一種電動汽車復(fù)合電能控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電動汽車復(fù)合電能控制系統(tǒng)，其中蓄電池模塊與電機系統(tǒng)并聯(lián)，超級電容與電機系統(tǒng)并聯(lián)，第一變換器與蓄電池模塊串聯(lián)后分別與第二變換器及超級電容及外圍電源系統(tǒng)并聯(lián)，家用電源系統(tǒng)與第一變換器串聯(lián)后與蓄電池模塊并聯(lián)。所述控制方法既可通過家用電源系統(tǒng)對蓄電池模塊進行充電，也可接入外圍電源系統(tǒng)對超級電容進行快速充電后，超級電容對蓄電池模塊充電，當車輛需要大功率運行時，超級電容直接向電機系統(tǒng)供電，當超級電容電量不足時，蓄電池模塊向超級電容反向充電。本實用新型為快速充電與常規(guī)充電相結(jié)合的復(fù)合充電系統(tǒng)，能夠在縮短電動汽車充電時間的基礎(chǔ)上，提高車輛電能使用效率。
【專利說明】
一種電動汽車復(fù)合電能控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于電動汽車能量管理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電動汽車復(fù)合電能控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著環(huán)境污染的加劇，加之石油等資源的過度消耗，能源與環(huán)境問題顯得尤為突出。而汽車已作為基本的代步工具，成為人們基本生活的一部分。傳統(tǒng)燃油汽車會消耗大量的石油，而石油作為一種不可再生資源，大量的燃油消耗勢必會造成能源危機，嚴重制約人類社會的可持續(xù)發(fā)展；同時，燃油的消耗會導(dǎo)致大氣污染，對人類健康造成的危害尤為突出。在此情況下，人們越來越倡導(dǎo)一種，無污染，低能耗的汽車作為交通工具，改變?nèi)藗兊纳?。基于此，電動汽車的出現(xiàn)解決了傳統(tǒng)燃油汽車的缺點和不足，國家和政府越來越重視電動汽車。
[0003]但是，電動汽車的出現(xiàn)能解決能源和環(huán)境問題的同時，也帶來一系列的問題。當前制約電動汽車發(fā)展的主要問題就是電池問題，最主要的電池問題就是電池成本過高，充電時間過長。隨著人們對電池技術(shù)的研究與發(fā)展，電池的成本在漸漸下降。同時，目前我國對電動汽車的補助使得電動汽車的價格不再那么昂貴，甚至，在經(jīng)濟上，汽車使用壽命內(nèi)的成本會比燃料電池低。人們購買電動汽車的阻力則是電池充電時間過長，續(xù)航里程的限制。基于此，解決充電時間過長的問題成為制約電動汽車發(fā)展的主要問題。
[0004]現(xiàn)在，“換電為主、插充為輔、集中充電、統(tǒng)一配送”的運營模式可以解決充電時間過長的問題。但是，更換電動汽車電池也會帶來一系列的問題。電池的成本占到了電動汽車很大比例，生產(chǎn)廠家很難放棄這么大的電池利潤的同時，統(tǒng)一的電池型號及構(gòu)造也制約著電動汽車的布局，不利于電動汽車朝著多元化方向發(fā)展?；诖?，快速充電會是電動汽車推廣問題的一種絕佳的解決辦法。
[0005]隨著科技的發(fā)展，超級電容的出現(xiàn)成為解決電池快速沖電的突破。超級電容具有充電速度快，在數(shù)分鐘之內(nèi)就可達到其額定容量的95%以上;能量轉(zhuǎn)換效率高，在充放電過程中，能量循環(huán)效率能過達到90%以上;循環(huán)使用壽命長，深度充放電循環(huán)使用次數(shù)可達數(shù)萬次。這些優(yōu)點都使得超級電容成為解決充電時間過長的有效途徑。但是超級電容的比能量較低，現(xiàn)階段無法完全替代蓄電池發(fā)揮作用。同時，電動汽車的動力性不足也是一些購買者考慮的問題。在電動汽車加速和爬坡的過程中，往往會出現(xiàn)動力不足，給駕駛者帶來困擾的同時，也可能會出現(xiàn)一些安全問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實用新型提供了一種電動汽車復(fù)合電能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)在縮短電動汽車充電時間的基礎(chǔ)上，提高車輛電能使用效率，結(jié)合說明書本實用新型的技術(shù)方案如下:
