CN102910082A - 电动汽车主辅电源切换系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主辅电源切换系统，包括主动力电池组、辅助动力电池组、电池组管理系统，主动力电池组正极端子和辅助动力电池组正极端子都串联一个继电器。电池组管理系统通过向各个继电器发送操作信号来控制继电器的工作状态，当主动力电池组正极端子串联的继电器处于工作状态时，主动力电池组接入供电电路。当辅助动力电池组正极端子串联的继电器处于工作状态时，辅助动力电池组接入供电电路。采用以上结构的主辅电源切换系统之后，传统电动汽车能够行驶更长的里程，也能避免车辆行驶过程中动力电池组没电而导致的交通事故，增加了电动汽车的安全性能，避免资源的浪费，减少了温室气体的排放，也更加方便了消费者。

Description

电动汽车主辅电源切换系统

技术领域

本发明涉及一种多电源系统，尤其是一种电动汽车主辅电源切换系统。

背景技术

近年来，化石能源供给及需求影响着世界经济及政治，，加上传统燃油及燃气车温室气体排放对自然环境的冲击，各国政府都已经开始寻求新的汽车替代能源。经过近几年的技术发展及开发，动力电池的一些关键性能得以改进，动力电池的安全性能、循环寿命、能量及功率密度都已经有了普遍提升，但是目前的电动汽车车依然存在一系列问题，导致它难以迅速普及。

电动汽车用动力电池能量密度相对较小，单位体积可安装的动力电池的行驶路程远不如燃油车，因此行驶里程过短，同时需要建设大量充电站。(动力电池的剩余电量不足以支持电动汽车到达充电站，动力电池在欠压状态下长时间运行会造成不可逆的损伤，降低使用寿命，变相增加了电动汽车的维护成本。)

电动汽车行驶工况复杂，为满足电动汽车加速及急刹车能量回馈等苛刻的使用条件，可以加装超级电容器组实现，但是电动汽车用动力电池启动电流很高，若启动时直接将动力电池组接入超级电容，会烧坏超级电容，损坏供电电路，给乘客带来危险。

传统电动汽车一般会配备两个动力电池组，一个动力电池组负责动力系统的供电，一个动力电池组负责辅助设备的供电，而在日常使用过程中，除非是夏季或者天气闷热时，为提供给乘客一个舒适的乘坐环境才会开启空调，大部分时间辅助动力电池组都在空闲中；而且如果电池组长时间不使用，电解液会腐蚀正负极材料，加速电池组老化，所以由于使用频率太低反而会损坏动力电池组。

申请号为CN200480026280的专利申请，提供一种主辅电源切换系统，使用了一个公共的耦合至电气系统的正极端子，通过使用切换设备，使主电池组和多个辅助电池组的公共正极端子分别耦合至电气系统，达到在主电池组没电的时候将辅助电池组接入电气电路的目的。

如果将此专利技术运用到实际操作中可能存在一些问题。由于该发明专利中的电气电路使用了机械的切换设备，所以不具备在主动力电池组电力不足时自动切换的功能，带来的不良后果是，动力电池组的信息参数是多而且繁杂的，不但有电压、电流、温度等基本参数还有电动汽车本身的负载以及行驶路况等，在电动汽车行驶过程中仅仅让司机根据这些参数来判断是否需要切换到辅助电池组是不现实的。若电动汽车在公路行驶过程中司机通过警报装置发现动力电池组电力不足，司机没有充分观察、考虑好周围情况，贸然地切换到辅助电池组后会造成电动汽车短暂的动力丧失。通过切换设备直接将电路从主动力电池组切换至辅助动力电池组需要一段时间，即使时间很短，但是在高速行驶过程中仍然可能出事故。而且该发明专利中的供电电路中未设置有效的防短路装置(事故电路切断装置)，若电动汽车不幸发生了交通事故，电池组正极电路被接通，负极电路接触到车体的话，车体通电，使电池组短路造成电池组爆炸还会使乘客触电，造成人身伤亡。

