CN109823197A - 一种车载电动式飞轮电池与锂动力电池的复合能源及其控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种车载电动式飞轮电池与锂动力电池的复合能源及其控制系统属于电动汽车车载能源领域，其特征在于能够兼顾电动车对车载能源的高能量密度、高功率密度、高系统效率以及长使用寿命要求。中高驱动或制动需求功率下，车载能源系统工作于双能源供给或回馈模式，电动式飞轮为主功率输出或回馈单元，锂动力电池为辅助功率输出或回馈单元，不仅可满足整车功率需求，而且可防止锂动力电池大电流放电或充电，延长其使用寿命，并提高系统工作效率；低驱动或制动需求功率下，车载能源系统工作于锂动力电池能源供给或回馈模式，电动式飞轮不参与整车驱动或制动，整车控制器依据电动式飞轮效率，对飞轮调速电机进行适时控制，以提高复合能源系统效率。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车车载能源系统，特别是一种车载电动式飞轮电池与锂动力电池的复合能源及其控制系统。
背景技术
目前，相比于铅酸电池、镍氢电池，锂动力电池由于具有能量密度高、环境污染小等优势，已成为目前电动汽车的主流能源系统。不过，采用单一锂动力电池作为电动汽车能源系统的技术方案存在如下不足之处：负载突变的驱动工况下，单一锂动力电池系统由于需要大电流放电，会影响车载能源系统的工作效率和使用寿命。因此，如何突破现有单一锂动力电池能源系统存在的问题，已受到汽车行业广泛关注。
发明内容
根据以上现有技术中的不足，本发明提供一种车载电动式飞轮电池与锂动力电池的复合能源及其控制系统。由于电动式飞轮电池储能系统具有很大的功率密度优势，将其设计为车辆辅助能源系统，借助飞轮瞬时大功率输出优势，可有效降低负载突变的驱动工况下锂动力电池放电电流，提升车载能源系统工作效率，解决常规单一锂动力电池能源系统的能量利用效率与使用寿命偏低的问题。
本发明技术方案是: 提供一种电动式飞轮电池与锂动力电池的复合能源及其控制系统，包括：CAN总线、整车控制器、锂动力电池及其管理系统、电动式飞轮电池及其管理系统、电机控制器。
上述部件的具体作用为：
（1）CAN总线设计用于实现各控制单元间的信号传输；
（2）整车控制器，设计用于采集锂动力电池管理系统、电动式飞轮电池管理系统、电机控制器的状态信号，并依据内置的控制策略，向上述各子控制单元输出相关控制指令；
（3）锂动力电池为主能量源，设计用于为主驱动电机提供驱动能量，并回收主驱动电机回馈的再生制动能量；
（4）锂动力电池管理系统，设计用于监测并向整车控制器发送锂动力电池运行状态，接收并执行整车控制器输出的控制指令；
（5）电动式飞轮电池为辅助能量源，设计用于为调速电机提供驱动能量，并回收调速电机回馈的再生制动能量；
（6）电动式飞轮电池管理系统，设计用于监测并向整车控制器发送电动式飞轮电池电池运行状态，接收并执行整车控制器输出的控制指令；
（7）电机控制器，设计用于监测并向整车控制器发送电机运行状态，接收并执行整车控制器输出的控制指令。
本发明的优点在于：
1、本发明通过设计一种车载电动式飞轮电池与锂动力电池的复合能源及其控制系统，一方面可充分利用锂动力电池能量密度大的优势，保证电动汽车续驶里程；另一方面，可充分利用电动式飞轮电池功率密度大的优势，降低车辆对锂动力电池的功率要求，进而有效控制负载突变工况下锂动力电池放电电流的变化幅度，控制锂动力电池工作在高效率区间，进一步延长电动汽车续驶里程。
2、本发明通过设计一种车载电动式飞轮电池与锂动力电池的复合能源及其控制系统，借助飞轮瞬时大功率释放优势，能够降低大负荷驱动工况下锂动力电池的放电电流，提高锂动力电池系统安全性能，并延长锂动力电池系统使用寿命。
3、本发明通过设计一种车载电动式飞轮电池与锂动力电池的复合能源及其控制系统，借助调速电机柔性可调的控制优势以及行星齿轮机构的动力耦合优势，可实现对飞轮能量状态的实时调节，实现飞轮电池的高效工作。
附图说明
图1、图2为电动式飞轮电池与锂动力电池的复合能源系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