[0007]一種電動汽車復(fù)合電能控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)由外圍電源系統(tǒng)、超級電容、家用電源系統(tǒng)、蓄電池模塊、第一變換器、第二變換器和電機系統(tǒng)組成；
[0008]其中，所述蓄電池模塊與電機系統(tǒng)并聯(lián)組成所述控制系統(tǒng)的常規(guī)供電系統(tǒng)；
[0009]所述超級電容與電機系統(tǒng)并聯(lián)組成所述控制系統(tǒng)的大功率供電系統(tǒng)；
[0010]所述第一變換器與蓄電池模塊串聯(lián)后分別與第二變換器及超級電容及外圍電源系統(tǒng)并聯(lián)組成所述控制系統(tǒng)的快速充電系統(tǒng)；
[0011]所述家用電源系統(tǒng)與第一變換器串聯(lián)后與蓄電池模塊并聯(lián)組成所述控制系統(tǒng)的常規(guī)充電系統(tǒng)。
[0012]—種電動汽車復(fù)合電能控制系統(tǒng)，其中，所述蓄電池模塊由多組相同結(jié)構(gòu)的蓄電池組件串聯(lián)組成，所述每組蓄電池組件均有兩個蓄電池組并聯(lián)組成，每組蓄電池組件均有兩路接口，其中第一路接口直接分別與接口con3和接口con4連接，第二路接口分別與上、下游的蓄電池組相連，其中，始、末兩蓄電池組件分別與接口 conl和接口 con2連接。
[0013]—種電動汽車復(fù)合電能控制系統(tǒng)，其中，所述蓄電池組件的第一路接口經(jīng)接口con3接入后又分為兩支:一支依次經(jīng)開關(guān)KN13、蓄電池組N1、開關(guān)KN14與接口 con4相連；另一支依次經(jīng)開關(guān)KN23、蓄電池組N2、開關(guān)KN24與接口 con4相連；
[0014]所述蓄電池組件的第二路接口經(jīng)接口conl或上游蓄電池組件接口接入后又分為兩支:一支依次經(jīng)開關(guān)KN21、蓄電池組N2、開關(guān)KN22與con2或下游蓄電池組件接口相連；另一支依次經(jīng)開關(guān)KNll、蓄電池組N1、開關(guān)KNl 2與con2或下游蓄電池組件接口相連；
[0015]所述蓄電池組NI和蓄電池組N2是由若干額定電壓相同的蓄電池串聯(lián)組成。
[0016]—種電動汽車復(fù)合電能控制系統(tǒng)，其中，所述蓄電池組件內(nèi)的開關(guān)均與車輛的電子控制單元控制連接。
[0017]—種電動汽車復(fù)合電能控制系統(tǒng)，其中，所述蓄電池模塊一端經(jīng)接口COn4接入第一變換器后與第二變換器相連，所述蓄電池模塊另一端經(jīng)接口 con3與第二變換器相連，所述第二變換器與所述超級電容器的一端并聯(lián)；
[0018]所述第一變換器由開關(guān)Ql與反向二極管Dl并聯(lián)組成；
[0019]所述第二變換器與第一變換器相連的接口處有兩路分支，第一路分支連入電感后分別和電容及超級電容相連，第二路分支與由開關(guān)Q2和反向二極管D2組成的并聯(lián)裝置連接后分別接入接口 con3、電容以及超級電容的另一端；
[0020]所述開關(guān)Ql與開關(guān)Q2均受PffM信號控制。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果在于:
