一种电动机械复合储能系统的制作方法

1.本实用新型属于汽车储能系统技术领域，具体涉及一种电动机械复合储能系统。


背景技术：

2.随着能源危机、环境污染等问题的不断加剧与人类环保意识的不断提高，混合动力机械以高效、节能、环保、低排放的优点，越来越得到大家的关注。然而续航问题、电池寿命和性能等问题又限制了电动机械的发展，混合动力成为一种优选方案。目前混合电动机械，均采用蓄电池组作为车辆的储能单元。蓄电池组能量密度高，可保存较大能量，但其存在不能快速充放电的缺点，因此在车辆需要频繁启动、爬坡、加减速时，会对蓄电池造成不可逆转的损伤，降低蓄电池组使用寿命。同时，在电动机处于制动条件下对能量进行回收时，由于蓄电池充电是通过化学反应进行，所需充电时间较长，导致能量回收效率低下。
3.超级电容具有功率密度高、成本较低的优势，同时具备快速充放电能力，与蓄电池形成互补状态，当电动机启动、急加速、爬坡时由超级电容提供瞬时大功率，起到保护蓄电池组并延长其使用寿命的作用；当电机制动时，由超级电容吸收峰值功率，极大的提高了能量回收效率。但由于超级电容能量密度较低，不宜作为电动机械的单一储能单元。因此超级电容+蓄电池组的复合储能系统是目前较好的解决方案。
4.目前常用的混合电动机械储能方法存在以下缺陷：
5.1.蓄电池组不具备快速充放电能力，同时，蓄电池组主要采用锂电池元件串并联使用，不可避免的存在能量不平衡问题，以上问题都会导致在使用蓄电池组作为单一储能单元时极大的影响电池使用容量与寿命；
6.2.常规超级电容+蓄电池组复合储能系统会将超级电容直接并联于直流母线两端，蓄电池组通过dc/dc变换器与直流母线连接。该方式虽然避免了蓄电池组在电动机启动、急加速时提供瞬时大电流，但会导致直流母线电压可控性差，甚至在直流母线充电时需要蓄电池组提供持续的大充电电流，导致蓄电池组损伤；
7.3.目前混合电动机械与电网侧的交互常规只具备充电功能，并不具备向网侧的回馈功能甚至为交流负载供电的功能，缺乏对电能流向的管理，也限制了传统复合储能系统在隐藏式受电弓混合电动机械上的应用。
8.因此，急需设计一种能够适用于隐藏式受电弓车辆的电动机械复合储能系统，以克服上述蓄电池组损伤和电能管理效率低的缺陷。


