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CN103072488B - 一种复合电源 - Google Patents

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杜颖颖
周时国
左利锋
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Abstract

本发明涉及一种复合电源，能够用于新能源汽车。本发明采用超级电容组与二次电池组串联，在电源系统放电电压达到电机启动电压下限时，使超级电容中的电量接近完全放出，提高超级电容的利用率，降低电源系统的成本，由于使用了超级电容减少了电池的使用量，提高了系统的安全性。电池与超级电容串联使用，通过电源管理系统的管理可以使电池工作在最佳SOC区，延长了电池的使用寿命。

Description

一种复合电源
技术领域
本发明涉及一种复合电源，能够用于新能源汽车。
背景技术
超级电容器的相关研究以及近年来的大力发展顺应了人类对新型能源的需求，超级电容器是一种新型高功率储能器件，相比电池，具有更大的功率密度值，相比传统的静电电容器，具有更高的能量密度；同时具有瞬间释放特大电流特性，充放电效率高、循环寿命长、安全等优异的性能，近年来被广泛应用于新能源行业，尤其是新能源汽车和风电、光电储输领域。现有新能源车使用超级电容或者使用二次电池或者使用超级电容和电池并联作为整车动力源或者辅助动力源。
使用超级电容作为动力源或辅助动力源的新能源汽车，由于超级电容的比能量比电池低，整车电机又有一定的工作范围要求，当超级电容电压低于电机启动电压时，超级电容中储存的能量得不到利用而被浪费，为了满足整车能量需求又不得不增加电容数量，使整车成本增加；使用电池作为动力源或辅助动力源的新能源汽车，由于使用电池数量众多，电池的一致性 、安全性、热管理、寿命等得不到保证，不能得到广泛的应用；使用超级电容和电池并联作为整车动力源或者辅助动力源的新能源汽车，虽然发挥了二者的优势，但二者的数量并没有减少，安全性等仍然得不到保证，而且整车电源系统成本变得更高。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合电源，以解决现有技术中由于电容放电电压下降过快，储存能量得不到充分利用，造成电源系统成本过高，以及电池使用量过多，导致的电源系统安全隐患变大和寿命缩短的问题。
为实现上述目的，本发明的方案是：一种复合电源，包括一个由超级电容串联形成的超级电容组，一个二次电池或两个以上二次电池串联而成的二次电池组，一个二次电池组与所述超级电容组串联；或者两个以上的二次电池组并联构成的总二次电池组与所述超级电容组串联。
所述复合电源还包括电源管理系统，以及用于采集各单体超级电容电压和单体二次电池电压的采样装置，所述采样装置通讯连接所述电源管理系统。
所述复合电源包括与所述二次电池组并联的、为超级电容组单独充电的充电支路，该充电支路上串设有单独充电高压继电器，所述电源管理系统控制连接所述单独充电高压继电器。
所述每个二次电池组均串联有对应的控制高压继电器，所述电源管理系统控制连接所述控制高压继电器。
所述采样装置通过CAN总线与电源管理系统通讯连接。
本发明采用超级电容组与二次电池组串联，在电源系统放电电压达到电机启动电压下限时，使超级电容中的电量接近完全放出，提高超级电容的利用率，降低电源系统的成本，由于使用了超级电容减少了电池的使用量，提高了系统的安全性。电池与超级电容串联使用，通过电源管理系统的管理可以使电池工作在最佳SOC区，延长了电池的使用寿命。
二次电池可以但不局限于是铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池、锂聚合物电池等，为了配合超级电容的功率特性，上述二次电池可以采用较大容量电池，也可以采用小容量电池并联连接的方式。
超级电容与电池串联的复合电源较长时间不用时，由于超级电容自放电较大，超级电容中的电量与电池的荷电量可能不匹配，当电源管理系统检测到不匹配，整车对电源系统充电时，电源管理系统控制单独充电高压继电器，切换充电电路，单独对超级电容充电，超级电容电量达到要求时，切换电路，超级电容与电池一起工作，构成复合电源。