[0022]1、本實用新型采用快速充電與常規(guī)充電相結(jié)合的復(fù)合充電系統(tǒng)?？焖俪潆娤到y(tǒng)是將超級電容和蓄電池組相結(jié)合的充電裝置，利用超級電容快速充電，使用壽命長的優(yōu)點，大大的節(jié)省了電動汽車的充電時間。在裝有再生制動系統(tǒng)的電動汽車上，再生制動獲得的電能將會通過電路儲存在超級電容中，利用超級電容對蓄電池組完成充電。再生制動的過程可以大大提高電動汽車的續(xù)航里程，增加能量利用率。
[0023]2、蓄電池組先并聯(lián)后再串聯(lián)至電路中，可以選擇并聯(lián)電路中的一路進行工作，從而使蓄電池以穩(wěn)定的電壓輸出，可以減少電機等用電設(shè)備的不穩(wěn)定工況;同時，當電動汽車工作的過程中，超級電容可以給與工作蓄電池組相并聯(lián)的蓄電池組充電，不會影響汽車的正常工作。
[0024]3、電子控制單元根據(jù)蓄電池組的荷電狀態(tài)，選擇性的進行充電。從而避免蓄電池組過載過沖，減少蓄電池組不必要的消耗，有效提高蓄電池組的使用壽命；同時，電子控制單元會根據(jù)各電池組的荷電狀態(tài)，優(yōu)先選擇與供電電路荷電狀態(tài)較低的并聯(lián)蓄電池組充電，可以有效提高車輛的行駛里程。
【附圖說明】
[0025]圖1為本實用新型的電動汽車復(fù)合電能控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖；
[0026]圖2為本實用新型的電動汽車復(fù)合電能控制系統(tǒng)的工作流程框圖；
[0027]圖3為本實用新型的電動汽車復(fù)合電能控制系統(tǒng)中蓄電池模塊中的蓄電池組連接示意圖；
[0028]圖4為本實用新型的電動汽車復(fù)合電能控制系統(tǒng)中車輛工作時蓄電池模塊的工作原理圖；
[0029]圖5為本實用新型的電動汽車復(fù)合電能控制系統(tǒng)中蓄電池模塊與超級電容的連接關(guān)系不意圖O
【具體實施方式】
[0030]為了進一步闡述本實用新型的技術(shù)方案，結(jié)合說明書附圖，本實用新型的【具體實施方式】如下:
[0031]如圖1所示，本實用新型公開了一種電動汽車復(fù)合電能控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)由外圍電源系統(tǒng)、超級電容、家用電源系統(tǒng)、蓄電池模塊、第一變換器、第二變換器和電機系統(tǒng)組成。
[0032]其中，所述蓄電池模塊與電機系統(tǒng)并聯(lián)組成所述控制系統(tǒng)的常規(guī)供電系統(tǒng);所述超級電容與電機系統(tǒng)并聯(lián)組成所述控制系統(tǒng)的大功率供電系統(tǒng);所述第一變換器與蓄電池模塊串聯(lián)后分別與第二變換器及超級電容及外圍電源系統(tǒng)并聯(lián)組成所述控制系統(tǒng)的快速充電系統(tǒng);所述家用電源系統(tǒng)與第一變換器串聯(lián)后與蓄電池模塊并聯(lián)組成所述控制系統(tǒng)的常規(guī)充電系統(tǒng)。
[0033]如圖3所示，所述蓄電池模塊由多組相同結(jié)構(gòu)的蓄電池組件串聯(lián)組成，所述每組蓄電池組件均有兩個蓄電池組并聯(lián)組成，每組蓄電池組件均有兩路接口，其中第一路接口直接分別與接口 con3和接口 con4連接，第二路接口分別與上、下游的蓄電池組相連，其中，始、末兩蓄電池組件分別與接口 conl和接口 con2連接。
[0034]在本實施例中以三個蓄電池組件為例，分別為蓄電池組件P、蓄電池組件Q和蓄電池組件R，其中各蓄電池組件的組成及連接方式均相同，此處以蓄電池組件P為例做詳細介紹。
[0035]如圖3所示，所述蓄電池組件P的第一路接口(與接口 con3、con4相連)經(jīng)接口 con3接入后又分為兩支:一支依次經(jīng)開關(guān)KP13、蓄電池組P1、開關(guān)KP14與接口 con4相連；另一支依次經(jīng)開關(guān)KP23、蓄電池組P2、開關(guān)KP24與接口 con4相連。
