專利名稱：一種電動汽車混合儲能充電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電動汽車混合儲能充電系統(tǒng)，本實用新型尤其適用于純電動汽車。
背景技術(shù)：
目前電動汽車存在的問題(1)動力電池續(xù)航能力不足。目前解決的方案有兩個，一種是通過在電動車上裝載大量的儲能動力電池來實現(xiàn)，這種模式雖然可將續(xù)航能力提高到約300km，但仍然滿足不了人們需求，且電池價格昂貴，而且極大地增加整車重量。另一種方式是采用換電池模式，由于電動汽車的結(jié)構(gòu)差異大，電池模塊很難標(biāo)準(zhǔn)化，無法進(jìn)行大規(guī)模的普及；同時由于電池重量重，需要專用的換電設(shè)備，且頻繁的換電對電池組的電氣及機械設(shè)備接口帶來大量的安全及可靠性的隱患。(2)電池壽命問題目前采用的對車載動力電池直接進(jìn)行大功率快速充電的充電模式不僅需要動輒上百千瓦的充電系統(tǒng)，且對電池的壽命會造成極大的影響。為了增加續(xù)航里程，對電池進(jìn)行深放深充都會對電池壽命造成影響。(3)價格問題目前由于純電動汽車要想實現(xiàn)較為理想的續(xù)航里程，則需裝載較大容量的動力電池，由于動力電池價格比較貴，從而造成整車的成本明顯偏高。(4)充電基礎(chǔ)設(shè)備不足問題目前的純電動車對應(yīng)的快速充電方式，需要建設(shè)大量的充電站，即使是采用慢充模式，由于電池容量比較大，一般設(shè)計的車載充電也都有4-5kw，一般的家用及民用系統(tǒng)都無法適應(yīng)該系統(tǒng)，因而充電不方便，同時建立大功率的充電站需要占用專用的場地，可目前城市內(nèi)很難找到合適的用地，從而為基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)帶來了很大的問題。(5)擔(dān)心沒電怎么辦由于相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的問題，目前的純電動汽車還無法實現(xiàn)遠(yuǎn)距離行駛，很多人擔(dān)心如果我們的電池沒電了怎么辦，即使找到一個地方充電，可能也要等上幾個小時才能將電池充滿。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種電動汽車混合儲能充電系統(tǒng)，本實用新型為純電動汽車提供了一種全新的充電儲能方案。實用新型的技術(shù)解決方案如下一種電動汽車混合儲能充電系統(tǒng)，包括充電樁、變壓器、整流器、輔助儲能器、DC/ DC變換器和動力電池；整流器、輔助儲能器、DC/DC變換器和動力電池均設(shè)置在電動汽車上；充電樁接變壓器的一次側(cè)；DC/DC變換器的輸入側(cè)和超級電容器并接在變壓器的二次側(cè)上，DC/DC變換器的輸出側(cè)接動力電池；動力電池通過車載的電機控制器接驅(qū)動電機。汽車上還設(shè)有用于通過市電給汽車充電的車載充電器，車載充電器與動力電池相接。車載充電器電能還能通過對DC/DC的控制，實現(xiàn)對輔助儲能系統(tǒng)充電。車載充電器的功率為1. 5-2. 5KW。充電樁為采用非接觸式充電樁，采用220V或380V輸入電壓，功率為10_50kW。在電動汽車的車體的底部設(shè)有可升降的受電感應(yīng)盤，在充電樁處設(shè)有供電平面， 供電平面上設(shè)有供電盤、X方向?qū)к壖癥方向?qū)к?，X方向?qū)к壖癥方向?qū)к壘c供電盤連接。輔助儲能器采用鈦酸理儲能器或超級電容。輔助儲能器采用選1-3KW. h的能量吸收包。