[發明專利]一種用于電動汽車的一體化混合能量源接口電路拓撲結構

在審

• 申請號: 201810442066.4
• 申請日: 2018-05-10
• 公開（公告）號: CN108422869A
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發明（設計）人: 丁石川;尉寶磊;杭俊;張鵬;柳璐
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: B60L11/00
• 分類號: B60L11/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

本發明公開了一種用于電動汽車的一體化混合能量源接口電路拓撲結構，包括連接動力電池單元與直流母線的雙向DC?DC接口電路一、由電感元件和開關網絡構成的動力電池單元和超級電容單元之間的接口電路二、連接超級電容單元與直流母線的雙向DC?DC接口電路三。本發明的拓撲結構不同于以往的混合能量源接口電路，動力電池和超級電容兩種能量源均具有與直流母線相連的雙向DC?DC接口電路，特別是直接連接兩種能量源的接口電路二可以利用混合能量源系統自身的結構，以組成混合能量源的超級電容模塊為核心構建動力電池單元的電壓均衡電路，實現各串聯的動力電池單體電壓在充放電過程中動靜態均衡的目的，無需額外輔助均壓裝置。

技術領域

本發明涉及儲能技術、電源領域，特指一種用于電動汽車的一體化混合能量源接口電路拓撲結構，適用于電動汽車、城市軌道交通等混合儲能系統。

背景技術

受世界石油資源蘊藏量有限性的制約，以及經濟的發展對石油依賴性程度的不斷增加，當前石油資源緊缺使得世界各汽車大國面臨巨大的挑戰。從環境保護的角度看，燃油車輛在大量消耗石油資源的同時又污染了環境。在石油短缺，公眾環保意識顯著增強，政府推動、法律法規日臻完善，以及民眾對電動汽車認可程度提高的大環境下，電動汽車正在引領世界汽車業的發展潮流。可靠、高效和低成本的動力系統是電動汽車的關鍵，其中的能量存儲技術是目前制約電動汽車發展的關鍵因素之一，以鋰電池為代表的動力電池，能量密度出色，但是功率密度和循環壽命的指標一般，尤其是大電流輸出本身會進一步降低循環壽命。超級電容器作為一種新型的儲能元件，其循環壽命性能優越，功率密度突出，但能量密度較低，因此可以作為輔助能源，和能量密度大的動力電池構成電動汽車的混合能量源，兼顧兩種單一儲能源的優勢，彌補傳統電動汽車的不足之處。

通常情況下，電動汽車的混合儲能系統是由不同的儲能單元通過特定的接口電路以一定的連接方式連接而成，現有的連接方式主要包括：1、動力電池單元與超級電容單元直接并聯于直流母線；2、動力電池單元與雙向DC-DC接口電路串聯后再與超級電容單元并聯于直流母線；3、超級電容單元與雙向DC-DC接口電路串聯后再與動力電池單元并聯于直流母線；4、動力電池單元和超級電容單元都分別通過雙向DC-DC接口電路并聯于直流母線這四種連接方式。不同的連接拓撲不僅會直接影響到各個儲能單元發揮其優勢特性，而且也會影響到能量管理的效果，因而不同的連接方式決定了混合儲能系統的不同性能。

動力電池單元是電動汽車混合能量源的核心部件，而單個動力電池的電壓等級低，要想得到電壓等級高的動力電池組必須由多個動力電池單體串聯得到。在動力電池在串聯使用時，端電壓的不一致會影響整個動力電池單元的利用率和使用壽命，限制了其廣泛應用。在傳統混合能量源系統中，儲能單元的連接方式較為單一，缺乏針對擔負連接功能的電力電子接口電路的拓撲結構的研究，尤其是現有的拓撲結構均未考慮不同儲能單元之間的直接連接，不進行直接互連，這固然簡化了系統的組成和控制，割裂了混合儲能系統的整體性，制約了不同儲能源各自優勢特性互補發揮。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有混合能量源電動汽車技術的不足，提供一種用于電動汽車的一體化混合能量源接口電路拓撲結構，該接口電路的拓撲連接方式可分別實現兩種儲能源與直流母線間能量的獨立控制，而且該拓撲自身不僅可以實現兩種能量源的直接能量交換，還可以基于分時復用的原則實現動力電池單元的均壓功能。相比較傳統的混合能量源拓撲，使用較少的元器件，實現了高速度、高效率、低成本的動力電池單元動靜態均壓技術和兩種儲能源間優勢特性的互補發揮，有效提高動力電池單元使用壽命和整車動力性能，為再生制動能量回收提供了更大的靈活性。

本發明采用的技術方案：一種用于電動汽車的一體化混合能量源接口電路拓撲結構，該拓撲結構包括：

連接動力電池單元與直流母線的雙向DC-DC接口電路一，

由電感元件和開關網絡構成的動力電池單元和超級電容單元之間的接口電路二，

連接超級電容單元與直流母線的雙向DC-DC接口電路三；