基于改进型滤波器功率分流控制混合动力汽车用复合电源发明专利.pdf
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基于改进型滤波器功率分流控制混合动力汽车用复合电源发明专利.pdf
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(10)申请公布号CN103312020A(43)申请公布日2013.09.18CN103312020A*CN103312020A*(21)申请号201310234332.1(22)申请日2013.06.14H02J7/34(2006.01)(71)申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市学府路301号(72)发明人王琪孙玉坤黄永红(74)专利代理机构南京知识律师事务所32207代理人汪旭东(54)发明名称基于改进型滤波器功率分流控制混合动力汽车用复合电源(57)摘要本发明公开了一种基于改进型滤波器功率分流控制混合动力汽车用复合电源,包括超级电容器、功率变换器和蓄电池,所述超级电容器与功率变换器串联构成辅助储能系统,所述辅助储能系统与蓄电池并联,向负载供电,蓄电池的电压为直流母线电压。
功率变换器为双向DC-DC变换器,拓扑为非隔离半桥结构,采用改进型滤波器功率分流控制策略。
本发明所述复合电源中超级电容器电压在满足动态负载变换的同时能稳定工作,起到了辅助电源的作用;在负载脉动的情况下,复合电源中蓄电池的放电电流更为平滑,其放电过程得到了优化,循环寿命得到延长;双向DC-DC变换器控制效果明显,有效性高。
(51)Int.Cl.权利要求书1页说明书3页附图2页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图2页(10)申请公布号CN103312020ACN103312020A*CN103312020A*1/1页21.基于改进型滤波器功率分流控制混合动力汽车用复合电源,其特征在于:
包括超级电容器、功率变换器和蓄电池,所述超级电容器与功率变换器串联构成辅助储能系统,所述辅助储能系统与蓄电池并联,向负载供电。
2.根据权利要求1所述的基于改进型滤波器功率分流控制混合动力汽车用复合电源,其特征在于:
所述蓄电池的电压为直流母线电压。
3.根据权利要求1所述的基于改进型滤波器功率分流控制混合动力汽车用复合电源,其特征在于:
所述功率变换器为双向DC-DC变换器,其拓扑为非隔离半桥结构。
4.根据权利要求3所述的基于改进型滤波器功率分流控制混合动力汽车用复合电源,其特征在于:
所述双向DC-DC变换器采用改进型滤波器功率分流控制策略。
权利要求书CN103312020A21/3页3基于改进型滤波器功率分流控制混合动力汽车用复合电源技术领域0001本发明涉及一种复合电源,特别涉及一种基于改进型滤波器功率分流控制的、将蓄电池和超级电容器相结合构成复合电源的储能装置。
背景技术0002混合动力汽车属于实时变化的脉冲电流负载,主要可体现在加速和再生制动两方面。
目前,大部分混合动力汽车的能量存储系统都是基于蓄电池设计完成的,由于蓄电池比功率低,循环寿命短和成本高,在很大程度上限制了混合动力汽车的发展和应用。
针对这一问题,常见的一个解决方案就是降低可变电流对蓄电池的需求,从而来提高其性能和循环寿命。
为此,有关学者相继提出了几种方案来为蓄电池提供均衡负载,包括飞轮储能、超导储能等等。
其中研究得最多的就是引入超级电容器作为混合动力汽车辅助能量存储系统,从而承担蓄电池在频繁地充放电时的高功率需求。
将蓄电池和超级电容器相结合构成复合电源,使得蓄电池比能量大和超级电容器比功率大的特点相结合,同时最大限度地减少每种电源的不足,这无疑会给混合动力汽车能量存储系统带来很大的性能提高。
0003蓄电池-超级电容器复合电源的结构较多,电路从简单到复杂。
引入功率变换器后,可将复合电源分为被动式和主动式两种。
被动式结构蓄电池-超级电容器复合电源是将蓄电池与超级电容器直接并联,而主动式结构复合电源是在蓄电池和超级电容器之间配置一个或者多了DC-DC变换器。
功率变换器的控制目标是:
1)限制超级电容器的输出电压在指定的范围之内;2)优化蓄电池的输出电流,使其尽量平滑,从而延长蓄电池的循环寿命。
因此,主动式结构复合电源的总体性能要比被动式结构更加优越。
发明内容0004为了克服被动式结构复合电源的不足:
蓄电池、超级电容器必须保持端电压一致、设计上缺乏灵活性、端电压随着充放电过程变化较大,影响负载工作性能等等,以及主动式结构复合电源功率分流控制的缺陷:
超级电容器输出电压会超出其额定电压范围、蓄电池不能工作在稳定的电流水平等等,本发明提供了一种基于改进型滤波器功率分流控制的混合动力汽车用复合电源解决方案。
0005本发明的技术方案是:
基于改进型滤波器功率分流控制混合动力汽车用复合电源,包括超级电容器、功率变换器和蓄电池,所述超级电容器与功率变换器串联构成辅助储能系统,所述辅助储能系统与蓄电池并联,向负载供电。