有益效果本實用新型利用輔助儲能器可大電流充放電的特性，再組合以其他形式動力電池高能量密度特性的混合儲能系統(tǒng)，通過多次快速小容量的能量補充，解決了純電動汽車的續(xù)航能力不足、大倍率充電對電池壽命及性能影響的缺點，同時通過與其相配套的輔助儲能器快速充電樁系統(tǒng)結(jié)合，可實現(xiàn)基本不間斷的電動持續(xù)運行。同時由于需求的輔助儲能器系統(tǒng)容量小，不需要占用專用場地，可大規(guī)模安裝充電設(shè)施，充電系統(tǒng)可采用接觸式或非接觸式充電方式進(jìn)行充電。該實用新型可極大的推動純電動汽車在全球范圍內(nèi)的普及應(yīng)用，可極大改變車用動力能源供給方式。本實用新型的混合儲能純電動汽車儲能系統(tǒng)可以完美的解決以上問題(1)解決續(xù)航能力不足的問題通過輔助儲能器快速能量補充的系統(tǒng)，通過多次快速便捷的小容量的能量補充， 再通過可控雙向DC/DC系統(tǒng)將輔助儲能器內(nèi)能量轉(zhuǎn)移到相對傳統(tǒng)純電動汽車更小的動力電池內(nèi)或直接驅(qū)動車輛行進(jìn)。可實現(xiàn)電動汽車短時間斷鐘)的持續(xù)行駛功能。(2)解決電池壽命問題該新型電動汽車的充電系統(tǒng)包含了小功率交流慢充(AC/DC)以及小功率的直流慢充(DC/DC)方式，同時在實際的應(yīng)用過程中可控制主動力電池處于一種相對淺充淺放狀態(tài)，可大大提高動力電池的使用壽命；由于選用的輔助儲能器具有大倍率充放電及長壽命， 低溫特性好等優(yōu)點，在進(jìn)行快速充電過程中，通過對DC/DC的控制，協(xié)調(diào)能量在主動力電池及輔助儲能器之間的分配，減少對主動力電池沖擊，大大提高主了電池使用壽命；同時在放電過程中通過超級電容給動力電池補充能量以及在制動能回收過程吸收能量，減少對動力電池沖擊，提高主動力電池壽命。(3)降低電動車成本由于該系統(tǒng)匹配了輔助儲能系統(tǒng)及便利的充電系統(tǒng)，實現(xiàn)了能量的快速獲取，則電動車上本身的車載動力電池系統(tǒng)可大幅度減少，從而可大大降低整個電動車的成本，降低整車重量，提高能量利用效能。(4)解決充電基礎(chǔ)設(shè)備的問題由于輔助儲能系統(tǒng)本身一次儲存的能量只有幾個KW，對超級電容充電充電站點的需求功率則相對比較小，充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)十分便利，基礎(chǔ)設(shè)施投入小，利用目前已有的
4停車位就可建設(shè)大量的能源補充系統(tǒng)；且由于本身的車載主動力電池容量變小，則車載充電機的容量也可相對變小，采用一般的普通家庭的民用電即可進(jìn)行充電。(5)解決沒電的后顧之憂便利的輔助儲能快速充電系統(tǒng)，只需要短短的2-3分鐘的時間，就可補充l_3kW. h 的能量，可保證車輛行駛10-30km(6)解決傳統(tǒng)鋰離子電池低溫下放電能力弱的問題由于輔助儲能器具有很好的低溫驅(qū)動特性，在低溫狀態(tài)下汽車初次啟動時，可通過輔助儲能器給電機控制器優(yōu)先供電，同時動力鋰離子電池也提供一部分能量，當(dāng)主動力電池溫度上升后，則可重新恢復(fù)動力電池為主要能源供應(yīng)體，從而可以很好的解決電動汽車在低溫啟動時，由于主動力電池溫度還未上升，主動力電池?zé)o法輸出大功率，從而影響車輛行駛的問題。

圖1為非接觸式充電系統(tǒng)示意圖圖2是混合超容電動汽車儲能充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖3為雙向DC/DC充電系統(tǒng)；(說明左邊為低壓側(cè)，右邊為高壓側(cè)。)標(biāo)號說明1-車體，2-受電盤，3-底面供電盤，4-X方向?qū)к墸?-Y方向?qū)к墸?-電流互感器，7-降壓電路，8-直流熔斷器，9-升壓電路。
