本發(fā)明涉及一種能量供應(yīng)系統(tǒng)及車輛，具體地，涉及一種特別適合應(yīng)用于電動(dòng)車輛的能量供應(yīng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電動(dòng)汽車中最常見(jiàn)的復(fù)合電源是將超級(jí)電容器與蓄電池結(jié)合構(gòu)成復(fù)合電源系統(tǒng)，可以提高電源系統(tǒng)的短時(shí)高功率輸出能力，同時(shí)也具備持久的動(dòng)力性能。通過(guò)超級(jí)電容器與電池的組合，充分發(fā)揮了超級(jí)電容器的高功率密度和電池的高能量密度的優(yōu)勢(shì)，滿足混合動(dòng)力汽車在爬坡加速、啟動(dòng)過(guò)程中提供強(qiáng)勁的動(dòng)力。目前，受限于蓄電池的開(kāi)發(fā)技術(shù)，還沒(méi)有能夠應(yīng)用于電動(dòng)汽車的集高能量和高輸出功率的蓄電池，普遍的做法是使用的超級(jí)電容與蓄電池的復(fù)合電源，為了配合車輛的需求，提供短時(shí)大功率輸出，超級(jí)電容要求提供短時(shí)大電流輸出。但是目前超級(jí)電容和蓄電池的配置方式非常單一，二者之間通過(guò)DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行能量輸出和交換，進(jìn)而輸出到負(fù)載電動(dòng)機(jī)端。無(wú)論是以何種方式進(jìn)行電源的匹配，目前的主要目標(biāo)都是結(jié)合蓄電池和超級(jí)電容的優(yōu)勢(shì)，在驅(qū)動(dòng)車輛行駛方面得到性能優(yōu)異的能量供應(yīng)源，但是能源的多樣化利用卻并未被涉及。傳統(tǒng)車輛一般對(duì)低壓電氣系統(tǒng)配備有專門的24V低壓蓄電池，供應(yīng)車輛空調(diào)、轉(zhuǎn)向等設(shè)備。但是對(duì)于混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車，當(dāng)已經(jīng)配有蓄電池時(shí)，再配備蓄電池會(huì)增加車輛成本，對(duì)車內(nèi)空間和電氣設(shè)計(jì)也會(huì)造成限制。如果能夠利用蓄電池，發(fā)揮蓄電池多種用途，在驅(qū)動(dòng)車輛的間隙或同時(shí)給車內(nèi)空調(diào)等設(shè)備供電，將節(jié)省車輛成本，使車輛內(nèi)部設(shè)計(jì)更靈活。

此外，在需要滿足低壓大電流輸出的場(chǎng)合，大容量的超級(jí)電容器意味著需要匹配大功率DC-DC轉(zhuǎn)換器，大功率雙向DC-DC變換器在電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能系統(tǒng)、電能質(zhì)量調(diào)節(jié)、可再生能源發(fā)電以及超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在追求大功率的同時(shí)，也在不斷想辦法縮小設(shè)備的體積，以換取更優(yōu)質(zhì)的性能。如能同時(shí)滿足設(shè)計(jì)要求，又能降低部件成本，降低系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，將能夠極大地推動(dòng)行業(yè)的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有混合動(dòng)力車輛和電動(dòng)車輛中蓄電電源用途單一、DC/DC轉(zhuǎn)換器體積過(guò)大、成本過(guò)高、能量轉(zhuǎn)化效率低、潛在故障危險(xiǎn)大等問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種能量供應(yīng)系統(tǒng)，針對(duì)混合動(dòng)力車輛和電動(dòng)車輛中電能供應(yīng)提出靈活的解決方案。一方面，本發(fā)明能量供應(yīng)系統(tǒng)將高密度能源拆分成較小能量組，能夠降低能源系統(tǒng)故障時(shí)的危害程度，同時(shí)，通過(guò)使用多個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器，將DC-DC轉(zhuǎn)換器的工作電壓降低，提高DC-DC轉(zhuǎn)換器工作頻率，進(jìn)而提高DC-DC轉(zhuǎn)換器工作效率，保障負(fù)載安全穩(wěn)定運(yùn)行，另一方面，通過(guò)隔離型DC-DC轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用，使蓄電池與超級(jí)電容選擇性隔離，拓寬蓄電池的應(yīng)用范圍，提高供能系統(tǒng)的利用率。具體方案如下：

