[发明专利]一种超级电容充放电电流自适应控制方法及其系统

说明书

技术领域

本发明属于电源技术领域，特别涉及一种超级电容充放电电流自适应控制方法。

背景技术

动力电池组在电动汽车等新能源技术领域得到了广泛应用。但是，受到动力电池工作原理和制造水平的限制，目前电动汽车用的先进动力电池组(例如：镍氢电池组、锂离子电池组等)的循环使用寿命不尽如人意。随着动力电池组放电电流的增大，其循环使用寿命显著下降。试验研究结果表明，某型号100Ah锂离子动力电池组在100A恒流放电时的循环使用寿命是1200次，200A恒流放电时的循环使用寿命只是600次，而且，随着电池组的荷电状态(SOC)的降低，大电流放电会进一步缩短电池组的使用寿命，从而增加电动汽车的使用成本。动力电池组理想的使用条件应该要限制其峰值放电电流，但是，当动力电池组直接驱动电动汽车时，这种放电条件会影响电动汽车动力性能的发挥。当采用动力电池组做为电动汽车唯一的能量来源时，由于城市工况下车辆频繁加速的特点，导致动力电池组频繁间歇地大电流放电，降低了电池组的使用寿命，从而影响整车的使用寿命。

另一方面，电动汽车在城区运行时，虽然在车辆加速过程中，要求动力系统提供较大功率，动力电池组处于大电流放电状态，但是，在车辆减速、滑行过程中，动力系统的输出功率很小、甚至为零，这时，动力电池组放电电流小、或者不放电。车辆的城市工况统计结果显示，车辆滑行、减速和怠速导致动力系统零输出的时间约是车辆总的运行时间的30％左右，车用动力电池组的放电特性表现为峰值电流大、平均电流小。

在已有的动力电池、超级电容通过双向电源变换器连接的结构(例如：美国Argone国家实验室的研究成果)中，双向电源变换器对超级电容充放电状态和电流大小的控制不是实时的，而是基于对历史一段时间内电源系统总输出电流的频域分析，从中分离出高频的电流分量做为超级电容充放电电流的输出给定值。其结果造成超级电容的输出电流不能很好地满足当前时刻的系统功率需求，系统功率分配策略实时性差，尤其难以满足在电动汽车使用条件下的车辆行驶功率急剧变化的要求。电源外特性，描述了电源负载变化时，电源输出电流和电源端电压之间的关系，一般用“电源输出电流-电源端电压”二维曲线来描述。常见的电源外特性曲线有恒压特性曲线、恒流特性曲线和下降静态外特性曲线(以下简称外特性曲线)。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种超级电容充放电电流自适应控制方法及其系统，可自适应控制超级电容的充放电状态及其电流，限制动力电池组的峰值放电电流，提高电池组的使用寿命。

本发明提出的一种超级电容充放电电流自适应控制方法，其特征在于：在动力电池输出外特性Lb的基础上，设置阈值电流I0，当动力电池输出电流大于I0时，控制超级电容处于放电状态，随着动力电池输出电流的增大，超级电容放电电流增大；当动力电池输出电流小于I0时，控制超级电容处于充电状态，随着动力电池输出电流的减小，超级电容充电电流增大。

本发明还提出采用如上述方法的超级电容充放电电流自适应控制系统，该系统包括动力电池组、超级电容和双向电源变换器，其特征在于，双向电源变换器的高压端连接在动力电池组输出端，双向电源变换器低压端连接在超级电容的输出端，双向电源变换器的高压端与动力电池组输出端共同连接到负载上，所述双向电源变换器用于根据动力电池组的输出电流，按设置阈值电流自适应控制超级电容的充放电状态和充放电电流，抑制动力电池组的放电峰值电流。

本发明的特点及有益效果：

本发明为了解决超级电容充放电状态切换和充放电电流变化的实时性问题，提出通过在线检测动力电池的放电电流，控制超级电容的充放电状态和充放电电流，使其实时地跟随动力电池放电电流的变化而变化：当动力电池放电电流大于设定的阈值电流值时，双向电源变换器自动切换进入升压电路工作模式，超级电容处于放电状态。在双向电源变换器升压电源外特性的作用下，超级电容放电电流随着动力电池放电电流的增大而增大，增强了电源系统的功率输出能力、抑制动力电池放电电流峰值；当动力电池放电电流小于设定的阈值电流时，双向电源变换器自动切换进入降压电路工作模式，超级电容处于充电状态。在双向电源变换器降压电源外特性的作用下，随着动力电池输出电流的减小，超级电容充电电流增大，超级电容的储存能量得到及时补充，使得在下一次超级电容放电过程仍具有较强的功率输出能力，同时，抑制了动力电池放电电流的减小，使得动力电池放电电流平缓。与已有技术相比，在本发明所提的双向电源变换器外特性的作用下，提高了超级电容充放电状态切换的实时性，超级电容的充放电电流更好地满足了系统功率需求的要求。