CN103507654A - 一种电动车用电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动车用电源系统，包括：一动力电源，向驱动系统供电；动力电源上有第一充电接口，与第一地面充电装置连接；一储能电源，通过DC/DC变换器向所述动力电源充电，同时吸收驱动系统的制动回馈能量；储能电源上有与第二地面充电装置连接的第二充电接口；高压配电装置包括第一至第八接口，第一接口通过DC/DC电路和储能电源连接，第二接口通过DC/DC电路和低压辅助设备连接，第三接口和高压辅助设备连接，第四接口及第五接口均与动力电源连接，第六接口与动力系统连接，第七接口和动力系统的制动回馈电路连接，第八接口和储能电源连接。本发明，可以有效增加动力电源的容量，同时可保护动力电源有效延长动力电源的寿命。

Description

一种电动车用电源系统

技术领域

本发明涉及电动车领域，尤其涉及一种电动车用电源系统。

背景技术

电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好。

目前制约电动车广泛应用的一个重要因素是由于车载电源的容量有限，使其行驶里程短；再一个因素是充电和放电是分时段进行的，即车辆使用时放电，休息时充电，在车载电源的电量用罄后，需要较长时间的充电才可以正常使用。

当前所采用的双电源技术是在主电源的基础上增加一个高倍率储能辅助电源，用于在作业间隙短暂停靠始末站时可快速补电。同时，车辆加速或爬坡时协助主电源向电机供电。功率型辅助电源系统利用其功率密度大的优点，在循环作业始末站短暂停留时，可最大限度地从电网获取补充电力，以适当弥补下程作业时的主电源能量消耗。这种双电源技术在一定程度增加了车载电源的在整车作业过程中的可使用总能量，改善了电动车的行驶里程，克服了一般纯电动车车载主电源的电量用罄后需要较长时间的充电车辆才可以正常使用的缺点。

中国发明专利CN1304217C披露了一种将电力供应至驱动马达的电源，其中，主电源在前，辅电源在后，辅电源为电机供电。其适用于功率范围变化较大的可调速的高速电机，即速度急变的乘用车用，故利用的是功率型电池输出功率宽泛的特点。另外，该文献披露的技术方案中，前电源的作用主要是用一次性充电的大储能量，来长时间地给后电源充电，是主电源，并未改变车辆可使用电量取决于车载电量总量的状态。另外，该专利技术方案中的两电源的连接只有串联一种方式，当辅助电源的大功率的能量输出大于主电源平稳的能量输入一段时间后，辅电源就失去了功率调节的作用。

中国发明专利CN1187208C公开了一种电动车超级电容辅助电源系统，该文献披露的技术方案中的两个电源之间的关系为各自独立工作，即在车辆起步阶段（例如，在时速20公里/小时以内），使用功率型电源单独工作；在速度稳定在20公里/小时以上的正常行驶期，使用主电源供电，此为目前电混合动力客车的较常用车载电源。使用中不同电压平台切换时也可能存在问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种具有相对稳定功率低速的电动车用电源系统，能够在汽车行驶过程中对动力电源持续充电，并可在短时间内大量充电。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种电动车用电源系统，包括：

一动力电源，能向驱动系统和辅助设备供电；所述动力电源上有第一充电接口，与第一地面充电装置连接；

一储能电源，能向所述动力电源充电，或向驱动系统和辅助设备供电，同时可分担吸收所述驱动系统的制动回馈能量；所述储能电源上有与第二地面充电装置连接的第二充电接口；

一高压配电装置，与所述动力电源、储能电源、辅助设备和驱动系统连接，通过控制所述高压配电装置中的接口连接或断开，控制所述动力电源和储能电源的工作；

所述高压配电装置包括第一接口、第二接口、第三接口、第四接口、第五接口、第六接口、第七接口和第八接口，所述第一接口通过DC/DC电路和所述储能电源连接，所述第二接口通过DC/DC电路和所述低压辅助设备连接，所述第三接口和所述高压辅助设备连接，所述第四接口通过保护电路和所述动力电源连接，所述第五接口和所述动力电源连接，所述第六接口和所述驱动系统连接，所述第七接口和所述驱动系统的制动回馈电路连接，所述第八接口和所述储能电源连接。

以上技术方案所定义的电动车用电源系统可以充分利用动力电源的储能量大的优势；同时储能电源利用多次、极短时间的充电，分次为辅负载或者动力电源充电，可有效以延长主电源一次外源性充电后的在全途作业时间的能量供应，达到增大续驶里程的目的，并且，利用多次短中时段对主电源的激活，延长其寿命。另外，以上技术方案所定义的电动车用电源系统可以解决了现有的两个电源独立工作系统的使用中的不同电压平台电源在切换时带来的问题，不论起步期还是正常行驶期，都主要以主电源为主负载（驱动系统）供电，从而提高可靠性。辅助电源优先为辅负载（空调、助力转向、电动打气泵、风机等）供电，剩余为主电源充电。在制动能量反馈的方式上，本发明的系统中，反馈能量将主电源可接受的部分优先加到主电源（能量型）上，剩余加到辅电源（功率型）上。这样主电源得到适当小能量的激活和补电，使用寿命更长，能量利用率也更高。