附图说明
图1是实施例1的电路原理图；
图2实施例2的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
如图1所示的一种复合电源，包括一个由超级电容串联形成的超级电容组和一个由二次电池串联形成的二次电池组，二次电池组与超级电容组串联。复合电源还包括电源管理系统，以及用于采集各单体超级电容和单体二次电池电压的采样装置，采样装置与电源管理系统通过CAN总线通讯连接，电源管理系统不仅能够监控超级电容电压、二次电池电压，还能够监控温度、SOC、电流等。二次电池组与一个充电支路并联，该充电支路能够旁路二次电池组，为超级电容组单独充电，该充电支路上串设有一个单独充电高压继电器。电源管理系统控制连接单独充电高压继电器。复合电源的干路上也设有控制高压继电器，单独充电高压继电器断开、控制高压继电器吸合时，复合电源作为整体对外界放电或接受充电。
下面结合汽车的各种工况说明复合电源的工作状态。
工况1：系统长期未使用、初次使用，电源管理系统通过内部CAN线检测到超级电容电压组过低，二次电池组的SOC适中，电源管理系统发出充电请求，整车对复合电源充电，达到规定充电电压后，电源管理系统发出停止充电请求，复合电源处于待用状态；当电源管理系统通过内部CAN线检测到二次电池组SOC处于控制上限而超级电容组电压过低，电源管理系统控制控制高压继电器断开，同时单独充电高压继电器接通，发出充电请求，整车提供的充电能量仅提供给超级电容组，超级电容组电压达到上限时，电源管理系统发出停止充电请求，复合电源处于待用状态。
工况2：整车启动时，复合电源输出电能驱动启动电机，带动发动机或主电机，使整车启动。
工况3：整车低速运行时，复合电源驱动主电机，纯电动状态下使整车运行，当电源管理系统检测到复合电源电压低于设定下限时，发出充电请求，发动机启动，带动发电机发电为复合电源充电，复合电源电压达到上限时停止充电，继续由复合电源驱动整车。
工况4：整车匀速运行时，整车由发动机驱动，当电源管理系统检测到复合电源电压偏低时，发出充电请求，发动机带动充电机为整个复合电源充电，充电到合适电压后，复合电源处于待用状态。
工况5：整车加速或爬坡运行时，复合电源驱动主电机与发动机一起驱动整车加速或爬坡。
工况6：整车减速或制动时，发电机产生的电能充入整个复合电源中，对能量进行回收。
实施例2
如图2，当二次电池与超级电容的自放电率不匹配时，复合电源中可设置多个二次电池组，二次电池组并联后与超级电容组串联。每个二次电池组均串联有对应的控制高压继电器，各控制高压继电器均受控于电源管理系统。通过控制这些控制高压继电器的开闭组合方式，能够实现不同数量的二次电池组与超级电容组合；也有利于检修，使检修时可以单独对某一组二次电池进行，系统仍能供电。多个二次电池组并联以提高二次电池的功率输出特性，避免由于电流过大引起二次电池发热和寿命缩短。
作为其他实施方式，如果超级电容和二次电池之间不存在自放电差异，则复合电源可以不配备电源管理系统和由电源管理系统控制的高压继电器。

Claims (5)

1.一种复合电源，其特征在于，包括一个由超级电容串联形成的超级电容组，一个二次电池或两个以上二次电池串联而成的二次电池组，一个二次电池组与所述超级电容组串联；或者两个以上的二次电池组并联构成的总二次电池组与所述超级电容组串联；复合电源作为整体对外界放电或接受充电。
2.根据权利要求1所述的一种复合电源，其特征在于，所述复合电源还包括电源管理系统，以及用于采集各单体超级电容电压和单体二次电池电压的采样装置，所述采样装置通讯连接所述电源管理系统。
3.根据权利要求2所述的一种复合电源，其特征在于，所述复合电源包括与所述二次电池组并联的、为超级电容组单独充电的充电支路，该充电支路上串设有单独充电高压继电器，所述电源管理系统控制连接所述单独充电高压继电器。
4.根据权利要求1所述的一种复合电源，其特征在于，所述每个二次电池组均串联有对应的控制高压继电器，所述电源管理系统控制连接所述控制高压继电器。
5.根据权利要求2所述的一种复合电源，其特征在于，所述采样装置通过CAN总线与电源管理系统通讯连接。
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