[发明专利]车辆混合能量系统有效
申请号: | 200880018133.4 | 申请日: | 2008-03-31 |
公开(公告)号: | CN101743675A | 公开(公告)日: | 2010-06-16 |
发明(设计)人: | 安·玛丽·萨斯特里;金伯利·A·库克-谢诺尔特;王志为;法比奥·阿尔巴诺 | 申请(专利权)人: | 密执安州立大学董事会 |
主分类号: | H02J1/00 | 分类号: | H02J1/00 |
代理公司: | 北京集佳知识产权代理有限公司 11227 | 代理人: | 康建峰;李春晖 |
地址: | 美国密*** | 国省代码: | 美国;US |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 车辆 混合 能量 系统 | ||
技术领域
本发明涉及能量存储系统。更特别而言,本发明涉及用于电动车辆和 混合电动车辆的能量存储系统,特别是涉及一种适合于在具有完全或部分 电气化传动系统的车辆以及诸如住宅电气的其它应用中使用的混合能量 存储系统。
背景技术
为电动车辆或混合电动车辆的电气化传动系统设计电能存储系统带 来了重大的挑战。主要是作为单一化学成分的铅酸、镍金属氢化物、锂等 的现有车辆电能存储系统是不足的。比如在小型应用如消费电子装置中采 用的其它电能存储技术可能会告知为电气化传动系统设计能量存储系统 留下了许多问题未解决。对适合于例如消费电子装置的电池结构(即,化 学成分、单元配置、构造、尺寸和形状)的提议可能不会作出调整来为车 辆能量存储系统设计者提供解决方案。
包括车辆环境中的单元和模块鲁棒性、安全性、老化、寿命、热效应、 材料/货架期、抗冲击性和抗振性以及一般适用性在内的设计问题全部开 始发生作用。还存在系统规模的问题。消费电子装置中的负载要求可能在 微安或毫安范围内,其中功率传递小于1瓦。电气化传动系统可能要求在 300-400伏和显著更高的负载电流下有5-30千瓦小时范围内的功率传递。 车辆环境亦是使系统经受极端温度、变化的温度范围、冲击和振动、当然 还有碰撞的极端使用环境。包括初始安装和未来更换在内的费用也是要关 心的。材料的选择和使用应该鉴于耐久性而进行,即,使用基本上丰富且 可再使用的材料。
电动车辆(EV)、混合电动车辆(HEV)或插入式混合电动车辆 (PHEV)的典型能量存储/电池系统局限于单一化学成分和单元架构。 为了满足车辆可能经历的多种多样的工作条件,设计者必然在选择电池系 统时作出折衷。由此产生的缺点是并非最佳的能量传递、体积尺寸、重量 和工作复杂性(单元的数量和配置、单元的正常和故障状态监视等)。
发明内容
根据这里描述的发明的实施例,用于纯电气化车辆(EV)或部分电 气化车辆(如HEV)的电能存储方案能够通过提供多种活性化学成分的 单元/电池、充分利用每种单独活性化学成分的各种优良性能来响应于多 种多样的工作条件。不限制本发明的一般性并为了帮助理解本发明,使用 以下术语。单个单元是能量存储装置的最小单位,包括正电极、负电极和 电解质。正电极和负电极包含负责主反应的活性化学品以及用以提高总体 单元性能的添加剂。电池/模块可包括并联或串联布置的一个或多个单元。 通过不同的模块,混合电池系统可包含两种或更多种活性化学成分,以适 应例如极高/极低温度、急剧加速或可变速度等。“模块”是指呈各种组装 配置的串联/并联电池/单元所构成的子系统。不同的活性化学成分具有它 们自己的最佳工作条件。
在本发明的示例实施例中,电混合功率源利用了两种不同活性化学成 分的电池模块,每个电池模块可包括一个或多个单元。然而,本发明不只 限于两种不同化学成分。电池模块中的单元可以是重量能量高并且内阻随 时间的推移相对低和稳定的初级(不可再充电的)单元或次级(可再充电 的)单元。这两个模块可通过充电控制电路串联或并联布置。充电控制电 路监视车辆行驶条件所需的功率分布和工作温度,然后基于电池模块的电 流、电压、能量和工作温度范围、以优化总体系统输出的方式来确定使哪 个模块生效或者使这两个模块都生效。
本发明的实施例提供了在整个工作期间最大化行驶距离的可能性。当 在低负荷状态下驱动电动车辆时,驱动电动机所需的电功率主要从电池组 中较高能量的电池提供,以最大化行驶距离。当电动车辆的负荷增大而需 要更大的功率时,使用较高功率的电池。
本发明的实施例还提供了最大化工作温度条件的可能性。当例如环境 温度改变时,使用在该条件下具有优良性能的电池。
本发明的实施例还提供了这样的可能性:通过利用从总是产生恒定输 出功率的高重量能量(Wh/kg)电池提供的电功率对高重量功率(W/kg) 电池充电,从而延长混合电池系统的寿命、同时适应对从低负荷到高负荷 的宽范围输出功率特性的要求。当负荷波动大时使用高功率电池的电功率 来驱动车辆,而使用能够在长时间内维持恒定输出的高能量电池的电功率 来驱动负荷波动小的辅助机器。这样,可延长可能的行驶距离并且可减小 电功率系统的尺寸。此外,该电功率系统可响应于从低负荷到高负荷的宽 范围输出功率要求,并且可改善驱动特性。
在下面对本发明的详细说明和附图中,描述本发明的众多优点和新颖 特征。
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