在本发明一个较佳实施例中，所述辅助设备包括分别和所述高压配电装置连接的高压辅助设备和低压辅助设备。

在本发明一个较佳实施例中，所述电动车用电源系统通过整车控制器控制所述高压配电装置的连接和断开，从而实现多种工作状态；

第一工作状态，所述第二接口、第三接口、第四接口同时和第一接口连通，所述第五接口和第六接口连通，实现所述储能电源对高压辅助设备和低压辅助设备供电及动力电源的充电，所述动力电源单独对驱动系统供电；

第二工作状态，所述第六接口、第二接口、第三接口同时和第五接口连通，实现了动力电源单独对高压辅助设备和低压辅助设备及驱动系统供电；

第三工作状态，所述第六接口、第二接口、第三接口同时和第一接口、第五接口连通，实现了储能电源和动力电源的并联，并共同对高压辅助设备和低压辅助设备和驱动系统供电；

第四工作状态，所述第六接口、第二接口、第三接口同时和第一接口连通，实现储能电源单独对高压辅助设备和低压辅助设备及驱动系统供电；

第五工作状态，所述第七接口和第四接口连通实现制动回馈对动力电源充电；

第六工作状态，所述第七接口和第八接口连通实现制动回馈对储能电源充电；

第七工作状态，所述第四接口、第八接口同时和第七接口连通实现制动回馈对储能电源及动力电源同时充电。

本发明的有益效果是：本发明电动车用电源系统，增加一个储能电源，一方面在车辆短暂停靠始末站时，车载电源能最大幅度地下载外援电力，同时能够在汽车行驶过程中对动力电源持续充电，有效增加动力电源的容量，同时可保护动力电源有效延长动力电源的寿命；另一方面储能电源的特性可在短时间内大量充电，特别适用于如公交车之类的会定时定点进行短时间停靠的车辆。

附图说明

图1是本发明电动车用电源系统一较佳实施例的结构示意图；

图2是本发明电动车用电源系统另一较佳实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，本发明实施例包括：

一种电动车用电源系统，包括：动力电源和储能电源两个电源。

所述动力电源与驱动系统、辅助设备相连接，主要向所述驱动系统供电；所述动力电源上还有第一充电接口，可与地面充电装置1连接；所述动力电源为能量型电池，所述能量型电池通常具有比较大的容量，能够为用电设备提供比较持久的能源供给。

所述储能电源，通过DC/DC变换器，向所述动力电源充电，同时吸收所述驱动系统的制动回馈能量；所述储能电源上有第二充电接口，与地面充电装置2连接。所述储能电源为超级电容或功率型电池或镍氢电池。特别优选为超级电容。所述储能电源通过DC/DC变换器，与车载空调等辅助设备连接，向所述辅助设备供电。在辅助设备的供电线路上安装所述第一切换开关，正常情况下由所述储能电源向所述辅助设备供电，当储能电源的剩余电量不足以提供辅助设备使用时，所述第一切换开关切换至由所述动力电源向所述辅助设备供电的状态。

所述储能电源还可直接向所述驱动系统供电，在所述驱动系统的供电线路上安装有快速切换开关，当驱动系统需要大功率动能时，比如汽车启动爬坡的状态，则启动所述快速切换开关，所述快速切换开关在储能电源和动力电源之间进行快速切换，使得所述储能电源和所述动力电源同时向驱动系统供电。

本发明电动车用电源系统，所有充放电过程受整车控制器管理。所述储能电源的容量小于所述动力电源的容量，主要靠动力电源能量放电给驱动系统。优选地，所述储能电源的容量和所述动力电源的容量比例为1:2、1:3、1:4或1:5。

优选地，所述动力电源和所述储能电源之间还连接有防止电池反向充电电路，防止所述动力电源向所述储能电源反向充电。

所述超级电容主要有以下优点：1）充电速度快，充电10秒～10分钟可达到其额定容量的95%以上；（2）循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1~50万次，没有“记忆效应”；（3）大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90%；（4）功率密度高，可达300W/KG~5000W/KG，相当于电池的5~10倍；（5）产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源；（6）充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护；（7）超低温特性好，温度范围宽-40℃～+70℃；（8）检测方便，剩余电量可直接读出；（9）容量大，容量范围通常0.1F--1000F 。 

