一種高壓大功率動(dòng)力電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電池電源領(lǐng)域，具體是一種高壓大功率動(dòng)力電源。
【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)車輛所選的電機(jī)一般為高壓電機(jī),為適應(yīng)電機(jī)對(duì)電壓的需要，動(dòng)力電池系統(tǒng)要提供相適應(yīng)的高壓電源。目前這個(gè)高壓電源是靠電池的串聯(lián)實(shí)現(xiàn)的，電池組有幾十甚至上百個(gè)單體電池串聯(lián)組成，這樣多的串聯(lián)電池組合常常帶來(lái)系統(tǒng)故障多、性能下降，即使有較好性能的電池管理系統(tǒng)(BMS)往往也難以保障系統(tǒng)的整體性能和正常運(yùn)行。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高壓大功率動(dòng)力電源，解決了靠串聯(lián)連接各單體電池而滿足負(fù)載對(duì)電池電壓需要的問(wèn)題。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:
[0005]一種高壓大功率動(dòng)力電源，包括有低壓大電流電池電堆、與電源輸出端口連接的N個(gè)儲(chǔ)能微單元、連接于低壓大電流電池電堆和N個(gè)儲(chǔ)能微單元之間的能量管理單元，其中，N大于等于2 ;所述的能量管理單元包括有與低壓大電流電池電堆連接的能量分配單元、輸出控制單元、N+1個(gè)電子開(kāi)關(guān)、以及控制中心，所述的能量分配單元和輸出控制單元均與控制中心連接；N+1個(gè)電子開(kāi)關(guān)的正極均與能量分配單元的輸出端口連接，N+1個(gè)電子開(kāi)關(guān)的控制極均與輸出控制單元連接，N個(gè)電子開(kāi)關(guān)的負(fù)極均與N個(gè)儲(chǔ)能微單元的儲(chǔ)能輸入端口連接；所述的儲(chǔ)能微單元包括儲(chǔ)能輸出高電平端口、儲(chǔ)能輸入端口和儲(chǔ)能輸出低電平端口，相鄰的兩個(gè)儲(chǔ)能微單元中，電平高的儲(chǔ)能微單元的輸出低電平端口與電平低的儲(chǔ)能微單元的儲(chǔ)能輸出高電平端口連接，始端的儲(chǔ)能微單元的儲(chǔ)能輸出高電平端口與電源輸出端口正極連接，末端儲(chǔ)能微單元的儲(chǔ)能輸出低電平端口與電源輸出端口負(fù)極連接。
[0006]所述的能量分配單元由極性變換橋、兩根電源母線、以及與控制中心連接的極性變換橋驅(qū)動(dòng)單元組成；所述的極性變換橋包括有四個(gè)MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管，四個(gè)MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管的柵極均與極性變換橋驅(qū)動(dòng)單元連接，MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管MQl和MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管MQ2的正極均與低壓大電流電池電堆的正極連接，MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管MQ3和MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管MQ4的負(fù)極均與低壓大電流電池電堆的負(fù)極連接，MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管MQl的負(fù)極和MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管MQ3的正極均與其中一根電源母線連接，MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管MQ2的負(fù)極和MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管MQ4的正極均與另一根電源母線連接，偶數(shù)電子開(kāi)關(guān)的正極均與其中一根電源母線連接，奇數(shù)電子開(kāi)關(guān)的正極均與另一根電源母線連接。
[0007]所述的電子開(kāi)關(guān)為單向?qū)ǖ碾娮娱_(kāi)關(guān)或由不能反向截止的電子開(kāi)關(guān)經(jīng)過(guò)組合后而形成的能夠反向截止的電子開(kāi)關(guān)組合。
[0008]所述的儲(chǔ)能微單元選用電容、或電感和電容的組合、或微能量二次電池、或上述的組合結(jié)構(gòu)。
[0009]所述的低壓大電流電池電堆為鋰離子電池電堆、鎳氫電池電堆、鉛酸電池電堆或燃料電池電堆。
[0010]所述的低壓大電流電池電堆內(nèi)包括多個(gè)單電池，多個(gè)單體電池并聯(lián)再串聯(lián)或幾個(gè)單體電池串聯(lián)后并聯(lián)，當(dāng)多個(gè)低壓大電流電池電堆組合時(shí)，其對(duì)應(yīng)的低壓大電流電池電堆內(nèi)的并聯(lián)線也進(jìn)行一一對(duì)接。
[0011]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):
[0012](I)、本實(shí)用新型的電子開(kāi)關(guān)管和儲(chǔ)能微單元實(shí)現(xiàn)了把低壓大電流電池電堆電源變換為高壓大功率電池電源的目的，解決了靠串聯(lián)連接各單體電池而滿足負(fù)載對(duì)電池電壓需要的問(wèn)題；
[0013](2)、多個(gè)單體電池并聯(lián)再串聯(lián)組成的電池電堆，大大緩解了電池的不一致性問(wèn)題，特別是鋰離子電池性能不一致的問(wèn)題，使電池工作更加可靠、壽命更長(zhǎng)、安全性更高；
