[發(fā)明專利]一種超級電容充放電電流自適應控制方法及其系統(tǒng)

無效

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• 申請日: 2011-05-12
• 公開（公告）號: CN102185355A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發(fā)明（設計）人: 黃勇;柯軼煒;王璘;吳錦俊
• 申請（專利權）人: 清華大學;揚州飛馳動力科技有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02M3/155
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

技術領域

本發(fā)明屬于電源技術領域，特別涉及一種超級電容充放電電流自適應控制方法。

背景技術

動力電池組在電動汽車等新能源技術領域得到了廣泛應用。但是，受到動力電池工作原理和制造水平的限制，目前電動汽車用的先進動力電池組(例如：鎳氫電池組、鋰離子電池組等)的循環(huán)使用壽命不盡如人意。隨著動力電池組放電電流的增大，其循環(huán)使用壽命顯著下降。試驗研究結果表明，某型號100Ah鋰離子動力電池組在100A恒流放電時的循環(huán)使用壽命是1200次，200A恒流放電時的循環(huán)使用壽命只是600次，而且，隨著電池組的荷電狀態(tài)(SOC)的降低，大電流放電會進一步縮短電池組的使用壽命，從而增加電動汽車的使用成本。動力電池組理想的使用條件應該要限制其峰值放電電流，但是，當動力電池組直接驅動電動汽車時，這種放電條件會影響電動汽車動力性能的發(fā)揮。當采用動力電池組做為電動汽車唯一的能量來源時，由于城市工況下車輛頻繁加速的特點，導致動力電池組頻繁間歇地大電流放電，降低了電池組的使用壽命，從而影響整車的使用壽命。

另一方面，電動汽車在城區(qū)運行時，雖然在車輛加速過程中，要求動力系統(tǒng)提供較大功率，動力電池組處于大電流放電狀態(tài)，但是，在車輛減速、滑行過程中，動力系統(tǒng)的輸出功率很小、甚至為零，這時，動力電池組放電電流小、或者不放電。車輛的城市工況統(tǒng)計結果顯示，車輛滑行、減速和怠速導致動力系統(tǒng)零輸出的時間約是車輛總的運行時間的30％左右，車用動力電池組的放電特性表現為峰值電流大、平均電流小。

在已有的動力電池、超級電容通過雙向電源變換器連接的結構(例如：美國Argone國家實驗室的研究成果)中，雙向電源變換器對超級電容充放電狀態(tài)和電流大小的控制不是實時的，而是基于對歷史一段時間內電源系統(tǒng)總輸出電流的頻域分析，從中分離出高頻的電流分量做為超級電容充放電電流的輸出給定值。其結果造成超級電容的輸出電流不能很好地滿足當前時刻的系統(tǒng)功率需求，系統(tǒng)功率分配策略實時性差，尤其難以滿足在電動汽車使用條件下的車輛行駛功率急劇變化的要求。電源外特性，描述了電源負載變化時，電源輸出電流和電源端電壓之間的關系，一般用“電源輸出電流-電源端電壓”二維曲線來描述。常見的電源外特性曲線有恒壓特性曲線、恒流特性曲線和下降靜態(tài)外特性曲線(以下簡稱外特性曲線)。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種超級電容充放電電流自適應控制方法及其系統(tǒng)，可自適應控制超級電容的充放電狀態(tài)及其電流，限制動力電池組的峰值放電電流，提高電池組的使用壽命。

本發(fā)明提出的一種超級電容充放電電流自適應控制方法，其特征在于：在動力電池輸出外特性Lb的基礎上，設置閾值電流I0，當動力電池輸出電流大于I0時，控制超級電容處于放電狀態(tài)，隨著動力電池輸出電流的增大，超級電容放電電流增大；當動力電池輸出電流小于I0時，控制超級電容處于充電狀態(tài)，隨著動力電池輸出電流的減小，超級電容充電電流增大。

本發(fā)明還提出采用如上述方法的超級電容充放電電流自適應控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括動力電池組、超級電容和雙向電源變換器，其特征在于，雙向電源變換器的高壓端連接在動力電池組輸出端，雙向電源變換器低壓端連接在超級電容的輸出端，雙向電源變換器的高壓端與動力電池組輸出端共同連接到負載上，所述雙向電源變換器用于根據動力電池組的輸出電流，按設置閾值電流自適應控制超級電容的充放電狀態(tài)和充放電電流，抑制動力電池組的放電峰值電流。

本發(fā)明的特點及有益效果：

本發(fā)明為了解決超級電容充放電狀態(tài)切換和充放電電流變化的實時性問題，提出通過在線檢測動力電池的放電電流，控制超級電容的充放電狀態(tài)和充放電電流，使其實時地跟隨動力電池放電電流的變化而變化：當動力電池放電電流大于設定的閾值電流值時，雙向電源變換器自動切換進入升壓電路工作模式，超級電容處于放電狀態(tài)。在雙向電源變換器升壓電源外特性的作用下，超級電容放電電流隨著動力電池放電電流的增大而增大，增強了電源系統(tǒng)的功率輸出能力、抑制動力電池放電電流峰值；當動力電池放電電流小于設定的閾值電流時，雙向電源變換器自動切換進入降壓電路工作模式，超級電容處于充電狀態(tài)。在雙向電源變換器降壓電源外特性的作用下，隨著動力電池輸出電流的減小，超級電容充電電流增大，超級電容的儲存能量得到及時補充，使得在下一次超級電容放電過程仍具有較強的功率輸出能力，同時，抑制了動力電池放電電流的減小，使得動力電池放電電流平緩。與已有技術相比，在本發(fā)明所提的雙向電源變換器外特性的作用下，提高了超級電容充放電狀態(tài)切換的實時性，超級電容的充放電電流更好地滿足了系統(tǒng)功率需求的要求。