具體實施方式
以下將結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明如圖2所示，該系統(tǒng)包含了充電樁、輔助儲能器、雙向DC/DC直流變換器、動力電池、AC/DC車載充電機、電機控制器、電機等部分。(1)其中充電樁可將交流AC220或AC380的交流電逆變?yōu)橹绷麟姙檩o助儲能器充電，該充電系統(tǒng)采用非接觸式充電樁。充電功率根據(jù)充電樁具體的安放位置及條件要求，可選擇10-50KW不等的功率等級充電樁系統(tǒng)。充電樁采用非接觸式充電模式，能實現(xiàn)快速安全的充電模式。由于非接觸式充電采用電磁感應(yīng)模式，外部沒有裸露的電氣接口，大大提高充電系統(tǒng)在公共領(lǐng)域應(yīng)用的安全性。如對儲能1. 5kw. h的電容系統(tǒng)，采用15KW的充電機充電時間約為6分鐘，而采用30KW的充電機的充電時間只有3分鐘。如圖1所示，其中充電器為無線非接觸式充電方式，充電器受電感應(yīng)盤安裝在車體底部，正常行駛時，受電部分伸縮在車體內(nèi)部；當(dāng)需要充電時，受電盤可自動伸出并貼近處于停車位下的供電平面，供電平面確認(rèn)接觸位置后，通過X及Y方向?qū)к?，控制供電盤與受電盤在垂直位置重合，從而保證充電效率最高并有效防止對外的電磁輻射，車體充電器與地面充電器采用無線通訊方式實現(xiàn)通訊；充電系統(tǒng)同時還具有異物檢測、過壓、過流、過溫檢測等功能。X及Y方向?qū)к壱约跋嚓P(guān)的驅(qū)動供電盤移動的驅(qū)動機構(gòu)為現(xiàn)有成熟技術(shù)。(2)輔助儲能器為短時儲能系統(tǒng)，負(fù)責(zé)短時間將一定容量的能量進(jìn)行儲存；輔助儲能器采用相對較小容量系統(tǒng)(具體來說，根據(jù)車型不同可選擇1-3KW. h的能量吸收包)， 主要是解決車體對外界能源的快速吸收問題，消除傳統(tǒng)動力電池大電流充電對電池的壽命的影響問題，該能源可用于直接輔助驅(qū)動車輛或通過小功率模式給電池充電。通過驅(qū)動車輛或停車充電模式，超級電容器內(nèi)的能量將會逐漸釋放，當(dāng)電容容量釋放到較低容量后，則可再次進(jìn)行能量的快速補充，以一個功率30KW充電機，1. 5KW. h的超容儲能系統(tǒng)為例，10次快速能量補充(3分鐘/次，總共約30分鐘)就相當(dāng)于給整車補充15kw. h能量，該能量可供一個電量消耗為12KW. h/100km車輛持續(xù)行駛125km。(3)DC/DC系統(tǒng)將輔助儲能器內(nèi)儲藏的能量以一定的方式釋放給主動力電池或直接驅(qū)動車輛；也可在適當(dāng)?shù)臅r候?qū)⒅麟姵啬芰哭D(zhuǎn)移至輔助儲能器。DC/DC系統(tǒng)的低壓側(cè)為輔助儲能器，電壓范圍為150-250V，高壓側(cè)為主動力電池系統(tǒng)，電壓范圍^0V-350V，圖3為雙向DC/DC充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，當(dāng)Q2關(guān)閉，通過控制Ql的導(dǎo)通，超級電容低壓側(cè)電路升壓給高壓測充電；當(dāng)Ql關(guān)閉，通過控制Q2的導(dǎo)通，電池高壓側(cè)可給低壓側(cè)充電。Ql，Q2為大功率IGBT管，Q2斷開時，通過控制Ql升壓，電流通過D2續(xù)流二極管給高壓側(cè)充電。在整車驅(qū)動或制動時，DC/DC可輸出或吸收5-10KW的功率，而給電池充電時，普通充電模式下DC/DC輸出功率約為2KW-4KW，通過小電流充電模式來保證電池的壽命；而在大功率充電模式下，DC/DC輸出可達(dá)到5-10KW。