发明内容

本发明提供了一种电动汽车主辅电源切换系统，尤其是一种可以自动无缝切换的主辅电源切换系统，通过电池组管理系统，在主动力电池组电力不足的时候自动检测路况信息、电动汽车负载信息后在符合安全的前提条件下自动将辅助动力电池组接入供电电路。

为达上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种电动汽车主辅电源切换系统，包括带有正极输出和负极输出的主动力电池组和辅助动力电池组，带有电压检测装置、电流检测装置、车辆负载检测装置、电路控制装置的控制供电电路上的所有继电器的电池组管理系统；

在主动力电池组正极串联了第一继电器，辅助动力电池组正极串联了第二继电器，各继电器的输入端均与电池组管理系统连接；

主动力电池组正极还并联一个辅助切换电路，串联一个继电器和二极管；各继电器均有两种工作位置，两种工作位置的第一工作位置是继电器主触点耦合，两种工作位置的第二工作位置是继电器主触点断开；

在所述第一继电器的第一工作位置上，主动力电池组单独与供电电路串联，主动力电池组供电，在所述第二继电器的第一工作位置上，辅助动力电池组单独与供电电路串联，辅助动力电池组供电。

本发明所述的“主辅电源”是指电动汽车中安装的由主动力电池组和辅助动力电池组组成的电池组系统，其中主动力电池组向电动汽车的动力系统供电，辅助动力电池组向电动汽车上安装的辅助设备供电。

采用本发明中的辅助切换电路到达了电池组无缝切换的目的，在主动力电池组切换至辅助动力电池组之前，主动力电池组仍可以通过辅助切换电路供电，使乘客更加舒适，减少司机的负担，增加安全性，电池组之间的切换更加平滑，不易被察觉。

电池组管理系统，负责收集电路上的电压、电流、车辆负载信息，对电路中的所有继电器进行管理，并通过发送控制信号有序地协调各电池组的电能释放。

为达到控制主动力电池组和辅助动力电池组相互切换的目的，主动力电池组正极和辅助动力电池组正极都串联一个继电器，继电器的输入端与电池组管理系统连接，电池组管理系统的电路控制装置能通过发出控制信号有效地控制继电器的状态。

本发明中使用主动力电池正极和辅助动力电池负极串联的继电器是一种包含主触点和常开触点、常闭触点的继电器，当此继电器工作时，耦合主触点，接通电路，常闭触点断开，将主动力电池组或者辅助动力电池组从供电电路中断开，常开触点耦合连接电池组管理系统，并向电池组管理系统发送反馈信息，直观地反映给司机，能够第一时间告知已经切换辅助动力电池组。

电池组管理系统给第一继电器输入端一个控制信号，此时串联在主动力电池组正极的继电器处于工作状态，主触点耦合，主动力电池组接入供电电路，辅助动力电池组正极串联的继电器的常闭触点断开，辅助动力电池组正极串联的继电器无法正常工作、主触点无法耦合，辅助动力电池组无法接入供电电路。

电池组管理系统给第二继电器输入端一个控制信号，此时串联在辅助动力电池组正极的继电器处于工作状态，主触点耦合，辅助动力电池组接入供电电路，控制第一继电器的常闭触点断开，主动力电池组正极串联的继电器无法正常工作、主触点无法耦合，主动力电池组无法接入供电电路。

电动汽车发生交通事故后，可能会损坏电池组，造成电池组的正极端子接入车身，如果此时负极端子再接入车身的话就会造成短路，电伤乘客、造成火灾或爆炸，为尽量避免此类事故发生，在主动力电池组负极和辅助动力电池组负极都串联一个继电器，当发生事故后，电池组管理系统给出控制信号，使主动力电池组负极和辅助动力电池组负极串联的继电器停止耦合，把主动力电池组和辅助动力电池组从供电电路中断开。