[0036]所述蓄電池組件的第二路接口(與接口conl、con2相連)經(jīng)接口conl接入后又分為兩支:一支依次經(jīng)開關(guān)KP21、蓄電池組P2、開關(guān)KP22與下游的蓄電池組件Q接口相連；另一支依次經(jīng)開關(guān)KPll、蓄電池組P1、開關(guān)KP12與下游的蓄電池組件Q接口相連，且兩支路在下游的蓄電池組件Q接口前匯合。
[0037]所述蓄電池組Pl和蓄電池組P2均是由若干額定電壓相同的蓄電池串聯(lián)組成，從而保證蓄電池組P1、蓄電池組P2的額定電壓相同。
[0038]上述的蓄電池組中的開關(guān)均與電子控制單元控制連接(圖中未顯示)，受電子控制單元控制，所述述的電子控制單元會根據(jù)車輛的蓄電池電量信息、超級電容電量信息以及加速踏板開度等信息決定開關(guān)的閉合與斷開。
[0039]如圖5所示，本實用新型的電動汽車復(fù)合電能控制系統(tǒng)中，蓄電池模塊與超級電容并聯(lián)。所述蓄電池模塊分別與接口 con3、con4相連后，一端經(jīng)接口 con4接入第一變換器后與第二變換器相連，所述蓄電池模塊另一端經(jīng)接口 con3也與第二變換器相連，且所述第二變換器與所述超級電容器的一端并聯(lián)。
[0040]所述第一變換器由開關(guān)Ql與反向二極管Dl并聯(lián)組成，所述開關(guān)Ql的開閉受Pmi信號控制。
[0041]所述第二變換器與第一變換器相連的接口處有兩路分支，第一路分支連入電感后分別和電容及超級電容相連，第二路分支與由開關(guān)Q2和反向二極管D2組成的并聯(lián)裝置連接后分別接入接口 con3、電容以及超級電容的另一端;所述開關(guān)Q2的開閉受PffM信號控制。
[0042]當蓄電池模塊為超級電容充電時，開關(guān)Q2斷開，開關(guān)Ql受Pmi信號控制，在不同的占空比調(diào)節(jié)下斷開與閉合，從而形成一個穩(wěn)定的升壓電路，完成蓄電池組對超級電容的充電；當超級電容為蓄電池模塊充電時，開關(guān)Ql斷開，開關(guān)Q2受PWM信號控制保持持續(xù)的斷開與閉合，這樣超級電容可以以較低的電壓為蓄電池模塊持續(xù)充電。超級電容將獲得的能量通過閉合開關(guān)K2作用到電機系統(tǒng)上，從而提高電機的輸出功率，實現(xiàn)加速和爬坡，提高電動汽車的動力性。
[0043]為了進一步說明本實用新型的技術(shù)方案，結(jié)合流程框圖本實用新型的一種電動汽車復(fù)合電能控制系統(tǒng)的工作原理及工作過程如下:
[0044]當汽車蓄電池的電量不足時，駕駛員會通過電量顯示儀表(圖中未顯示)得出車輛蓄電池電量信息。駕駛員根據(jù)實際情況選擇上述的快速充電系統(tǒng)或常規(guī)充電系統(tǒng)。上述的快速充電系統(tǒng)是指超級電容充電。超級電容的比功率較高，可在數(shù)分鐘內(nèi)完成充電。超級電容充電結(jié)束后，電動汽車可以在上述的復(fù)合電能系統(tǒng)作用下，電動汽車可以正常工作的同時，對電動汽車蓄電池模塊中的蓄電池充電。
[0045]當汽車需要長時間停車，如夜間長時間停車時，駕駛員可以根據(jù)具體情況，選擇常規(guī)充電系統(tǒng)為電動汽車充電。當汽車接入普通家用電源后，家用電源經(jīng)充電器整流后接入蓄電池組進行充電。
[0046]圖3所示，當蓄電池模塊中的？112、01、02、1?1、1?2等荷電狀態(tài)均較低時，控制系統(tǒng)會將蓄電池模塊中的砑13、即14、砑23、即24、叨13、印14、印23、印24、10?13、10?14、10?23和10?24閉合，將蓄電池組模塊中的砑11、即12、砑21、即22、叨11、印12、恥21、印22、10?11、10?12、KR21和KR22斷開，當任一蓄電池組充電完成時，如圖中的Pl充電完成時，與之相連的閉合開關(guān)KP13、KP14會斷開，其他的蓄電池組件也是這樣工作。