輸出給動力電池系統(tǒng)或電機控制器來驅(qū)動車輛運行；同時也通過充電樁給動力電池進(jìn)行相對較大功率5-10KW的充電；在制動能量回收，通過控制雙向DC/DC系統(tǒng)，可將一部分能量分流給超級電容，分流功率也可達(dá)5-10KW， 從而可最大限度回收制動能量。(4)車載充電機主要是通過家用普通交流系統(tǒng)給動力電池系統(tǒng)進(jìn)行小功率充電。 家用普通交流系統(tǒng)為現(xiàn)有技術(shù)，一般為1. 5-2. 5KW，普通家用220交流電進(jìn)行充電，10小時可補充15-25KW.h能量。(5)為動力電池包，由于增加了超容快速能量補充系統(tǒng)，該能量包的大小只需原純電池電動汽車能量包的(1/2---2/ ，可節(jié)省大量的動力電池，減輕整車重量，減少整車成本。電機控制器及電機是純電動汽車的動力驅(qū)動部分，與傳統(tǒng)的純電動汽車結(jié)構(gòu)類似，可采用車異步電機、永磁電機或直流電驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動。電機驅(qū)動部分不是本專利的核心內(nèi)容，可使用各種類型的驅(qū)動系統(tǒng)，其主要核心是利用輔助儲能器的快速儲能特性，借助便利的非接觸式充電系統(tǒng)，通過分時多次安全快速的能量補充模式，解決純電汽車?yán)m(xù)航里程、價格、電池使用壽命、充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等一系列問題。
權(quán)利要求1.一種電動汽車混合儲能充電系統(tǒng)，其特征在于，包括充電樁、變壓器、整流器、輔助儲能器、DC/DC變換器和動力電池；整流器、輔助儲能器、DC/DC變換器和動力電池均設(shè)置在電動汽車上；充電樁接變壓器的一次側(cè)；DC/DC變換器的輸入側(cè)和超級電容器并接在變壓器的二次側(cè)上，DC/DC變換器的輸出側(cè)接動力電池；動力電池通過車載的電機控制器接驅(qū)動電機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車混合儲能充電系統(tǒng)，其特征在于，汽車上還設(shè)有用于通過市電給汽車充電的車載充電器，車載充電器與動力電池相接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車混合儲能充電系統(tǒng)，其特征在于，在電動汽車的車體的底部設(shè)有可升降的受電感應(yīng)盤，在充電樁處設(shè)有供電平面，供電平面上設(shè)有供電盤、X 方向?qū)к壖癥方向?qū)к?，X方向?qū)к壖癥方向?qū)к壘c供電盤連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的電動汽車混合儲能充電系統(tǒng)，其特征在于，輔助儲能器采用鈦酸理儲能器或超級電容。專利摘要本實用新型公開了一種電動汽車混合儲能充電系統(tǒng)，包括充電樁、變壓器、整流器、輔助儲能器、DC/DC變換器和動力電池；整流器、輔助儲能器、DC/DC變換器和動力電池均設(shè)置在純電動汽車上；充電樁接變壓器的一次側(cè)；DC/DC變換器的輸入側(cè)和超級電容器并接在變壓器的二次側(cè)上，DC/DC變換器的輸出側(cè)接動力電池；動力電池通過車載的電機控制器接驅(qū)動電機。輔助儲能器為鈦酸理儲能器或超級電容。本實用新型為純電動汽車提供了一種全新的充電儲能方案。
文檔編號H02J17/00GK202333949SQ201120453919
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者李建新, 李鐵牛, 楊凡, 王力工, 皮俊, 裴滿, 黃偉 申請人:長沙佳利汽車有限公司