[實用新型]應用于啟停系統的雙電壓超級電容器復合電源

有效

• 申請號: 201520309959.3
• 申請日: 2015-05-14
• 公開（公告）號: CN204928197U
• 公開（公告）日: 2015-12-30
• 發明（設計）人: 陳書禮;榮常如;薛現龍;韓金磊;張克金;閆明毅;魏曉川;陳雷
• 申請（專利權）人: 中國第一汽車股份有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J7/34
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王薇

技術領域

本實用新型涉及一種復合電源，具體涉及一種應用于啟停系統的雙電壓超級電容器復合電源。

背景技術

啟停系統就是可以在汽車等待信號燈或者堵車時，自動關閉發動機；當要繼續行駛時，只要踩下離合器踏板或是松開制動踏板，發動機立即重新啟動。通過這種自動調節，達到減少汽車怠速工況下所產生的燃油消耗和尾氣排放。相關研究顯示，根據駕駛環境和系統的設計不同，僅靠啟停系統能讓車輛的油耗下降3%~10%，而減排效果可達10%~20%。更為最重要的是，啟停系統是在盡量不改變傳統汽車結構、成本較低（按其復雜程度大約為500~3500元）的條件下，最簡便易行的節油減排方案。

另外，汽車駕駛員在釋放油門踏板或剎車使車輛減速時，將產生多余的能量。具有再生制動能量回收系統的汽車，可以將多余的能量進行回收。在發電機控制單元的調節和控制下，將多余的能量以電能的形式對電池系統進行充電，從而提高燃油經濟性。

帶有能量回收的啟停系統對蓄電池的功率性能、充放電效率、壽命等能力要求高。目前全球這一領域以采用AGM鉛酸蓄電池為主。雖然鉛酸蓄電池技術工藝已經十分成熟，具有容量大、安全性好、成本低、可回收等特點，但鉛酸蓄電池的大電流充電性能差，并且鉛酸蓄電池存在大電流充放電時壽命短的問題，這些都制約了該技術的推廣，尤其是帶能量回收的啟停技術。

超級電容器具有充放電效率高（能夠達到99％）、循環壽命長（可以達到100萬次）、溫度適用范圍寬（-40℃~65℃）的優點，因此超級電容器能夠高效利用瞬態制動回饋的功率。但是相對于蓄電池而言，超級電容其的比容量比蓄電池小，因此每次充放電的能量較小，導致其持續大強度制動時能量回收的能力受到了限制。

為了兼顧蓄電池和超級電容器的優點，出現了將二者以一定關系進行連接所組成的復合儲能系統。最典型的一種是將蓄電池和超級電容器直接連接在直流母線上。這種結構雖然簡單，但其缺點是系統工作時，直流母線的電壓始終被蓄電池維持在一個很窄的變化范圍內，導致超級電容器的端電壓和對應的SOC也在很窄的范圍內變化，不能進行充分的充放電，使得超級電容器的優勢受到很大的局限，而且這種結構在進行充放電時超級電容器和蓄電池間的電流分配無法控制，無法真正有效解決蓄電池的壽命衰減的問題。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種應用于啟停系統的雙電壓超級電容器復合電源，其在實現汽車啟停的前提下，解決蓄電池在汽車頻繁啟動過程中大電流放電導致的壽命短的問題，并實現汽車制動時能量回饋利用的最優化，提高整車的經濟性能。

本實用新型是這樣實現的：應用于啟停系統的雙電壓超級電容器復合電源，由超級電容器模組、超級電容器管理系統、蓄電池及電池管理系統、雙向DC/DC變換器、耗能電阻、接入開關、能量管理系統組成，其特征在于：超級電容器模組規格為16V、200F，由6個2.7V、1200F超級電容器單體串聯組成；蓄電池規格為48V、8Ah，由15個3.2V、8Ah的磷酸鐵鋰電池單體串聯組成；超級電容器模組負極與蓄電池負極接地；超級電容器模組正極與起動機和發電機相連；蓄電池正極與負載相連；雙向DC/DC變換器兩端分別與超級電容器模組正極和蓄電池正極相連；超級電容器模組正負極之間連接有耗能電阻及接入開關，耗能電阻與接入開關串聯；超級電容器管理系統對超級電容器模組進行電壓、電流檢測和控制，并與能量管理系統進行通訊；電池管理系統對蓄電池進行電壓、電流檢測和控制，并與能量管理系統進行通訊；雙向DC/DC變換器的通斷與工作模式由能量管理系統控制；耗能電阻接入開關由能量管理系統控制。

本實用新型的積極效果是其超級電容器模組自身內阻較小，具有高功率充放電能力，可以承擔復合電源系統瞬時峰值充放電電荷，使用壽命長，同時由于采用雙向DC/DC變換器將蓄電池和超級電容器模組進行連接，能夠充分兼顧蓄電池儲能容量大和超級電容器模組瞬時充放電功率大，使得整個儲能系統不僅具有較大的電能存儲量，還具有高效和大電流回收制動能量的能力，能夠實現汽車制動時能量回饋利用的最優化，提高整車的經濟性能；超級電容器模組的正負極之間連接有耗能電阻，在超級電容器模組和蓄電池都充滿電的情況下，可將吸收的多余制動能量消耗掉，防止過充電對超級電容器模組和蓄電池造成的損壞。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖。

圖2為本實用新型在汽車啟動時的電流示意圖。

圖3為本實用新型在汽車正常行駛時的電流示意圖。

具體實施方式