一種并聯(lián)式能量供應(yīng)系統(tǒng)，具備多個(gè)串聯(lián)的一級(jí)直流儲(chǔ)能器和多個(gè)并聯(lián)的二級(jí)直流儲(chǔ)能器，所述多個(gè)一級(jí)直流儲(chǔ)能器與相同數(shù)量的隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器一對(duì)一地連接后，與所述其中一個(gè)二級(jí)直流儲(chǔ)能器連接；所述串聯(lián)的一級(jí)直流儲(chǔ)能器回路連接第一負(fù)載，所述并聯(lián)的二級(jí)直流儲(chǔ)能器回路連接第二負(fù)載。

作為一種實(shí)施方式，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器包含至少1個(gè)開(kāi)關(guān)器件以及至少1個(gè)線圈裝置。

所述DC-DC轉(zhuǎn)換器其中一部分為升壓型轉(zhuǎn)換器，其余部分為降壓型轉(zhuǎn)換器?；蛘撸龅腄C-DC轉(zhuǎn)換器中部分或全部是升降壓型轉(zhuǎn)換器。

作為另一種方式，所述一級(jí)直流儲(chǔ)能器為能量型儲(chǔ)能器，所述二級(jí)直流儲(chǔ)能器為功率型儲(chǔ)能器。

基于以上任意一點(diǎn)，所述一級(jí)直流儲(chǔ)能器是蓄電池，所述二級(jí)直流儲(chǔ)能器是超級(jí)電容。

另外，提供一種車輛，包括電動(dòng)機(jī)及電動(dòng)空調(diào)，用于驅(qū)動(dòng)所述車輛；還包括具備多個(gè)串聯(lián)的蓄電池和多個(gè)并聯(lián)的超級(jí)電容器，所述蓄電池通過(guò)相同數(shù)量的隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器與所述并聯(lián)的超級(jí)電容器連接，所述串聯(lián)的蓄電池回路連接所述電動(dòng)空調(diào)，所述并聯(lián)的超級(jí)電容器回路連接所述電動(dòng)機(jī)。

根據(jù)上述的車輛，所述蓄電池設(shè)置有可充電接口，用于連接外部電網(wǎng)。進(jìn)一步地，所述可充電接口通過(guò)三相整流模塊連接至所述蓄電池。

上述車輛還可能包括整車控制器與能源管理器，以及設(shè)置于蓄電池和超級(jí)電容的監(jiān)測(cè)裝置，所述能源管理器與所述DC-DC轉(zhuǎn)換器連接，所述監(jiān)測(cè)裝置與所述整車控制器通信，所述整車控制器與所述能源管理器通信。

本發(fā)明應(yīng)用于電動(dòng)或混合動(dòng)力車輛具有以下有益效果：

1. 拓展了蓄電池的應(yīng)用范圍，通過(guò)本發(fā)明結(jié)構(gòu)蓄電池不僅可以進(jìn)行車輛驅(qū)動(dòng)，還可以在閑置期間用于給車輛其它附件供電，如電動(dòng)空調(diào)、散熱風(fēng)扇、各種低壓電氣設(shè)備等；

3. 根據(jù)需要配備DC-DC的數(shù)量，使大功率DC-DC轉(zhuǎn)換器拆分成低功率小單元，提高工作效率，增加散熱性能。

2. 系統(tǒng)可拓展性強(qiáng)，能夠在蓄電池上設(shè)置充電接口，當(dāng)電池電量低時(shí)可以通過(guò)外部電網(wǎng)給電池充電。