为增加车辆安全性能，避免超级电容器因为起始电流太大而损坏，在主动力电池组正极并联一个缓冲放电电路。

主动力电池组正极和辅助动力电池正极串联的继电器上的常开触点接入电池组管理系统，当继电器处于工作状态时，常开触点闭合，继电器给电池组管理系统发送一个反馈信号，然后通过显示设备将切换信息显示给司机，在警告司机主动力电池电力不足的同时还能够依靠辅助动力电池的电力到达充电站。

辅助切换电路上串联一个继电器和二极管，二极管通过的电流较小，在主动力电池组电力不足的时候可以继续保持通路，车辆继续行驶，利用二极管的单向性，防止辅助动力电池组接入后，电流反灌入主动力电池。

缓冲放电电路上串联一个继电器和缓冲电阻，通过缓冲电阻有效地降低了初始电流，很好地保护了超级电容器，增加了电容器的使用寿命，电动汽车的启动更加安全。

本发明的另一个目的是提供一种利用以上电动汽车主辅电源切换系统的主辅电源切换方法。

为达上述目的，本发明的技术方案为：当电池组管理系统检测到电路中电压、电流不足时，判定主动力电池组电力不足，同时给辅助动力电池组正极串联的继电器发送控制信号，辅助动力电池组正极串联的继电器开始工作，断开第一继电器的常闭触点，主动力电池从供电电路中断开，辅助动力电池组接入供电电路继续供电，有效增加了电动汽车的行驶里程。

相对于传统的机械主辅电源切换而言，本发明提供的电动汽车主辅电源切换系统及其切换方法，在紧急情况下，电池管理系统关闭辅助设备的供电，辅助电源向动力系统供电有效延长了电动汽车的行驶距离，而且由于在两个动力电池组的负极都串联了一个继电器，可以在发生事故时及时断开，防止电池组短路和保护乘客避免触电的危险。

而且电动汽车在高速行驶中电力不足时，可以在主动力电池组由辅助切换电路继续供电一小段时间后，迅速把辅助动力电池组切换到供电电路上，避免失去动力后与跟随车辆发生事故，提升电动汽车的安全性能。

附图说明

图1为本发明的主辅电源切换系统示意图。

图2为切换系统示意图。

图3为辅助切换电路示意图。

图4为缓冲放电电路示意图。

图5为本发明的主动力电池组与辅助动力电池组切换的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1

如图1-5所示，本发明的主辅电源切换系统包括主动力电池组1、辅助动力电池组2、电池组控制系统3。

主动力电池组1的正极端子上串联有继电器4，继电器4的主触点41控制主动力电池组1和供电电路之间的断开与耦合，继电器4的常开触点42负责向电池组管理系统3发送反馈信号，继电器4的常闭触点43和电池组管理系统3共同控制继电器5的工作状态。

主动力电池组1的正极端子上串联的继电器4上并联有辅助切换电路8，辅助切换电路8上串联有二极管81和继电器82，二极管81允许主动力电池组1继续向动力系统供电，当辅助动力电池组2耦合至供电电路时，二极管81阻止辅助动力电池组2的电流反灌入主动力电池组1。

主动力电池组1的正极端子上串联的继电器4还并联有缓冲放电电路9，缓冲放电电路9上串联了缓冲电阻91、继电器92，当电动汽车突然启动时，电路中电流太大，会烧坏超级电容，此时电池组控制系统3向继电器92发送控制信号，继电器92耦合，电流通过缓冲电阻91后电流强度大大降低，当电容器储存的电量上升后，继电器92断开，继电器4耦合，主动力电池组1进入正常供电状态。

主动力电池组1的负极端子上串联有继电器6，在主动力电池组1正极端子接入供电电路时，继电器6也同时耦合，主动力电池组1的负极端子和正极端子同时接入供电电路。

辅助动力电池组2的正极端子上串联有继电器5，继电器5的主触点51控制辅助动力电池组2和供电电路之间的断开与耦合，继电器5的常开触点52负责向电池组管理系统3发送反馈信号，继电器5的常闭触点53和电池组管理系统3共同控制继电器4的工作状态。