0006作为本发明的进一步改进,所述蓄电池的电压为直流母线电压。
0007作为本发明的进一步改进,所述功率变换器为双向DC-DC变换器,其拓扑为非隔离半桥结构。
0008作为本发明的进一步改进,所述双向DC-DC变换器采用改进型滤波器功率分流控制策略。
说明书CN103312020A32/3页40009本发明的有益效果是:
1、主动式结构复合电源中超级电容器电压在满足动态负载变换的同时能稳定工作,起到了辅助电源的作用;在负载脉动的情况下,主动式结构复合电源中蓄电池的放电电流更为平滑,其放电过程得到了优化,循环寿命得到延长;双向DC-DC变换器控制效果明显,有效性高;2、功率变换器采用双向DC-DC变换器,拓扑为非隔离半桥结构,该结构元器件数量少,造价低廉,没有变压器损耗,效率高,易于包装和集成。
附图说明0010图1是本发明基于改进型滤波器功率分流控制混合动力汽车用复合电源的电路原理图;图2是矩形脉冲频率域图;图3是本发明中双向DC-DC变换器的电路原理图;图4是改进型滤波器功率分流控制策略图。
具体实施方式0011下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
0012图1是本发明基于改进型滤波器功率分流控制混合动力汽车用复合电源的电路原理图,其中:
为蓄电池,为蓄电池的内阻,为超级电容器,为超级电容器的内阻,为脉冲电流负载。
该结构是将超级电容器通过功率变换器(DC-DC)与蓄电池并联,由于功率变换器的变流作用,可以控制蓄电池的充放电电流,从而提高复合电源的性能。
根据实际情况,功率变换器可设置为降压和升压式,以对蓄电池和超级电容器进行电压匹配。
0013主动式结构复合电源功率分流控制思想是使得超级电容器凭借其高功率密度的优点,主要承担负载电流中的脉动分量。
蓄电池由于其能量密度较高,主要承担负载电流中的平均分量。
该控制思想可以通过图2来解释。
图2分为三个区域,1区域在0Hz附近,表示负载输出电流中的平均电流分量,由蓄电池组承担;2区域和3区域都表示负载电流中的脉动分量,所不同的是2区域的脉冲电流冲击幅度比较大,因此由超级电容器组承担;而3区域的动态电流冲击幅度比较小,则由一些滤波电容承担。
0014图3是本发明中双向DC-DC变换器的电路原理图,其中:
和分别表示蓄电池和超级电容器两端电压,和分别表示超级电容器和蓄电池端的滤波电容,为电感,和为,、和构成双向DC-DC变换器。
双向DC-DC变换器能够实现两象限运行,即变换器两端电压方向不变,电流方向改变,在功能上相当于buck变换器和boost变换器的组合。
当开关管以一定占空比开关,为续流二极管时,变换器等效为buck变换器,能量由流向,超级电容器吸收能量。
同理,当开关管以一定占空比开关,为续流二极管时,变换器等效为boost变换器,能量由流向,超级电容器释放能量。
0015在图4中,线性滤波器滤除负载电流中的脉动分量,但是滤波器单独使用并不能说明书CN103312020A43/3页5确保超级电容器工作在安全的电压范围之内。
因此需要对滤波器控制进行改进,通过增加一个非线性电压控制,实时调整电压电流控制指令,可有效地保持超级电容器电压工作在稳定的范围之内。
完整的控制算法为:
(1)其中为超级电容器电压控制因子,线性修正项。
0016改进型滤波器功率分流控制策略是通过超级电容器电压控制因子()衰减负载电流从而进一步控制超级电容器电压。
根据电流极性,有两种不同的作用:
当超级电容器电压接近其最大电压时,超级电容器充电电流需求减弱,放电电流需求相应增强;同理,当超级电容器电压接近其最小电压时,超级电容器放电电流需求减弱,充电电流需求相应增强。
为了确保超级电容器电压不会偏离其稳定电压范围,线性修正项会电压拉回到其额定电压()。
0017
(2)其中,为超级电容器实际电压;为一常数,定义电压控制因子的锐度。
0018本发明将超级电容器与功率变换器串联构成辅助储能系统,再将辅助储能系统与蓄电池并联,从而向负载供电,蓄电池电压为直流母线电压,功率变换器和超级电容器充分吸收峰值功率。
功率变换器采用双向DC-DC变换器,拓扑为非隔离半桥结构,该结构元器件数量少,造价低廉,没有变压器损耗,效率高,易于包装和集成。
双向DC-DC变换器能够实现两象限运行,即变换器两端电压方向不变,电流方向改变,在功能上相当于buck变换器和boost变换器的组合。
DC-DC变换器的控制策略为改进型滤波器功率分流控制。
0019以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明。
凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
说明书CN103312020A51/2页6图1图2说明书附图CN103312020A62/2页7图3图4说明书附图CN103312020A7
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- 基于 改进型 滤波器 功率 分流 控制 混合 动力 汽车 复合 电源 发明专利