图1、图2为电动式飞轮电池与锂动力电池复合储能及控制系统平面结构示意图，包括：CAN总线、整车控制器、锂动力电池及其管理系统、电动式飞轮电池及其管理系统、电机2及其控制器。
整车控制器通过CAN总线实时采集车辆、锂动力电池、电动式飞轮电池以及主驱电机状态信号，为内置控制策略输入因素。进一步，整车控制器依据内置控制策略，确定锂动力电池、电动式飞轮电池的工作模式，并向锂动力电池、电动式飞轮电池输出相关控制指令。
具体可分为以下工作模式：
（1）起步工况下，整车控制器依据驾驶员油门踏板开度及开度变化率计算车辆起步加速需求功率；如若整车加速需求功率较大，整车控制器控制车载能源系统工作于双能源供给模式，此时，电动式飞轮为主功率输出单元，满足车辆加速需求，锂动力电池为辅助功率输出单元；如若整车加速需求功率中等，整车控制器控制车载能源系统工作于飞轮电池能源供给模式，此时，电动式飞轮为功率输出单元，满足车辆加速需求，锂动力电池不参与整车驱动；如若整车加速需求功率较小，整车控制器控制车载能源系统工作于锂动力电池能源供给模式，此时，电动式飞轮不参与整车驱动，锂动力电池输出整车驱动需求的功率，满足车辆加速需求。
（2）匀速行驶或车速变化很小的稳态行驶工况下，车辆需求的驱动功率变化幅度很小，整车控制器控制车载能源系统工作于锂动力电池能源供给模式，此时，电动式飞轮不参与整车驱动，锂动力电池输出整车驱动需求的功率；此外，整车控制器同时控制锂动力电池适时地向飞轮电池调速电机提供能量需求，以控制调电动式飞轮运行于高效状态。
（3）制动工况下，整车控制器依据驾驶员制动踏板开度及开度变化率计算车辆制动需求功率；如若整车需求的制动功率较大，整车控制器控制车载能源系统工作于双能源回馈模式，此时，电动式飞轮为再生制动功率的主功率回馈单元，锂动力电池为辅助功率功率回馈单元，再生制动功率不足之处由机械制动单元补充；如若整车需求的制动功率中等，整车控制器控制车载能源系统工作于飞轮电池能源回馈模式，此时，电动式飞轮为再生制动功率的主功率回馈单元，不足之处由锂动力电池补充；如若整车需求的功率较小，整车控制器控制车载能源系统工作于锂动力电池能源能量回馈模式，此时，锂动力电池为再生制动功率的主功率回馈单元，电动式飞轮不参与整车再生制动。
Claims (1)
1.一种车载电动式飞轮电池与锂动力电池的复合能源及其控制系统，其特征在于能够行车工况，控制车载能源系统运行于不同的工作模式，能够兼顾车辆对车载能源的高能量密度、高功率密度、高系统效率以及长使用寿命综合要求，具体特征为：
(1)起步工况下，整车控制器依据驾驶员油门踏板开度及开度变化率计算车辆起步加速需求功率；如若整车加速需求功率较大，整车控制器控制车载能源系统工作于双能源供给模式，此时，电动式飞轮为主功率输出单元，满足车辆加速需求，锂动力电池为辅助功率输出单元；如若整车加速需求功率中等，整车控制器控制车载能源系统工作于飞轮电池能源供给模式，此时，电动式飞轮为功率输出单元，满足车辆加速需求，锂动力电池不参与整车驱动；如若整车加速需求功率较小，整车控制器控制车载能源系统工作于锂动力电池能源供给模式，此时，电动式飞轮不参与整车驱动，锂动力电池输出整车驱动需求的功率，满足车辆加速需求。
(2)匀速行驶或车速变化很小的稳态行驶工况下，车辆需求的驱动功率变化幅度很小，整车控制器控制车载能源系统工作于锂动力电池能源供给模式，此时，电动式飞轮不参与整车驱动，锂动力电池输出整车驱动需求的功率；此外，整车控制器同时控制锂动力电池适时地向飞轮电池调速电机提供能量需求，以控制调电动式飞轮运行于高效状态。
(3)制动工况下，整车控制器依据驾驶员制动踏板开度及开度变化率计算车辆制动需求功率；如若整车需求的制动功率较大，整车控制器控制车载能源系统工作于双能源回馈模式，此时，电动式飞轮为再生制动功率的主功率回馈单元，锂动力电池为辅助功率功率回馈单元，再生制动功率不足之处由机械制动单元补充；如若整车需求的制动功率中等，整车控制器控制车载能源系统工作于飞轮电池能源回馈模式，此时，电动式飞轮为再生制动功率的主功率回馈单元，不足之处由锂动力电池补充；如若整车需求的功率较小，整车控制器控制车载能源系统工作于锂动力电池能源能量回馈模式，此时，锂动力电池为再生制动功率的主功率回馈单元，电动式飞轮不参与整车再生制动。
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