[0047]當車輛處于運行狀態(tài)下，電動汽車啟動后，會通過加速踏板等傳感器(圖中未顯示)信息監(jiān)測車輛的加速情況；
[0048]當電動汽車需要以較大的功率(如加速度超過0.3g)加速或爬坡時，電動汽車會判斷超級電容是否正在對蓄電池組充電。若此時正在充電，超級電容對蓄電池組的充電電路會斷開；同時，電動汽車會監(jiān)測超級電容的電量，當超級電容的電量不足時，蓄電池組會對超級電容進行反向充電，此時，超級電容會給電機系統(tǒng)供電，使電動汽車以較高的功率工作，從而可以提高電動汽車的動力性。
[0049]超級電容向相并聯(lián)的電池組一路充電，同時，另一路蓄電池可以向電機系統(tǒng)供電，車輛可以穩(wěn)定的工作，所述控制系統(tǒng)由車輛的電子控制單元控制，所述電子控制單元根據(jù)蓄電池模塊的荷電狀態(tài)，優(yōu)先選擇向與供電系統(tǒng)電路荷電狀態(tài)較低的并聯(lián)蓄電池組充電。
[0050]超級電容為蓄電池模塊充電過程如下:
[0051]例如，如圖4所示，當超級電容電量較高，而部分蓄電池模塊中的蓄電池組電量不足時，如圖中的蓄電池組P2，蓄電池組Q2，蓄電池組R2電量不足時。蓄電池組Pl、蓄電池組Ql、蓄電池組Rl工作，蓄電池組P2、蓄電池組Q2、蓄電池組R2充電，電子控制單元(圖中未顯示)會控制開關(guān)即11、即12、即23、砑24、1^11、叨12、印23、恥24、10?11、10?12、10?23、10?24閉合，同時會控制開關(guān)砑13、即14、砑21、即22、叨13、1(014、叨21、1(022、砑13、即14、砑21、即22斷開。當其中的某一蓄電池組如蓄電池組Q2充電完成后，電子控制單元會將開關(guān)KQ23、KQ24斷開，其他蓄電池組繼續(xù)充電。
[0052]其中，當車輛需要大功率運行時，超級電容直接向電機系統(tǒng)供電，當超級電容電量不足時，蓄電池模塊向超級電容反向充電；
[0053]如圖2所示，當車輛需要大功率運行時，即通過加速踏板檢測到車輛的加速度超過預(yù)設(shè)額定值。即車輛處于加速或爬坡運行時。所述控制系統(tǒng)工作過程如下:
[0054](I)車輛啟動及在行駛加速過程中，檢測到當前車輛需要大功率運行；
[0055](2)檢測超級電容器是否在為蓄電池模塊充電，如果“是”則斷開充電并循環(huán)本步驟，如果“否”則進入下一步驟；
[0056](3)檢測超級電容器是否有電，如果“是”則進入下一步驟，如果“否”則啟動蓄電池模塊對超級電容充電并循環(huán)本步驟；
[0057](4)將超級電容接入電機系統(tǒng)進行供電；
[0058](5)檢測到車輛完成大功率運行，超級電容與電機系統(tǒng)斷開，與此同時，蓄電池模塊為電機系統(tǒng)供電。
[0059]此外，當電動汽車不在需要以較大的功率工作時，超級電容會與電機系統(tǒng)斷開，同時，蓄電池組會與電機系統(tǒng)通電，使電動汽車以較穩(wěn)定的電壓工作。
[0060]車輛不需要大功率運行時，當超級電容的值高于預(yù)設(shè)額定值，蓄電池模塊中蓄電池組的電量低于預(yù)設(shè)額定值，超級電容向?qū)⑿铍姵啬K進行充電，所述車輛不需要大功率運行的情況如下，滿足其一即可判斷車輛不需要大功率運行:
[0061](I)車輛啟動，且檢測到當前車輛不需要大功率運行；
[0062](2)車輛在道路行駛過程中平穩(wěn)運行，不需要大功率加速；
[0063](3)車輛在減速行駛。
【主權(quán)項】
