[发明专利]一种电动汽车及其动力系统、控制方法和控制系统

说明书

本发明提供一种电动汽车动力系统及控制方法，该系统包括储能电池、能量分配单元、用电器件、电机控制器及电机，还包括超级电容单元，所述超级电容单元连接所述能量分配单元，向所述能量分配单元提供能量；所述超级电容单元还通过直流变换器与所述储能电池连接；所述超级电容单元和所述储能电池由整车控制器控制。本方案采用双能源作为车辆的能量存储装置，锂电池选用能量密度型电池，增加变换器和超级电容。不仅能够保证系统的功率需求，而且能够保证能量需求。大电流的能量吞吐由超级电容来保证，小电流的持续吞吐由锂电池来保证。

技术领域

本发明涉及电动汽车领域，具体地说是一种电动汽车动力系统及其控制方法和控制系统。

背景技术

目前，人类社会的发展面临着“能源问题”及“环境问题”的双重制约。石油、煤等能源随着使用量的越来越多，导致资源的储备越来越少，同时，燃烧石油、煤都原料而带来的环境问题(比如雾霾天气，全球温室效应)日益严重。故世界能源问题以及环境保护问题成为限制人类社会发展的突出问题，在此背景下，汽车行业把新能源汽车作为研究热点。

电动汽车相对内燃机汽车，具有零排放、无污染、噪声低等优点，同时电动汽车的研究表明，其能源效率已超过汽油机汽车。特别是在城市运行，汽车走走停停，行驶速度不高，电动汽车更加适宜。电动汽车停止时不消耗电量，在制动过程中，电动机可自动转化为发电机，实现制动减速时能量的再利用。所以电动汽车是目前各大汽车公司发展的首选趋势。

目前，电动汽车动力系统结构如图1所示。电机，作为整个车辆的动力元件，代替了传统的内燃机，电机的输出轴通过传动轴与主减速器相连，主减速器主要是用来降低电机需求转速，增加电机输出到车轮的扭矩。锂电池作为整个车辆的唯一能量元件，为电机的运行提供能量，同时为车辆的高压附件(空调、暖风)提供能量。车载充电机为锂电池进行充电。

电池从提供的能量和功率的角度分类，可以分为能量型和功率型。能量型电池以高能量密度为特点，主要用于高能量输出；功率型电池以高功率密度为特点，主要用于瞬间高功率输出。目前，电动汽车大容量的电池一般都采用能量密度型的锂电池，但是在急加速和急减速工况情况下，需要锂电池又能提供大电流或者吸收大电流，趋向于功率型锂电池。所以就遇到能量密度与功率密度的矛盾。

在中国专利文献201410550899.4中公开了一种电动汽车超级电容充放电装置及其方法，包括超级电容器组、蓄电池、六重交错并联双向DC/DC变换器、直流母线、电机驱动装置、电机，该控制方法中公开了六重交错并联双向DC/DC变换器的结构及控制方法，然后仿真实现充放电的电流均衡。虽然该方案可以实现充放电的电流均衡，但是，该发明没有根据车辆的工况以及锂电池的电池荷电状态(SOC)对车辆的能量进行管理，无法实现针对各种工况提供合适的动力。

在中国专利文献201410472981.X中还公开了一种电动汽车制动能量回收装置及方法，该装置包括超级电容器，其中超级电容器通过电机控制器与ISG同步电机相连，并暂时存储ISG同步电机回收的电能，超级电容器通过第一DC/DC变换器与车载电器相连接，同时超级电容器通过动力电池组和辅助锂电池相连。该方案中，制动时产生的电能首先由超级电容器存储，制动能量回收方法是：电动汽车制动时通过ISG电机给超级电容充电，制动能量回收完成后，存储在超级电容器的一部分电能通过第一DC/DC变换器给动力电池组和辅助锂电池充电；当电控开关开启时，存储在超级电容器的另一部分感应电流经过第二DC/DC变换器置换成12V的车用直流电。这种制动能量回收的缺点为：1、超级电容回收电能然后再通过DC/DC给动力电池充电，这比在制动能量回收时直接给动力电池充电效率低；2、超级电容通过第二DC/DC变换器给12V电源使用，会导致超级电容中存储的电能有限，不能够在起步和急加速的时候提供额外的电能。

通过以上分析可以看出，现有技术中虽然采用了超级电容器来克服电池在瞬时充电、放电过程中的不足，但是无法满足各种工况下的需求。

发明内容