，且将意识到，长期可获得的能量的量具有根本的重要性。
[0013]但是，在目前的现有技术中，不存在具有强比功率(specific power)和充实比能(specific energy) 二者的电能存储装置。习惯上以锂离子电池的非最优模式进行使用，所述锂离子电池经受限制它们的稳定性和使用寿命的严苛约束。
[0014]在99PESC大会期间由X.Yan等发表的文章"Improvement of DriveRange,Accelerat1n and Decelerat1n Performance in an Electric VehiclePropuls1n System〃(〃30th annual IEEE Powers Electronics SpecialistsConference", 1999，Vol.2，第638-643页)中，描述了溴锌电池，所述溴锌电池在它们的比能、它们的使用寿命、以及它们的低成本方面被优化，其与提供功率峰值的超级电容器相关。
[0015]双向直流-直流转换器，根据车辆的操作状态(加速，超车、再生制动等)来控制两种类型的存储装置的充电/放电。
[0016]该转换器包括功率半导体半桥和感应线圈，它们分别连接至ZnBr电池和超级电容器，比如构成升压/降压组件。
[0017]半桥的半导体的控制是简单的，但在该架构中，这些半导体经受存在于存储装置的端子处和在电力网上的电压，且因此必须切换大量功率。这些半导体的成本可继而较高。
【发明内容】
[0018]本发明的目标是消除该缺陷，且限制电动或混合动力机动车辆的具有双存储单元的供电系统的部件的成本。
[0019]该系统设计为连接至车辆的电力网，该供电系统的类型本身是已知的，包括第一电能存储装置和第二电能存储装置，该第一电能存储装置具有第一比能、第一比功率和第一操作电压，该第二电能存储装置具有低于第一比能的第二比能，高于第一比功率的第二比功率和大于第一操作电压的第二操作电压。以通常方式，所述第一和第二电能存储装置通过双向直流-直流转换器电联接，所述双向直流-直流转换器根据所述车辆的操作状态被控制。
[0020]根据本发明的用于电动或混合动力机动车辆的具有双电能存储装置的供电系统区别在于，直流-直流转换器包括浮地电容器，所述浮地电容器在所示第一和第二电能存储装置之间串联连接。
[0021]该直流-直流转换器还有利地包括“H”形式的第一桥，由第一半导体开关元件形成，借助第一滤波元件并联连接在浮地电容器(14)上，且通过变压器耦接至“H”形式的第二桥，该第二桥由第二半导体开关元件形成且借助第二滤波元件并联连接在第一电能存储装置上。
[0022]当“H”形式的第一桥用作整流器且所述“H”形式的第二桥用作逆变器时，直流-直流转换器首先能够将第一电量从第一电能存储装置传递至第二电能存储装置，以及当“H”形式的第一桥用作逆变器且“H”形式的第二桥用作整流器时，直流-直流转换器还能够将第二电量从第二电能存储装置传递至第一电能存储装置。
[0023]优选地，用于电动或混合动力机动车辆的根据本发明的具有双电能存储装置的供电系统还包括充电器，所述充电器可连接至配电网。该充电器包括“H”形式的第三桥，该第三桥由用作逆变器的第三半导体开关元件形成，同时通过借助直流-直流转换器的变压器耦接至用作整流器的所述“H”形式的第二桥，构成截止供应部，其可从配电网为第一电能存储装置充电。
[0024]该充电器有利地包括用于校正功率因数的元件。
[0025]优选地，在根据本发明的用于电动或混合动力机动车辆的具有双电能存储装置的供电系统中，“H”形式的第一、第二和第三桥在开关模式下以零电压工作，或在开关模式下以零电流工作。
[0026]第二半导体开关元件有利地为IGBT类型。
[0027]第一和第三半导体开关元件优选地为MOSFET类型的，作为对IGBT类型的替代，第二半导体开关元件也是MOSFET类型的。
[0028]从以下事实得出优势:在根据本发明的用于电动或混合动力机动车辆的具有双电能存储装置的供电系统中，第一半导体开关元件具有第一使用电压，该第一使用电压大致为第一电能存储装置的第一操作电压和第二电能存储装置的所述第二操作电压之间的最大电压差。
[0029]所述第一滤波元件还有利地由感应线圈和具有第二使用电压的电容器构成，所述第二使用电压大致为该最大电压差。
[0030]在本发明的背景下，电动或混合动力机动车辆将因此高度有利地设置有上述具有双电能存储装置的供电系统。
[0031]与现有技术相比，这几个主要说明将通过该供电系统提供的优势而对本领域技术人员显而易见。
[0032]本发明的详细说明在以下关于附图的描述中给出。应注意到，这些附图仅用于说明描述的文本的目的，且并不以任何方式构成对本发明的范围的限制。
【附图说明】
[0033]图1是现有技术中已知的用于电动或混合动力机动车辆的具有双电能存储装置的供电系统的电气图。
[0034]图2是根据本发明的用于电动或混合动力机动车辆的具有双电能存储装置的供电系统的电气图。
[0035]图3是根据本发明的用于电动或混合动力机动车辆的具有双电能存储装置的供电系统的电气图，该供电系统包括充电器。
【具体实施方式】
[0036]用于现有技术中已知的电动或混合动力机动车辆的具有双电能存储装置I的供电系统的特征关于图1的提示将使得可以良好的理解本发明做出的贡献。
[0037]图1示意性地示出第一电能存储装置2，其通过双向直流-直流转换器4电联接至第二电能存储装置3。
[0038]组件I设计为连接至车辆的电力网5，但第一和第二存储装置2、3中的可通过最强瞬时功率供应电力网5的一个通常直接连接至该网5。
[0039]在图1中所示的例子中，第一存储装置2被视为能够提供许多能量的一个，但仅具有低功率。
[0040]该第一存储装置2例如包括多个如前文中描述的ZnBr电池单元，或更通常地包括锂离子电池单元。
[0041]ZnBr电池具有30至50W.h/kg之间的比能，而锂离子电池具有75至200W.h/kg之间的比能，但对于大容量来说成本更多。
[0042]但是发现，锂离子电池的150至315之间W.h/kg的功率系数对于电动或混合动力车辆的应用几乎不够。
[0043]实际上，城市汽车、具有用于增加REX类型(增程器的缩写)的自主性、具有REX的货车或轻型多用途车共同具有以下情况:考虑到相对较小的电池，具有15至20kW.h的能量。
[0044]但是，该电池完全不能够供应或吸收在加速、再生制动或快速充电阶段中产生的150kff的功率。
[0045]该功率水平由第二电能存储装置3供应，该第二电能存储装置3大致包括一组串联或并联组合的EDLC(双电层电容器的缩写)类型的超级电容器。
[0046]超级电容器的比能低，即，在2.5至15W.h/kg之间，但其比功率可以高达5W.h/kg。
[0047]通过在第一存储装置2和第二存储装置3之间产生电荷传递，双向直流-直流转换器4使得可以根据车辆的操作状态满足电力网5的所有需要，如在图1中针对电动车辆清楚示出的:
[0048]-当车辆以恒定速度行进时，供应电马达的电能6通过第一存储装置2借助直流-直流转换器4被供应至电力网5 ；
[0049]-当车辆处于加速阶段中时，过剩功率7通过第二电能存储装置3被直接供应至电力网5 ；
[0050]-当车辆处于再生制动阶段中时，功率8被第二电能存储装置3吸收，且被恢复的能量