[發明專利]混合動力汽車的超級電容器模組的充放電方法

有效

• 申請號: 200910189063.5
• 申請日: 2009-12-18
• 公開（公告）號: CN101716879A
• 公開（公告）日: 2010-06-02
• 發明（設計）人: 楊國慶;閻貴東;李兵
• 申請（專利權）人: 深圳市今朝時代新能源技術有限公司
• 主分類號: B60K6/28
• 分類號: B60K6/28;H02J15/00
• 代理公司: 深圳冠華專利事務所(普通合伙) 44267
• 代理人: 諸蘭芬

技術領域

本發明涉及一種超級電容器模組的充放電方法，尤其是涉及一種混合動力汽車的超級電容器模組的充放電方法。

背景技術

混合動力汽車是指同時裝備兩種動力來源——熱動力源(由傳統的汽油機或者柴油機產生)與電動力源(電池與電動機)的汽車。通過在混合動力汽車上使用電機，使得動力系統可以按照整車的實際運行工況要求靈活調控，而發動機保持在綜合性能最佳的區域內工作，從而降低油耗與排放。而電機的電能來源通常是蓄電池和超級電容器模組。混合動力汽車中使用的超級電容器模組為高壓高功率超級電容器模組。

使用超級電容器模組作為高壓高功率能量存儲器件是公知的，然而，在對已經被完全放電的超級電容器模組的開工過程(充電過程)和對已經被充電的超級電容器模組的停工過程(放電過程)中，超級電容器的高電流低電阻的特性會帶來一個問題。

即，由于超級電容器的低阻抗，通常不能通過簡單的閉合高電力接觸器繼電開關而將電容模組連接至高壓電源。如果這樣做，超級電容器模組和充電電路的初始連接看起來就像充電電路被短路，并且從充電電路涌入超級電容器模組的高電流能夠輕易破壞充電電路。對完全放電的電容器模組初始充電的一個方法是使用高功率DC/DC轉換器，這樣電壓增長緩慢以限制電路中流動的電流。但是使用高功率DC/DC轉換器會產生兩個問題：1這個部件非常昂貴，會對整個系統顯著增加成本，并且這個部件是個額外的部件，將會增加系統的復雜性。此外，如果在正常操作中，DC/DC轉換器還保留在電路中以將高壓最小化至下降如超級電容器模組放電，則能量存儲器和供電循環將通過DC/DC轉換器降低這兩個能量途徑的效率。

在工作周期的末端，通常在要下班之前，為了安全、超級電容器均衡以及增加超級電容器壽命的目的需要對超級電容器進行放電。通過將各超級電容器的待命電壓降低是一種增加超級電容器和電容器模組壽命的手段。由與各超級電容器并聯的電阻器組成的無源清除網絡可以對超級電容器模組進行放電，但是這通常需要數小時才能將電壓降低至最低水平。也可以采用有源電路來清除和/或釋放各超級電容器來降低電容器模組的電壓，但是這樣將增加更多的成本以及增加超級電容器模組的復雜性。

因此，有人設計出一種利用超級電容器模組放電給混合動力汽車自帶的發電機，以讓發電機帶動內燃機轉動，以及利用制動電阻器給超級電容器模組放電的方法。但是在實際操作中發現，這種方法放電不完全，且效率較低。更為重要的是，如果超級電容器模組中的多個超級電容器中有的超級電容器性能下降，或質量不均衡，則現有技術很難做到所述多個超級電容器的電量的均化，和確保每個超級電容器的電量得到釋放或充滿。

發明內容

為了解決上述問題，本發明涉及預充、使用和/或釋放超級電容器模組的方法，所述超級電容器模組中，在開工過程中，作為用于消散混合動力汽車中的電磁制動能量再生系統中的電能的常規元件的制動電阻器與超級電容器模組串聯，以限制進入超級電容器模組中的預充電流，而取消對非常昂貴的大功率DC/DC轉換器的需求。類似地，在停工期間，制動電阻器與電容器模組連接，以安全快速地將電容器模組釋放至最小待命水平。此外，微處理器對超級電容器模組進行檢測，當發現超級電容器模組中的超級電容器存在不均衡情況時，對電量超標的超級電容器單獨進行處理，通過發熱電阻，消耗掉其中的能量。這是一種有效、低成本和安全的超級電容器模組預充電和/或放電方法。本發明還利用了其它混合動力汽車中的常用部件：發動機/發電機，逆變器，以及被稱作接觸器的各種高功率轉換繼電器。

發電機能夠提供快充超級電容器模組的所有的能量，但是發電機由于其永磁體設計導致通常產生一些最小電壓遠高于0v的電壓(例如，200v)(由于永磁體連接至發動機，發動機以最低速度(空轉)運轉)。通常，這個電壓對于直接連接至超級電容器而言過高了。

超級電容器模組對于存儲高功率制動再生能源而言是非常優秀的，其中牽引馬達作為發電機操作以提供對動力傳動系統的阻力，從而使車輛減速。制動能量再生也會減少機械制動系統的磨損和維護。然而，當沒有能量存儲或容量存儲被充電至電容，則電磁制動能量再生系統通過制動電阻器和/或通過使用發電機作為馬達以旋轉燃料供給已經被切斷的發動機來消散能量。

使無燃料發動機旋轉，因發動機通過反向做功壓縮發動機活塞和氣缸并且通過發動機上的皮帶和/或齒輪的動力輸出將旋轉能量轉化為熱能，從而能夠消散能量。由發電機旋轉的典型的重型發動機可以吸收30kw的功率。通過這種方式旋轉發動機也可以使用發動機水泵以連續循環冷卻流體通過制動電阻器。

本發明提供的一種技術方案為：