[发明专利]一种电动汽车超级电容充放电装置及其控制方法

权利要求书

1.一种电动汽车超级电容充放电装置，其特征在于，包括超级电容器组(1)、六重交错并联双向DC/DC变换器(3)、蓄电池(2)、直流母线(4)、电机驱动控制装置(5)、电机(6)；

所述超级电容器组(1)和六重交错并联双向DC/DC变换器(3)相连接并组成六重交错并联双向DC/DC变换器电路，用于实现超级电容器组的大电流均衡充放电，降低功率开关管应力、体积和成本；所述六重交错并联双向DC/DC变换器(3)输出端与直流母线(4)的第一个输入端相连，所述蓄电池(2)与直流母线(4)的第二个输入端相连，所述直流母线(4)的输出端与电机驱动控制装置(5)的输入端相连，所述电机驱动控制装置(5)的输出端与电机(6)相连，用于实现电动汽车启动、加速或爬坡时超级电容器组对驱动系统的辅助大电流供电以及电动汽车制动或下坡时超级电容器组对制动能量的回收处理。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车超级电容充放电装置，其特征在于，所述超级电容器组(1)通过m×n个单体超级电容进行串并联组合，其中m为并联支路数，n为每个支路串联的单体超级电容个数。

3.根据权利要求1所述的一种电动汽车超级电容充放电装置，其特征在于：

所述六重交错并联双向DC/DC变换器(3)包括七个电流传感器、两个电压传感器、一个滤波电容、六个相并联的双向DC/DC变换器，所述电流传感器用于检测每个子模块中的电流，以控制六个双向DC/DC变换器之间的电流均衡，所述电压传感器SV1用于检测直流母线电压，所述电流传感器SC7用于检测直流母线电流，以控制直流母线端电压，所述电压传感器SV2用于检测超级电容器组电压，以控制超级电容器组避免出现过充电和过放电的状态；

所述六重交错并联双向DC/DC变换器中，第一重为功率开关管S1与S2连接点与串联的电流传感器SC1、电感L1连接组成；第二重为功率开关管S3与S4连接点与串联的电流传感器SC2、电感L2连接组成；第三重为功率开关管S5与S6连接点与串联的电流传感器SC3、电感L3连接组成；第四重为功率开关管S7与S8连接点与串联的电流传感器SC4、电感L4连接组成；第五重为功率开关管S9与S10连接点与串联的电流传感器SC5、电感L5连接组成；第六重为功率开关管S11与S12连接点与串联的电流传感器SC6、电感L6连接组成；

所述超级电容器组(1)与电压传感器SV2并联后与六重交错并联双向DC/DC变换器的低压侧并联，所述电压传感器SV1和滤波电容C1并联在所述六重交错并联双向DC/DC变换器的高低压两侧，所述电流传感器SC7的一端分别连接电压传感器SV1和滤波电容C1的上端。

4.根据权利要求3所述的一种电动汽车超级电容充放电装置，其特征在于，所述六重交错并联双向DC/DC变换器(3)中各重单元在一个周期中分别进行移相交错工作，使变换器工作在非连续导通模式，电感电流依次相差1/6个周期，相邻两个单元的工作相位差为60度。

5.一种电动汽车超级电容充放电装置控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)、电动汽车发动后，对充电系统进行初始化；

2)、在DSP中分别设定超级电容器组充电的起始直流母线电压Umax和放电的起始母线电压Umin，以及超级电容器组工作的最低电压Usmin和最高电压Usmax；

3)、通过传感器检测直流母线电压U和超级电容器组电压Usc；

4)、分别比较步骤2)和步骤3)中的电压值，即比较U、Umax、Umin、Usc、Usmax、Usmin；

5)、如果U＞Umax且Usc＜Usmax，使超级电容器组切换为充电状态，对超级电容器组电压、电流进行三闭环比例积分控制，回收制动能量；

6)、如果U＜Umin且Usc＞Usmin，使超级电容器组切换为放电状态，对超级电容器组电压、电流进行三闭环比例积分控制，为电动汽车提供大功率电流；

7)、反复步骤2)、3)、4)、5)和6)，实现超级电容器组在电动汽车储能系统中的充电和放电控制。

6.根据权利要求5所述的电动汽车超级电容充放电装置控制方法，其特征在于，所述步骤5)、步骤6)中：

通过电压外环PI控制器调节六重交错并联双向DC/DC变换器输出电压稳定在负载范围内；通过电流内环PI控制器控制超级电容器组的充放电电流；通过每个双向DC/DC变换器中电流内环PI控制器控制每重双向DC/DC变换器之间的电流；通过三个控制环后得到的控制信号经DSP中的PWM模块产生DC/DC变换器中功率开关器件的开关信号；电压传感器SV2检测的超级电容器组电压U分别与Usmax和Usmin做差后通过两个PI控制器，以限制超级电容器组的充放电电流幅值。