[发明专利]一种超级电容和蓄电池混合动力系统及充电控制方法

说明书

本发明公开了一种超级电容和蓄电池混合动力系统及充电控制方法，属于混合动力系统技术领域。本发明系统包括：超级电容阵列、蓄电池阵列、并行充放电DC/DC变换器、超级电容并行母线和蓄电池并行母线，其充电控制方法包括：蓄电池串行充电控制方法和超级电容并行充电控制方法。本发明由超级电容提供突发性功率，蓄电池主要以恒流放电补充超级电容的功率输出，避免突发性功率造成蓄电池容量衰减，延长蓄电池的使用寿命。

技术领域

本发明涉及混合动力系统技术领域，并且更具体地，涉及一种超级电容和蓄电池混合动力系统及充电控制方法。

背景技术

近年燃油需求量不断大幅度上涨，大气污染也日趋严重，尤其是汽车排放产生的CO₂量不断增加，已经引起全球气候的反常变化，能源枯竭和环境污染已成为当今社会亟需解决的问题，发展电动汽车是缓解这一问题最直接有效的方法，电动汽车虽然在环保、节能、清洁等方面占据着明显优势，却也有不少缺点，从某种意义说电动汽车的成败首先取决于电池技术。

超级电容具有功率密度大、充放电效率高和循环寿命长的特点，适宜反复充放电和大电流充放电使用，满足电动汽车启动、加速和爬坡等突发性功率需求，但目前存在单体容量偏低、参数离散性大的问题，不能直接并联运行，若不采用均衡技术，也无法串联运行，难以组成大容量的超级电容组。

锂电池的能量密度大，可以将大量单体电池串、并联组成大容量电池组，满足电动汽车持续性功率需求，但锂电池存在大电流放电导致循环寿命衰减的问题。锂电池大量使用时，由于单体容量的差异，容量最小的电池率先放净或充满后，将限制其他电池的继续充电或放电，为了避免这个问题，就要采用主动均衡技术。电动汽车内的锂电池数量众多，为了简化管理，通常采用先并联，后串联的连接方式，但并联后电池的端电压相同，限制了均衡技术对单体电池的应用；而且，为了避免电池并联后的环流，要进行程序复杂的电池筛选，将参数一致的电池并联在一起，但长期使用后，仍无法避免环流造成的容量损耗和寿命缩减。

现有技术是将超级电容(SC)串联组成超级电容组，锂电池先并联后串联组成锂电池组。在超级电容组和锂电池组的连接方式上，有直接并联和通过电感并联的无源连接方式，有通过功率变换器并联的有源连接方式。直接并联和无源连接方式已被淘汰，锂电池通过功率变换器与超级电容并联的Bat/UC结构，不利于持续性功率输出，超级电容通过功率变换器与锂电池并联的UC/Bat结构，不利于突发性功率输出。

发明内容

针对上述问题本发明提出了一种超级电容和蓄电池混合动力系统，所述系统包括：

超级电容阵列、蓄电池阵列、并行充放电DC/DC变换器、超级电容并行母线和蓄电池并行母线；

所述超级电容阵列包括g×h个超级电容单元，其中，g为所述超级电容阵列的行数，h为所述超级电容阵列的列数，g和h可以为任意整数；

所述蓄电池阵列包括i×j个蓄电池单元，其中，i为所述蓄电池阵列的行数，j为所述蓄电池阵列的列数，i和j可以为任意整数；

所述并行充放电DC/DC变换器包括g个超级电容端口和i个蓄电池端口，为具有g+i个输出/输入端口的隔离式DC/DC变换器；

g个所述并行充放电DC/DC变换器的所述超级电容端口分别与g条所述超级电容并行母线相连，每条所述超级电容并行母线与所述超级电容阵列中每行的h个所述超级电容单元的并行端口相连；

i个所述并行充放电DC/DC变换器的所述蓄电池端口分别与i条所述蓄电池并行母线相连，每条所述蓄电池并行母线与所述蓄电池阵列中每行的j个所述蓄电池单元的并行端口相连。

可选的，并行充放电DC/DC变换器由g+i个端口的双向全桥移相式DC/DC变换电路共享一个单磁路、g+i个绕组的高频变压器组成。

可选的，超级电容单元包括1个串行端口和1个所述并行端口；