[发明专利]外充电式的混合动力车辆的能量管理系统

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种电动车辆领域的能量管理系统，尤其涉及一种外充电式混合动力车辆的混合电池的能量管理系统。

二、背景技术

纯电动汽车是指完全采用电能来驱动车辆，不管其采用铅酸电池、镍氢电池还是锂动力电池，其能量完全是由电池来提供的。由于电池的能量密度和循环使用寿命所限，无论其电动行驶里程还是电池使用寿命，始终无法满足用户需要。除特定用途的电动城市小型车外，商品化的市场前景不大。混合动力汽车是内燃机技术和纯电动汽车电力电子技术通过系统综合控制技术结合的结晶。但是，混合动力汽车的主要目的是充分提高燃油的经济性，即电能是燃油能量转换的一个中间环节，其纯电动工作是短暂和不能持久的。

为了结合以上两者的优点，并更多地利用电能来代替部分燃油，提出了外充电式混合动力车辆的设计思路。具体地说，主要是较大容量的锂动力电池与超级电容联合应用于混合汽车，综合利用锂动力电池的高能量密度和超级电容的高功率密度，达到混合动力车辆对瞬间高功率和长时间的高能量的要求的满足。

以钴酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂等为正极材料的锂动力电池，相对于传统的铅酸电池和镍氢电池，其能量密度要高得多，并且循环寿命长，重量轻、体积小，尤其适用于要求有一定电能储备的外充电式混合动力车辆。电化学双电层电容器即超级电容能够提供比物理电容高得多的比能量，又有比电池高的比功率和更长的使用寿命。但超级电容器的比能量较低，与电池结合使用可以相互补充。高功率超级电容和高比能的锂动力电池组成复式电源，可以满足电动车辆既要求高比功率、又需要高比能量的要求。超级电容由于能提供大的瞬间功率，可用于满足电动车辆在起动、加速和爬坡时的高功率的要求，同时，电容器可以回收部分刹车制动的能量，从而保护车辆动力系统。

现有的混合动力车辆在应用超级电容与电池的混合应用时，一般采用将低电压超级电容经直流电源转换器DC/DC升压到较高电压，与电池并联使用。超级电容经由直流电源转换器DC/DC升压后与动力电池并联，虽然这种方式可以达到混合动力车辆对输出功率和能量的控制要求，但是由于超级电容的输出功率受到直流电源转换器DC/DC的设计所限，往往不能充分发挥超级电容的高比功率的优点。在混合动力车辆的加速电流或刹车反馈电流比正常工作电流大得多的时候，直流电源转换器DC/DC所提供的转换功率就不能达到要求，在车辆加速时还需要燃烧燃油，在刹车时，仍起不到保护车辆动力系统的要求。为了达到要求，设计的直流电源转换器DC/DC的转换功率非常高，大大提高了装置的成本，降低了可靠性。

三、发明内容：

本发明的目的就是解决现有技术中存在的上述问题，提高一种既具有高比能量，又具有更高的高比功率的外充电式的混合动力车辆的能量管理系统，使用该系统的混合电动车辆，降低了怠速时间和系统成本，节省了能源和降低了排放，增强了车辆的动力性和燃油经济性。

为实现本发明的目的，本发明的技术解决方案是：一种外充电式的混合动力车辆的能量管理系统，它包括电池部分、电池充放电和电压调整回路、信号采集及控制部分；

电池部分包括锂动力电池组11，电池各单元的电压监视电路12和电池组的电流检测和切断电路13；锂动力电池组11两极并联电池各单元的电压监视电路12后，负极串联电池组的电流检测和切断电路13后接到输入电源的负极，即总电路的负极，正极一路连接输入接触器或者输入断路器21的输出端，另一路连接电池充放电和电压调整回路中的短接接触器22的输入端；

电池充放电和电压调整回路包括输入接触器或者输入断路器21，充电电阻23，短接接触器22，升压电抗器24，充电控制开关IGBT 25，升压控制开关IGBT 26和输出接触器27；输入接触器或者输入断路器21的输入端连接在输入电源的正极，充电电阻23跨接在短接接触器22的两端，短接接触器22的输出端串接升压电抗器24后一路接充电控制开关IGBT 25的E极，另一路接升压控制开关IGBT 26的C极；充电控制开关IGBT 25的C端，即直流母线的正极端，穿过输出电流传感器44后，接到输出接触器27的输入端上；升压控制开关IGBT 26的E极接直流母线负极，即整个电路的负极；直流母线的正、负极之间还并接有高电压超级电容组30、滤波电解电容组31、由电阻和顺接的发光二极管组成的直流母线充电指示电路43和输出侧电压传感器42；