[发明专利]自适应滤波器功率分流控制的混合动力车复合电源及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于混合动力汽车（HEV）的储能装置及其控制方法，特别涉及一种将蓄电池和超级电容器相结合构成复合电源，且复合电源采用自适应滤波器功率分流控制方法的混合动力车复合电源。

背景技术

由于环境污染的日益严重和能源危机的日益加深，混合动力汽车凭借其节能、环保的优势已经发展成为一种必然趋势。混合动力汽车环保节能理论的核心是利用储能系统对工况需求功率进行“削峰填谷”，回收制动时的动能，使得整个动力系统效率更高。在过去的十多年中，混合动力汽车（HEV）已经在商用和民用中得到了很好的发展。

尽管如此，混合动力汽车的性能和使用范围仍然没有达到以天然气为动力源的传统汽车。导致这种问题的原因是蓄电池储能系统比功率较低、循环寿命短，主要体现在HEV在瞬时启动和加速时电池难以满足负载高功率密度需求以及在快速制动时的能量充分回收，从而限制了HEV的快速发展。为此，有必要增加辅助电源来提供峰值功率和快速回收制动能量。超级电容器凭借其高比功率和循环寿命长无疑为最佳选择，将蓄电池和超级电容器混合使用构成复合电源，可充分发挥两者的自身优势，同时最大限度地限制单一电源的不足，将大大提高HEV储能系统的效率。

发明内容

针对现有技术中混合动力汽车的蓄电池储能系统存在的上述问题，本发明提供一种自适应滤波器功率分流控制的混合动力车复合电源及方法。该复合电源由蓄电池和超级电容器组成，为充分发挥超级电容器比功率大和蓄电池比能量大的优点，同时为了根据混合动力汽车行驶工况的变化及时调度超级电容器对蓄电池进行功率补偿，在蓄电池和超级电容器之间添加一个DC/DC变换器，通过控制DC/DC变换器开关管的导通与关断，从而实现蓄电池和超级电容器之间功率的合理分配。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

自适应滤波器功率分流控制的混合动力车复合电源，包括蓄电池、超级电容器和双向DC/DC变换器；所述蓄电池直接与功率总线相连，作为主要电源；所述超级电容器通过双向DC/DC变换器与功率总线连接，与双向DC-DC变换器串联构成辅助电源。

进一步，所述双向DC-DC变换器采用非隔离半桥结构。

进一步，所述非隔离半桥结构的双向DC-DC变换器包括带有阻性                                               的滤波电感、功率开关管和功率开关管。滤波电感和功率开关管串联后连接到超级电容器和蓄电池的正极，功率开关管一端与滤波电感的输出端相连，另一端与超级电容器和蓄电池的负极相连，所述蓄电池和超级电容器的电流能够在、和之间双向流动。

自适应滤波器功率分流控制的混合动力车复合电源的自适应滤波器功率分流控制方法，所述双向DC-DC变换器采用自适应滤波器功率分流控制方法。即，根据超级电容器参数的变化，通过对低通滤波器时间常数的自适应选择，将负载需求功率分成两个部分，峰值功率和平均功率；负载需求功率经过低通滤波器后得到平均功率，平均功率由蓄电池提供；将负载需求功率与平均功率相减得到峰值功率，峰值功率由超级电容器提供。

进一步，所述时间常数的自适应选择方法为：首先，将超级电容器的输出电压与其参考电压进行比较，生成控制功率变换器的脉冲调制信号；然后，施加一个电流矫正环节。

进一步，所述电流矫正环节为：首先，取超级电容器的工作电流与其参考电流相比；其次，引入工况和荷电状态（SOC）作为矫正环节，通过超级电容器SOC与工况的关系得到目标SOC，再与实际SOC相比较，经过PI调节得到电流矫正环节。

本发明的有益效果是：

本发明自适应滤波器功率分流控制的混合动力车复合电源中超级电容器充分发挥了其功率密度大、快速充放电的优点，大大地补偿了负载所需的峰值功率，避免了电池提供瞬时功率和峰值功率，复合电源的整体效率显著提高；另外，超级电容器可以迅速高效地大电流充放电，最大限度地吸收了再生制动能量，大大地节约了能源，蓄电池回收能量较少，这样减少了蓄电池的循环充放电次数，避免了对蓄电池的大电流冲击，延长了蓄电池的使用寿命，提高能量的利用率。本发明的自适应滤波器功率分流控制方法使得超级电容器主要承担负载功率中的峰值功率，蓄电池则主要承担平均功率，从而实现超级电容器对蓄电池的功率补偿和功率的合理分配，保证了复合电源各部件都比较高效，取得了较好的控制效果，延长了蓄电池的循环寿命。

附图说明