技术实现要素：

9.(一)要解决的技术问题
10.基于此，本实用新型提出了一种电动机械复合储能系统，以解决常规单蓄电池储能系统或超级电容+蓄电池组储能系统下的瓶颈问题，并优化电动机械能量流动管理，以扩大电动机械的适用范围。
11.(二)技术方案
12.为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种电动机械复合储能系统，包括蓄电池组、超级电容、双向dc/dc变换器一、双向dc/dc变换器二、旁路开关、直流母线、四象限变流器、电动机械以及交流配电网，所述蓄电池组通过双向dc/dc变换器一与直流母线连接，所述超级电容通过双向dc/dc变换器二和旁路开关与直流母线连接，所述双向dc/dc变换器二的两侧与所述旁路开关相互并联，所述直流母线通过所述四象限变流器与交流配电网连接，所述直流母线与电动机械连接。
13.进一步的，所述电动机械为隐藏式受电弓混合动力汽车。
14.进一步的，所述旁路开关为断路器、接触器或者固态快速开关。
15.进一步的，所述电动机械包括驱动系统和发电机，所述驱动系统通过逆变器与直流母线相连，所述发电机通过整流器与直流母线相连。
16.进一步的，所述驱动系统包括电动机和发动机。
17.进一步的，所述电动机为常规异步电机或者交流永磁同步电机。
18.进一步的，所述四象限变流器采用pwm控制方式控制。
19.进一步的，所述双向dc/dc变换器一和双向dc/dc变换器二都为非隔离型dc/dc变换器。
20.(三)有益效果
21.与现有技术对比，本实用新型的电动机械复合储能系统采用超级电容+蓄电池组作为混合储能单元，解决了常规超级电容+蓄电池组方案控制方式不够灵活，直流母线可控性差的问题；超级电容与直流母线的互联采用双向dc/dc变换器+旁路开关模式，优化了直流母线控制；电网侧采用四象限变流器单元，具备能量往电网侧回馈的能力，为隐藏式受电弓混合动力机械提供了可适用性。
附图说明
22.通过参考附图会更加清楚的理解本实用新型的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本实用新型进行任何限制，在附图中：
23.图1是本实用新型实施例的复合储能系统框图。
24.图2是本实用新型实施例的四象限变流器原理简图。
25.图3是本实用新型实施例的逆变器原理简图。
26.图4是本实用新型实施例双向dc/dc变换器原理简图。
具体实施方式
27.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。
28.本实用新型提供了一种新型的混合动力机械能源流动系统，该系统解决了超级电容+蓄电池组方案直流母线不可控的问题，同时具备能量向电网回馈能力，网侧提供四象限变流器，具备能量双向流动能力，为隐藏式受电弓混合动力汽车等机械设备提供了适用可
能性。
29.如图1所示，本实用新型的电动机械复合储能系统包括蓄电池组、超级电容、双向dc/dc变换器一、双向dc/dc变换器二、旁路开关、直流母线、四象限变流器、电动机械以及交流配电网，所述蓄电池组通过双向dc/dc变换器一与直流母线连接，所述超级电容通过双向dc/dc变换器二和旁路开关与直流母线连接，所述双向dc/dc变换器二的两侧与所述旁路开关相互并联，所述直流母线通过所述四象限变流器与交流配电网连接，所述直流母线与电动机械连接。进一步的，所述旁路开关为断路器、接触器、固态快速开关中的一种。
30.在复合储能系统中，整个复合储能系统以直流母线作为中间储能单元，实现能量的复合流动管理。采用交流配电网充电或针对隐藏式受电弓车型(也可以是其它的电动机械)由配电网供电时，通过四象限变流器对直流母线进行充电，这样能够保证在电机制动时，具备能量回馈通路，即可给用电设备供电，又可在隐藏式受电弓车型上直接向交流配电网进行电能回馈，减轻电网负担。另外，复合储能系统采用超级电容+蓄电池储能方式，蓄电池组采用双向dc/dc变换器与直流母线相连接，通过储能控制器对变换器进行控制。
31.该复合储能系统的控制方法可以使用其它现有技术中的超级电容的控制方法，例如：在使用蓄电池提供能量时，蓄电池组给直流母线充电，在能量回收时，给蓄电池组充电。超级电容与直流母线通过双向dc/dc变换器+旁路开关与直流母线相连接，在车辆启动、急加速状态下，旁路开关闭合，超级电容与直流母线并联，由超级电容器直接提供瞬间大电流驱动电机；在制动状态前期，旁路开关仍处于闭合状态，回馈能量直接给超级电容充电；深度制动状态时，直流母线电压已经达到超级电容电压限值，此时旁路开关断开，超级电容通过双向dc/dc变换器为蓄电池组充电。该系统结合现有的控制方式避免了超级电容与直流母线直接并联方案中直流母线电压可控性差的缺点，同时可以减小双向dc/dc容量，减小了体积与成本。
32.进一步的，图1中，本实用新型基于混合动力的电动机械以电动机和发动机作为驱动系统，该电动机械包括驱动系统和发电机，所述驱动系统通过逆变器与直流母线相连，所述发电机通过整流器与直流母线相连。进一步的，所述驱动系统包括电动机和发动机，所述发动机为燃油发动机。
33.在电动模式下，直流母线通过逆变器为电动机提供电能，驱动机械前进；在制动模式下，电动机通过逆变器抬高直流母线，进行能量回馈流动。在燃油驱动模式下，发动机运行驱动机械前进，同时通过小型发电机发电，并通过整流器向直流母线输送电能，为复合储能系统充电。整个能量流动过程由整车控制器与能量管理系统控制。
34.如图2所示，该原理简图为典型四象限变流器原理图，应对单相电网或三相电网可通用，四象限变流器的控制电路采用pwm控制方式，该四象限变流器中包括六个开关管组成的三相全桥电路，保证在电网连接时直流母线电压可控性，同时具备电能双向流动特性，可将能量回馈给电网，减轻电网负担，或者直接带载交流用电设备，为隐藏式受电弓型机械提供了一个新的适用范围。
35.如图3所示为典型三相逆变器原理简图，作为电动机的负载电机为常规异步电机，交流永磁同步机等，可覆盖常规电动机械用主电动机驱动，电机前进时由直流母线向电动机供电，当电机制动时，电动机产生反电动势，直接通过开关管t1-t6的反并联二极管抬高直流母线电压，进行能量回馈。
36.如图4所示为典型双向dc/dc变换器原理简图，两个双向dc/dc变换器都可优选为非隔离型dc/dc变换器，其结构简单、体积小、成本较低；输出电压调节范围宽，当需要驱动电机运行时，由蓄电池组或超级电容提供电能给直流母线；当电机制动时直流母线给蓄电池组或超级电容充电。在本实用新型的超级电容的双向dc/dc变换器的输入输出两侧之间还会并联旁路开关，从而根据需要对直流母线进行高效控制。
37.需要说明的是，该电动机械复合储能系统所能支持的运行方式不仅限于以上介绍的几种方式，本领域技术人员完全可以根据被控对象的实际情况和需要进行拓展或者调整。
38.虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。