辅助动力电池组2的负极端子上串联有继电器7，在辅助动力电池2正极端子接入供电电路时，继电器7也同时耦合，辅助动力电池组2的负极端子和正极端子同时接入供电电路。

当电池组管理系统3检测到电路中电压、电流不足时，首先会提示驾驶员，让驾驶员有准备地寻找最近的充电站，然后电池组管理系统3会不间断地检测车辆负载，判断此时车辆是否需要较大动力，如果检测到此时车辆处于一个相对低负载、平稳的行驶过程中，电池组管理系统3停止向继电器4和继电器6发送信号，继电器4主触点41断开、常开触点42断开、常闭触点43耦合，继电器6断开，同时电池组管理系统3向继电器82发送控制信号，继电器82耦合，主动力电池组1继续以较小电流向动力系统供电，而后电池组管理系统3向继电器5和继电器7发送控制信号，继电器5主触点51耦合、继电器7耦合、常开触点52耦合、常闭触点53断开，辅助动力电池组2接入供电电路，同时通过常开触点52给电池组管理系统3发出信号，提示驾驶员电池组已经切换完毕。

采用此方案后，主动力电池组电力不足之后可以通过电池组管理系统向司机发出警告，让司机有意识的寻找最近的充电站，就算在高速行驶中也不用害怕由于动力电池电力不足而导致车辆突然减速与跟随车辆发生碰撞，而且本方案设计的安装装置也可以保护发生交通事故后乘客的安全，避免乘客受触电危险，有效地增加了电动汽车的行驶里程，增强了安全性能。

Claims (9)

1.一种电动汽车主辅电源切换系统，包括：

带有正极输出和负极输出的主动力电池组；

带有正极输出和负极输出的辅助动力电池组；

带有电压检测装置、电流检测装置、车辆负载检测装置、电路控制装置的控制供电电路上的所有继电器的电池组管理系统；

所述主动力电池组正极串联第一继电器，辅助动力电池组正极串联第二继电器，各继电器均与电池组管理系统连接；

主动力电池组正极还并联一个辅助切换电路，辅助切换电路串联一个继电器和二极管；

各继电器均有两种工作位置，两种工作位置的第一工作位置是继电器主触点耦合，两种工作位置的第二工作位置是继电器主触点断开；

在所述第一继电器的第一工作位置上，主动力电池组单独与供电电路串联，主动力电池组供电；

在所述第二继电器的第一工作位置上，辅助动力电池组单独与供电电路串联，辅助动力电池组供电。

2.根据权利要求1所述的主辅电源切换系统，其特征在于，继电器是一种包含主触点和常开触点和常闭触点的继电器。

3.根据权利要求1所述的主辅电源切换系统，其特征在于，主动力电池组负极和辅助动力电池组负极都串联一个继电器。

4.根据权利要求1所述的主辅电源切换系统，其特征在于，主动力电池组正极还并联一个缓冲放电电路。

5.根据权利要求1所述的主辅电源切换系统，其特征在于，当第一继电器处于工作状态时，主触点导通，常闭触点断开，第二继电器无法正常工作，辅助动力电池组无法接入供电电路。

6.根据权利要求1所述的主辅电源切换系统，其特征在于，当第二继电器处于工作状态时，主触点导通，控制第一继电器的常闭触点断开，第一继电器无法正常工作，主动力电池组无法接入供电电路。

7.根据权利要求1所述的主辅电源切换系统，其特征在于，常开触点接入电池组管理系统。

8.根据权利要求4所述的主辅电源切换系统，其特征在于，缓冲放电电路上串联一个继电器和缓冲电阻。

9.一种利用权利要求1至8任一所述的主辅电源切换方法，其特征在于当主动力电池组欠压时，第二继电器工作，断开第一继电器的常闭触点，主动力电池从供电电路中断开，辅助电池组接入供电电路继续供电。

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