[发明专利]电动汽车多模式混合储能系统复合式拓扑结构及控制方法

说明书

本发明公开了一种电动汽车多模式混合储能系统复合式拓扑结构及控制方法，包括燃料电池FC、电池组Bat、超级电容UC、第二MOS管S2、第三MOS管S3、开关S4、开关S5、开关S6、开关S7、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第二储能电感L2、升压电路、电机逆变器、ARM控制器、第一电压采集电路、第二电压采集电路、电流采集电路。控制器根据实际需求功率控制各MOS管和各开关的导通与关断，实现多种工作模式并有效切换，满足电动汽车行驶时的各种工况。尤其，该系统能通过控制开关的通断，完成第一级结构在串联与并联之间切换，由于同时具备两种结构的优点，实现了系统的高效工作。

技术领域

本发明属于电动汽车用车载电源领域，涉及一种电动汽车多模式混合储能系统复合式拓扑结构及控制方法。

背景技术

随着汽车产业的持续发展和汽车保有量的迅速增加，传统内燃机汽车带来的环境污染、资源短缺等问题愈发突出。与此同时，绿色环保的新能源汽车的发展壮大已经成为了必然的趋势。其中，燃料电池FC电动汽车是当下研究的一大热点，我国已经出台了一系列政策以推进燃料电池FC电动汽车的研发和应用。

燃料电池FC具有高能量密度、零排放、无废弃污染等突出优点，但其功率密度较低，输出不易控制，不支持能量回收且动态响应较差。因此，单一的燃料电池FC难以满足汽车的各种行驶工况需求。在储能系统中增加锂电池和超级电容UC构成混合储能系统，能使燃料电池FC输出稳定可控，并使储能系统具备制动能量回收功能和良好的动态性能，满足汽车各种行驶工况需求。同时，又能有效提高电动汽车续驶里程和延长系统使用寿命。

电动汽车的多种行驶工况要求储能系统具有多种工作模式。现有的多能源混合储能系统常采用级联或并联式结构，需采用一个或多个DC-DC变换器。当采用一个DC-DC变换器时，混合储能系统工作模式少且不能有效切换；当采用多个DC-DC变换器时，混合储能系统控制复杂且效率较低。上述问题需要设计合理的混合储能系统拓扑结构及控制方法来综合解决。

发明内容

为克服上述现有技术的缺点，本发明提供了一种电动汽车多模式混合储能系统复合式拓扑结构及控制方法。该结构和控制方法能够实现多种工作模式并根据电动汽车的各种行驶工况有效切换对应的工作模式，实现了系统的高效工作。

为实现以上目的，本发明采用以下技术手段：

一种多模式混合储能系统的复合式拓扑结构，其特征在于：包括燃料电池FC、电池组Bat、超级电容UC、第二MOS管S2、第三MOS管S3、开关S4、开关S5、开关S6、开关S7、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第二储能电感L2、电机逆变器、ARM控制器、第一电压采集电路、第二电压采集电路、电流采集电路；

所述燃料电池FC的正极通过开关S7与第一储能电感L1的一端相连接，第一储能电感L1的另一端与第四二极管D4的阳极和第一MOS管S1的漏极相连接，第四二极管D4的阴极与稳压电容器C的正极、电池组Bat的正极、第二储能电感L2的一端、开关S4的一端以及开关S5的一端相连接，第二储能电感L2的另一端与第二MOS管S2的漏极和第三MOS管S3的源极相连接，第三MOS管S3的漏极与超级电容UC正极和电机逆变器的正极相连接，开关S4的另一端与超级电容UC的负极相连接，开关S5的另一端与开关S6的一端和电机逆变器的负极相连接，第一二极管D1的阳极和阴极分别与第一MOS管S1的源极和漏极相连接，第二二极管D2的阳极和阴极分别与第二MOS管S2的源极和漏极相连接，第三二极管D3的阳极和阴极分别与第三MOS管S3的源极和漏极相连接，燃料电池FC的负极与第一MOS管S1的源极、稳压电容器C的负极、电池组Bat的负极、第二MOS管S2的源极、开关S6的另一端相连接；