1.一種電動汽車復(fù)合電能控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述控制系統(tǒng)由外圍電源系統(tǒng)、超級電容、家用電源系統(tǒng)、蓄電池模塊、第一變換器、第二變換器和電機系統(tǒng)組成;其中， 所述蓄電池模塊與電機系統(tǒng)并聯(lián)組成所述控制系統(tǒng)的常規(guī)供電系統(tǒng)； 所述超級電容與電機系統(tǒng)并聯(lián)組成所述控制系統(tǒng)的大功率供電系統(tǒng)； 所述第一變換器與蓄電池模塊串聯(lián)后分別與第二變換器及超級電容及外圍電源系統(tǒng)并聯(lián)組成所述控制系統(tǒng)的快速充電系統(tǒng)； 所述家用電源系統(tǒng)與第一變換器串聯(lián)后與蓄電池模塊并聯(lián)組成所述控制系統(tǒng)的常規(guī)充電系統(tǒng)。2.如權(quán)利要求1所述一種電動汽車復(fù)合電能控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述蓄電池模塊由多組相同結(jié)構(gòu)的蓄電池組件串聯(lián)組成，所述每組蓄電池組件均有兩個蓄電池組并聯(lián)組成，每組蓄電池組件均有兩路接口，其中第一路接口直接分別與接口con3和接PcoM連接，第二路接□分別與上、下游的蓄電池組相連，其中，始、末兩蓄電池組件分別與接口 conl和接口 con2連接。3.如權(quán)利要求2所述一種電動汽車復(fù)合電能控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述蓄電池組件的第一路接口經(jīng)接口 con3接入后又分為兩支:一支依次經(jīng)開關(guān)KNl 3、蓄電池組N1、開關(guān)KN14與接口con4相連；另一支依次經(jīng)開關(guān)KN23、蓄電池組N2、開關(guān)KN24與接口 con4相連； 所述蓄電池組件的第二路接口經(jīng)接口 conl或上游蓄電池組件接口接入后又分為兩支:一支依次經(jīng)開關(guān)KN21、蓄電池組N2、開關(guān)KN22與con2或下游蓄電池組件接口相連;另一支依次經(jīng)開關(guān)KNll、蓄電池組N1、開關(guān)KNl 2與con2或下游蓄電池組件接口相連； 所述蓄電池組NI和蓄電池組N2是由若干額定電壓相同的蓄電池串聯(lián)組成。4.如權(quán)利要求3所述一種電動汽車復(fù)合電能控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述蓄電池組件內(nèi)的開關(guān)均與車輛的電子控制單元控制連接。5.如權(quán)利要求2所述一種電動汽車復(fù)合電能控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述蓄電池模塊一端經(jīng)接口 con4接入第一變換器后與第二變換器相連，所述蓄電池模塊另一端經(jīng)接口 con3與第二變換器相連，所述第二變換器與所述超級電容器的一端并聯(lián)；所述第一變換器由開關(guān)Ql與反向二極管Dl并聯(lián)組成； 所述第二變換器與第一變換器相連的接口處有兩路分支，第一路分支連入電感后分別和電容及超級電容相連，第二路分支與由開關(guān)Q2和反向二極管D2組成的并聯(lián)裝置連接后分別接入接口 con3、電容以及超級電容的另一端； 所述開關(guān)Ql與開關(guān)Q2均受PffM信號控制。
【文檔編號】B60L11/18GK205681170SQ201620581186
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月15日 公開號201620581186.9, CN 201620581186, CN 205681170 U, CN 205681170U, CN-U-205681170, CN201620581186, CN201620581186.9, CN205681170 U, CN205681170U
【發(fā)明人】李靜, 夏承賀, 石求軍, 戶亞威, 張 成, 孫祿, 張艷華, 王忠福
【申請人】吉林大學