附圖說(shuō)明

圖1 是本發(fā)明涉及的能量供應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明涉及的車輛供能結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面，參照形成本說(shuō)明書的一部分的附圖來(lái)更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。在所有附圖中對(duì)同一或類似的部分附加同一參照標(biāo)記并省略說(shuō)明。以下實(shí)施例分別以本發(fā)明復(fù)合電源應(yīng)用于電動(dòng)汽車為例，并不代表本發(fā)明的應(yīng)用僅限于電動(dòng)汽車領(lǐng)域，凡是使用本發(fā)明原理的任何應(yīng)用都落入本發(fā)明應(yīng)用范圍內(nèi)。本說(shuō)明書中對(duì)直流儲(chǔ)能器的描述，其中“一個(gè)”直流儲(chǔ)能器表示具有一個(gè)正接線柱和一個(gè)負(fù)接線柱引出引線以連接 “一個(gè)”直流儲(chǔ)能器以外的其它裝置的單個(gè)直流儲(chǔ)能器。以蓄電池為例，該“一個(gè)”直流儲(chǔ)能器（蓄電池）可能包含1個(gè)或者1個(gè)以上的多個(gè)不可拆分的電池單元；而超級(jí)電容器表示包括相互耦合的多個(gè)電容器單元的電容器，其中電容器單元可各自具有大于500 法拉的電容。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“蓄電池”描述可以實(shí)現(xiàn)大約100W-hr/kg 或更大能量密度的高比能量蓄電池或高能量密度蓄電池( 例如鋰離子、鈉金屬鹵化物、鈉- 氯化鎳、鈉硫或鋅空氣蓄電池)。

參考圖1的能量供應(yīng)系統(tǒng)，具備多個(gè)串聯(lián)的一級(jí)直流儲(chǔ)能器和多個(gè)串聯(lián)的二級(jí)直流儲(chǔ)能器，所述多個(gè)一級(jí)直流儲(chǔ)能器通過(guò)隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器一對(duì)一地與所述多個(gè)二級(jí)直流儲(chǔ)能器連接，所述串聯(lián)的一級(jí)直流儲(chǔ)能器回路連接第一負(fù)載，所述串聯(lián)的二級(jí)直流儲(chǔ)能器回路連接第二負(fù)載。

根據(jù)本發(fā)明的目的，上述的二級(jí)直流儲(chǔ)能器最有可能被配置為功率型的儲(chǔ)電裝置，比如超級(jí)電容器，能夠充分回收負(fù)載在制動(dòng)期間所產(chǎn)生的能量；而上述的一級(jí)直流儲(chǔ)能器最有可能被配置為能量型儲(chǔ)電裝置，比如蓄電池/蓄電池裝置，能夠在二級(jí)直流儲(chǔ)能器電量低不足以維持負(fù)載工作期間向二級(jí)直流儲(chǔ)能器供電。所以，在上述情況指引下，上述任意的一級(jí)直流儲(chǔ)能器輸出功率一般小于上述任意的二級(jí)直流儲(chǔ)能器輸出功率，上述任意一級(jí)直流儲(chǔ)能器電量大于所述任意二級(jí)直流儲(chǔ)能器電量。本具體實(shí)施方式描述時(shí)，使用蓄電池和超級(jí)電容進(jìn)行說(shuō)明，但是本發(fā)明所涉及的一級(jí)直流儲(chǔ)能器和二級(jí)直流儲(chǔ)能器并不僅代表蓄電池和超級(jí)電容，本領(lǐng)域技術(shù)人員依照本說(shuō)明書的指示，以任何具有相似特性的儲(chǔ)能器代替蓄電池和超級(jí)電容，都屬于本實(shí)施例所解釋的內(nèi)容，在本發(fā)明所要求的保護(hù)范圍繞之內(nèi)。

上述的第一負(fù)載最有可能是車載電動(dòng)空調(diào)電動(dòng)機(jī)，或者混合動(dòng)力車輛的散熱風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)裝置，連接蓄電池/蓄電池裝置，由蓄電池向第一負(fù)載提供電能；第二負(fù)載是用于車輛驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，連接超級(jí)電容裝置，在車輛依靠電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)行駛過(guò)程中向電動(dòng)機(jī)提供電能。隔離式的DC-DC轉(zhuǎn)換器能夠保證在某些工況下蓄電池與超級(jí)電容完全隔離，此時(shí)連接蓄電池的車載電動(dòng)空調(diào)可以單獨(dú)工作，不依賴于車輛行駛工況。

