[发明专利]混合动力汽车的超级电容器模组的充放电方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超级电容器模组的充放电方法，尤其是涉及一种混合动力汽车的超级电容器模组的充放电方法。

背景技术

混合动力汽车是指同时装备两种动力来源——热动力源(由传统的汽油机或者柴油机产生)与电动力源(电池与电动机)的汽车。通过在混合动力汽车上使用电机，使得动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控，而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与排放。而电机的电能来源通常是蓄电池和超级电容器模组。混合动力汽车中使用的超级电容器模组为高压高功率超级电容器模组。

使用超级电容器模组作为高压高功率能量存储器件是公知的，然而，在对已经被完全放电的超级电容器模组的开工过程(充电过程)和对已经被充电的超级电容器模组的停工过程(放电过程)中，超级电容器的高电流低电阻的特性会带来一个问题。

即，由于超级电容器的低阻抗，通常不能通过简单的闭合高电力接触器继电开关而将电容模组连接至高压电源。如果这样做，超级电容器模组和充电电路的初始连接看起来就像充电电路被短路，并且从充电电路涌入超级电容器模组的高电流能够轻易破坏充电电路。对完全放电的电容器模组初始充电的一个方法是使用高功率DC/DC转换器，这样电压增长缓慢以限制电路中流动的电流。但是使用高功率DC/DC转换器会产生两个问题：1这个部件非常昂贵，会对整个系统显著增加成本，并且这个部件是个额外的部件，将会增加系统的复杂性。此外，如果在正常操作中，DC/DC转换器还保留在电路中以将高压最小化至下降如超级电容器模组放电，则能量存储器和供电循环将通过DC/DC转换器降低这两个能量途径的效率。

在工作周期的末端，通常在要下班之前，为了安全、超级电容器均衡以及增加超级电容器寿命的目的需要对超级电容器进行放电。通过将各超级电容器的待命电压降低是一种增加超级电容器和电容器模组寿命的手段。由与各超级电容器并联的电阻器组成的无源清除网络可以对超级电容器模组进行放电，但是这通常需要数小时才能将电压降低至最低水平。也可以采用有源电路来清除和/或释放各超级电容器来降低电容器模组的电压，但是这样将增加更多的成本以及增加超级电容器模组的复杂性。

因此，有人设计出一种利用超级电容器模组放电給混合动力汽车自带的发电机，以让发电机带动内燃机转动，以及利用制动电阻器給超级电容器模组放电的方法。但是在实际操作中发现，这种方法放电不完全，且效率较低。更为重要的是，如果超级电容器模组中的多个超级电容器中有的超级电容器性能下降，或质量不均衡，则现有技术很难做到所述多个超级电容器的电量的均化，和确保每个超级电容器的电量得到释放或充满。

发明内容

为了解决上述问题，本发明涉及预充、使用和/或释放超级电容器模组的方法，所述超级电容器模组中，在开工过程中，作为用于消散混合动力汽车中的电磁制动能量再生系统中的电能的常规元件的制动电阻器与超级电容器模组串联，以限制进入超级电容器模组中的预充电流，而取消对非常昂贵的大功率DC/DC转换器的需求。类似地，在停工期间，制动电阻器与电容器模组连接，以安全快速地将电容器模组释放至最小待命水平。此外，微处理器对超级电容器模组进行检测，当发现超级电容器模组中的超级电容器存在不均衡情况时，对电量超标的超级电容器单独进行处理，通过发热电阻，消耗掉其中的能量。这是一种有效、低成本和安全的超级电容器模组预充电和/或放电方法。本发明还利用了其它混合动力汽车中的常用部件：发动机/发电机，逆变器，以及被称作接触器的各种高功率转换继电器。

发电机能够提供快充超级电容器模组的所有的能量，但是发电机由于其永磁体设计导致通常产生一些最小电压远高于0v的电压(例如，200v)(由于永磁体连接至发动机，发动机以最低速度(空转)运转)。通常，这个电压对于直接连接至超级电容器而言过高了。

超级电容器模组对于存储高功率制动再生能源而言是非常优秀的，其中牵引马达作为发电机操作以提供对动力传动系统的阻力，从而使车辆减速。制动能量再生也会减少机械制动系统的磨损和维护。然而，当没有能量存储或容量存储被充电至电容，则电磁制动能量再生系统通过制动电阻器和/或通过使用发电机作为马达以旋转燃料供给已经被切断的发动机来消散能量。

使无燃料发动机旋转，因发动机通过反向做功压缩发动机活塞和气缸并且通过发动机上的皮带和/或齿轮的动力输出将旋转能量转化为热能，从而能够消散能量。由发电机旋转的典型的重型发动机可以吸收30kw的功率。通过这种方式旋转发动机也可以使用发动机水泵以连续循环冷却流体通过制动电阻器。

本发明提供的一种技术方案为：