[0014](3)、本實(shí)用新型的儲(chǔ)能微單元是由電容(普通電容或超級(jí)電容)組成的，而電容的放電深度理論上可以達(dá)到100%、放電倍率理論上可以達(dá)到無(wú)窮大，所以本實(shí)用新型的一種高壓大功率動(dòng)力電源方案的電源動(dòng)態(tài)特性在短時(shí)間內(nèi)表現(xiàn)為電容特性，大大提升了電池電堆的放電性能；
[0015](4)、本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、成本低。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的控制程序原理流程框圖。
[0019]圖4是低壓大電流電池電堆中多個(gè)單體電池并聯(lián)再串聯(lián)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0020]圖5是低壓大電流電池電堆中其中幾個(gè)單體電池串聯(lián)后并聯(lián)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0021]圖6是本實(shí)用新型儲(chǔ)能微單元一種實(shí)現(xiàn)方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖7是本實(shí)用新型單向?qū)ǖ碾娮娱_(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖8是本實(shí)用新型用兩個(gè)N型MOSFET管組成的組合電子開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]見(jiàn)圖1，一種高壓大功率動(dòng)力電源，包括有低壓大電流電池電堆1、與電源輸出端口 4連接的N個(gè)儲(chǔ)能微單元3、連接于低壓大電流電池電堆I和N個(gè)儲(chǔ)能微單元3之間的能量管理單元2，其中，N大于等于2;能量管理單元2包括有與低壓大電流電池電堆I連接的能量分配單元22、輸出控制單元23、N+1個(gè)電子開(kāi)關(guān)24、以及控制中心21，能量分配單元22和輸出控制單元23均與控制中心21連接，電子開(kāi)關(guān)24為MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管，N+1個(gè)電子開(kāi)關(guān)24的正極均與能量分配單元22的輸出端口連接，N+1個(gè)電子開(kāi)關(guān)24的控制極均與輸出控制單元23連接，N個(gè)電子開(kāi)關(guān)24的負(fù)極均與N個(gè)儲(chǔ)能微單元3的儲(chǔ)能輸入端口 32連接；儲(chǔ)能微單元3包括儲(chǔ)能輸出高電平端口 31、儲(chǔ)能輸入端口 32和儲(chǔ)能輸出低電平端口33，相鄰的兩個(gè)儲(chǔ)能微單元中，電平高的儲(chǔ)能微單元的儲(chǔ)能輸出低電平端口 33與電平低的儲(chǔ)能微單元的儲(chǔ)能輸出高電平端口 31連接,始端的儲(chǔ)能微單元的儲(chǔ)能輸出高電平端口 31與電源輸出端口 4正極連接，末端儲(chǔ)能微單元的儲(chǔ)能輸出低電平端口 33與電源輸出端口 4負(fù)極連接。
[0025]低壓大電流電池電堆I的能量在控制中心21的控制下，通過(guò)能量分配單元22在其輸出端口 P-PORT的各輸出口呈現(xiàn)不同的電源電壓極性形式，控制中心21通過(guò)輸出控制單元23同步控制對(duì)應(yīng)的電子開(kāi)關(guān)24來(lái)逐一對(duì)各儲(chǔ)能微單元3進(jìn)行大能量補(bǔ)充，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)高壓大功率電源。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0026](I)、控制中心21控制能量分配單元22的輸出邏輯，使電池電堆電壓VBAT呈現(xiàn)在輸出端口 Pll和P12，同時(shí)控制中心21通過(guò)輸出控制單元23同步控制對(duì)應(yīng)的電子開(kāi)關(guān)MC1、MC2導(dǎo)通，此時(shí)呈現(xiàn)在P21和P22兩端的電壓亦是電池電堆電壓VBAT，這個(gè)電壓施加于儲(chǔ)能微單元3的儲(chǔ)能輸入端口 32，對(duì)儲(chǔ)能微單元3內(nèi)部的儲(chǔ)能部件進(jìn)行充電，實(shí)現(xiàn)了電池電堆能量通過(guò)電子開(kāi)關(guān)直接對(duì)儲(chǔ)能微單元的能量加載；
[0027](2)、控制中心按照控制規(guī)律，同樣實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的其它儲(chǔ)能微單元的能量進(jìn)行加載；
[0028](3)、控制中心21以每秒幾十千次或更高的頻率循環(huán)步驟(1)、(2)的過(guò)程，為各儲(chǔ)能微單元3提供連續(xù)不斷的能量，從而保障它們的電壓穩(wěn)定性及保障他們的對(duì)外輸出能量的穩(wěn)定性。
[0029]( 4 )、各儲(chǔ)能微單元3是一個(gè)串聯(lián)結(jié)構(gòu)，它們的組合形成了一個(gè)高壓電源。
[0030]在控制中心21的控制下的輸出結(jié)果為:
[0031]輸出電壓:
[0032]由于每一個(gè)被加載的儲(chǔ)能微單元的電壓均是VBAT電壓值，所以理論上的輸出電壓為:V0UT = VC1+VC2+VC3+.......+VCN = N*VBAT，即輸出電壓N倍與電池電堆電壓，實(shí)際上由于線路和開(kāi)關(guān)管的損耗，實(shí)際輸出電壓要低于這個(gè)電壓。
[0033]輸出功率