本發(fā)明中DC-DC轉(zhuǎn)換器可能為單向DC-DC轉(zhuǎn)換器、雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器、升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器、降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器、升降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器，根據(jù)所選一級(jí)直流儲(chǔ)電器和二級(jí)直流儲(chǔ)電器的規(guī)格不同實(shí)際情況，涉及到多個(gè)DC-DC時(shí)，可能全部使用同一類型DC-DC轉(zhuǎn)換器，也可能上述不同類型DC-DC轉(zhuǎn)換器混用。具體地，當(dāng)要求電能僅從蓄電池向超級(jí)電容流動(dòng)時(shí)，可以使用單向DC-DC轉(zhuǎn)換器，由于相同功率等級(jí)的單向型DC-DC較雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器使用更少的器件，根據(jù)系統(tǒng)要求使用單向型DC-DC轉(zhuǎn)換器能夠有效控制系統(tǒng)成本。而雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器既能夠允許電能在蓄電池和超級(jí)電容之間雙向流動(dòng)，尤其有利于電能回收利用。實(shí)際使用中，蓄電池和超級(jí)電容配置可能存在一定的電壓差，當(dāng)蓄電池配置電壓高于超級(jí)電容電壓時(shí)，使用降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器，相關(guān)當(dāng)蓄電池配置電壓低于超級(jí)電容電壓時(shí)，使用升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器，若蓄電池配置電壓與超級(jí)電容電壓相當(dāng)，則可以使用升降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器。值得說(shuō)明的是，由于本供能系統(tǒng)中為蓄電池設(shè)計(jì)了多樣化的用途，有可能供能系統(tǒng)中出現(xiàn)多種不同電壓等級(jí)的蓄電池，此時(shí)可能涉及到升壓型、降壓型或升降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器混用的情況，這是被允許的；而且在車輛行駛的不同工況，要求的輸出電流變化較大，可能出現(xiàn)只需部分蓄電池向超級(jí)電容供電的情況，而另一部分不向超級(jí)電容供電，也就是部分DC-DC轉(zhuǎn)換器工作，另一部分不工作的情況，在本發(fā)明供能系統(tǒng)中也是被允許的。

所述DC-DC轉(zhuǎn)換器包含至少1個(gè)開(kāi)關(guān)器件以及至少1個(gè)線圈裝置。這是能夠完成轉(zhuǎn)換器功能的DC-DC轉(zhuǎn)換器的最小單元，當(dāng)然，在完成其功能的前提下，可能具備多個(gè)開(kāi)關(guān)器件或者線圈，以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的功能。

本發(fā)明還要求保護(hù)一種車輛，如圖2，包括電動(dòng)機(jī)及電動(dòng)空調(diào)，用于驅(qū)動(dòng)所述車輛；其特征在于，還包括具備多個(gè)串聯(lián)的蓄電池和多個(gè)并聯(lián)的超級(jí)電容器，所述蓄電池通過(guò)相同數(shù)量的隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器與所述并聯(lián)的超級(jí)電容器連接，所述串聯(lián)的蓄電池回路連接所述電動(dòng)空調(diào)，所述并聯(lián)的超級(jí)電容器回路連接所述電動(dòng)機(jī)。上述車輛中蓄電池連接電動(dòng)空調(diào)，只是本發(fā)明所想表達(dá)的一種方案，作為一種儲(chǔ)能器，蓄電池還可能連接車輛上設(shè)置的除電動(dòng)機(jī)以外的其它用電設(shè)備，如混合動(dòng)力車輛中用于散熱的風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)。作為車輛的完善功能，還包括整車控制器與能源管理器，以及設(shè)置于蓄電池和超級(jí)電容的監(jiān)測(cè)裝置，所述能源管理器與所述DC-DC轉(zhuǎn)換器連接，所述監(jiān)測(cè)裝置與所述整車控制器通信，所述整車控制器與所述能源管理器通信。

所述蓄電池還可以設(shè)置有可充電接口，用于連接外部電網(wǎng)。 該可充電接口可以是設(shè)置于車輛上的直流充電接口，也可能是交流充電接口。當(dāng)設(shè)置交流充電接口時(shí)，所述可充電接口通過(guò)三相整流模塊連接至所述蓄電池。

下面以混合動(dòng)力輛為例，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明要求保護(hù)車輛的供能系統(tǒng)的工作方式。車輛啟動(dòng)：整車控制器接收到車輛啟動(dòng)信號(hào)，首先檢查蓄電池和超級(jí)電容電量情況，如果電量滿足啟動(dòng)條件，由整車控制器向能源管理器發(fā)送啟動(dòng)命令，能源管理器分配控制DC-DC轉(zhuǎn)換器工作，由蓄電池和超級(jí)電容向電動(dòng)機(jī)供電，驅(qū)動(dòng)車輛啟動(dòng)；如果蓄電池電量不滿足啟動(dòng)條件，則由整車控制器向發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出啟動(dòng)命令，由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛啟動(dòng)。當(dāng)車輛通過(guò)電池供電啟動(dòng)時(shí)，能源管理器控制DC-DC轉(zhuǎn)換器由蓄電池向超級(jí)電容供電，由蓄電池向超級(jí)電容輸出電能，同時(shí)超級(jí)電容向車輛驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)供電，以驅(qū)動(dòng)車輛啟動(dòng)。在啟動(dòng)過(guò)程中，蓄電池向超級(jí)電容供電過(guò)程中，不間斷監(jiān)測(cè)超級(jí)電容電量，如果超級(jí)電容電量超過(guò)設(shè)置的電量上限Qm，由能源管理器控制DC-DC轉(zhuǎn)換器關(guān)斷，停止向超級(jí)電容供電；相反，如果超級(jí)電容電量低于設(shè)置的電量下限Qm，由能源管理器控制DC-DC轉(zhuǎn)換器打開(kāi)，持續(xù)向超級(jí)電容供電。

車輛行駛：車輛行駛過(guò)程中，在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)工況下，首先檢測(cè)蓄電池電量SOC，若蓄電池電量SOC低于預(yù)設(shè)值SOCmin，則啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行車輛驅(qū)動(dòng)；若蓄電池電量SOC高于SOCmin滿足行駛條件，由能源管理器控制DC-DC轉(zhuǎn)換器從蓄電池向超級(jí)電容輸送電能，再通過(guò)超級(jí)電容向驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)供電，驅(qū)動(dòng)車輛行駛。其間，蓄電池可以采用間斷式供電方式，通過(guò)設(shè)置于超級(jí)電容上的監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)超級(jí)電容電量Q和電流I，若電量Q超過(guò)設(shè)置的電量上限Qmax，關(guān)斷蓄電池于超級(jí)電容連接的DC-DC轉(zhuǎn)換器，停止電能輸出；若電量Q低于設(shè)置的電量下限Qmin或電流I高于設(shè)定的上限Imax，持續(xù)由蓄電池向超級(jí)電容輸出電能。這種供電方式主要是為了保護(hù)超級(jí)電容不至于被過(guò)充或過(guò)放造成損壞。具體而言，當(dāng)超級(jí)電容電量達(dá)到或超過(guò)上限Qmax，可以認(rèn)為再繼續(xù)充電會(huì)使超級(jí)電容過(guò)充造成超級(jí)電容損壞，此時(shí)應(yīng)當(dāng)斷開(kāi)超級(jí)電容與蓄電池的連接；當(dāng)超級(jí)電容電量Q低于設(shè)置的電量下限Qmin，持續(xù)的放電會(huì)造成超級(jí)電容過(guò)放，此時(shí)應(yīng)當(dāng)連接蓄電池，給超級(jí)電容充電以保持供電移穩(wěn)定；或者，當(dāng)超級(jí)電容輸出電流I高于設(shè)定的上限Imax，可以認(rèn)為此時(shí)車輛需要持續(xù)大功率輸出電能，應(yīng)當(dāng)保持蓄電池持續(xù)供應(yīng)電能，以保證車輛正常行駛。在發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)工況下，DC-DC轉(zhuǎn)換器根據(jù)需要部分或全部啟動(dòng)隔離，以蓄電池向車輛除電動(dòng)以外的其它全部或部分用電設(shè)備供電。以上電量的檢測(cè)和DC-DC轉(zhuǎn)換器的打開(kāi)關(guān)斷都可以采用本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知的方式實(shí)現(xiàn)，不再贅述。

能量回收：對(duì)于電動(dòng)汽車，制動(dòng)能量回收是其能量轉(zhuǎn)化利用中不可缺少的部分。采用本發(fā)明的復(fù)合電源，剎車時(shí)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)回收能量至超級(jí)電容，由超級(jí)電容監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)級(jí)電容電量Q，若達(dá)到電量Q達(dá)到上限Qmax，停止能量回收以保護(hù)超級(jí)電容，或者可以選擇回收至蓄電池。

以上通過(guò)實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明技術(shù)方案的具體實(shí)施方式，為了本發(fā)明更好地實(shí)施，以上實(shí)施例中DC-DC轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)器件可以為MOSFET或碳化硅等高頻開(kāi)關(guān)器件，使DC-DC轉(zhuǎn)換器具有響應(yīng)快、支持高頻的特點(diǎn)。