请参阅图2，一种电动车用电源系统，包括：

一动力电源，能向驱动系统和辅助设备供电；所述动力电源上有第一充电接口，与第一地面充电装置连接；

一储能电源，能向所述动力电源充电，或向驱动系统和辅助设备供电，同时吸收所述驱动系统的制动回馈能量；所述储能电源上有与第二地面充电装置连接的第二充电接口；

一高压配电装置，与所述动力电源、储能电源、辅助设备和驱动系统连接，通过控制所述高压配电装置中的接口连接或断开，控制所述动力电源和储能电源的工作。

所述辅助设备包括分别和所述高压配电装置连接的高压辅助设备和低压辅助设备。

所述高压配电装置包括第一接口、第二接口、第三接口、第四接口、第五接口、第六接口、第七接口和第八接口，所述第一接口通过DC/DC电路和所述储能电源连接，所述第二接口通过DC/DC电路和所述低压辅助设备连接，所述第三接口和所述高压辅助设备连接，所述第四接口通过保护电路和所述动力电源连接，所述第五接口和所述动力电源连接，所述第六接口和所述驱动系统连接，所述第七接口和所述驱动系统的制动回馈电路连接，所述第八接口和所述储能电源连接。

所述电动车用电源系统通过整车控制器控制所述高压配电装置的连接和断开，从而实现多种工作状态；

第一工作状态，所述第二接口、第三接口、第四接口同时和第一接口连通，所述第五接口和第六接口连通，实现所述储能电源对高压辅助设备和低压辅助设备供电及动力电源的充电，所述动力电源单独对驱动电机供电；

第二工作状态，所述第六接口、第二接口、第三接口同时和第五接口连通，实现了动力电源单独对高压辅助设备和低压辅助设备及驱动电机供电；

第三工作状态，所述第六接口、第二接口、第三接口同时和第一接口、第五接口连通，实现了储能电源和动力电源的并联，并共同对高压辅助设备和低压辅助设备和驱动系统供电；

第四工作状态，所述第六接口、第二接口、第三接口同时和第一接口连通，实现储能电源单独对高压辅助设备和低压辅助设备及驱动系统供电；

第五工作状态，所述第七接口和第四接口连通实现制动回馈对动力电源充电；

第六工作状态，所述第七接口和第八接口连通实现制动回馈对储能电源充电；

第七工作状态，所述第四接口、第八接口同时和第七接口连通实现制动回馈对储能电源及动力电源同时充电。

本发明电动车用电源系统，主要利用超级电容充电速度快、循环使用寿命长和容量大的优点，并通过DC/DC变换器控制超级电容的放电速度，实现快充慢放的效果。特别适用于如公交车之类的会定时定点进行短时间停靠的车辆，在短时间停靠期间，对超级电容构成的储能电源进行充电，充电10分钟左右就可达到其额定容量的95%以上。在汽车行驶过程中，所述储能电源对动力电源持续充电，有效增加动力电源的容量，增加汽车的可行驶距离，同时可保护动力电源，有效延长动力电源的寿命。

在汽车行驶过程中，所述储能电源吸收所述驱动系统的制动回馈能量，增加电能。当所述储能电源的电压小于动力电源的电压时，为防止动力电源对储能电源的反向充电，可通过防止电池反向充电电路来实现。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种电动车用电源系统，其特征在于，包括：

一动力电源，能向驱动系统和辅助设备供电；所述动力电源上有第一充电接口，与第一地面充电装置连接；

一储能电源，能向所述动力电源充电，或向驱动系统和辅助设备供电，同时分担吸收所述驱动系统的制动回馈能量；所述储能电源上有与第二地面充电装置连接的第二充电接口；

一高压配电装置，与所述动力电源、储能电源、辅助设备和驱动系统连接，通过控制所述高压配电装置中的接口连接或断开，控制所述动力电源和储能电源的工作;

所述高压配电装置包括第一接口、第二接口、第三接口、第四接口、第五接口、第六接口、第七接口和第八接口，所述第一接口通过DC/DC电路和所述储能电源连接，所述第二接口通过DC/DC电路和所述低压辅助设备连接，所述第三接口和所述高压辅助设备连接，所述第四接口通过保护电路和所述动力电源连接，所述第五接口和所述动力电源连接，所述第六接口和所述驱动系统连接，所述第七接口和所述驱动系统的制动回馈电路连接，所述第八接口和所述储能电源连接。

2.根据权利要求1所述的电动车用电源系统，其特征在于，所述辅助设备包括分别和所述高压配电装置连接的高压辅助设备和低压辅助设备。

3.根据权利要求1所述的电动车用电源系统，其特征在于，所述电动车用电源系统由整车控制器根据储能电源、动力电源、驱动系统和辅助设备的不同状态和需求，控制所述高压配电装置的连接和断开，从而形成控制命令，实现多种工作状态；

第一工作状态，所述第二接口、第三接口、第四接口同时和第一接口连通，所述第五接口和第六接口连通，实现所述储能电源对高压辅助设备和低压辅助设备供电及动力电源的充电，所述动力电源单独对驱动系统供电；

第二工作状态，所述第六接口、第二接口、第三接口同时和第五接口连通，实现了动力电源单独对高压辅助设备和低压辅助设备及驱动系统供电；

第三工作状态，所述第六接口、第二接口、第三接口同时和第一接口、第五接口连通，实现了储能电源和动力电源的并联，并共同对高压辅助设备和低压辅助设备和驱动系统供电；

第四工作状态，所述第六接口、第二接口、第三接口同时和第一接口连通，实现储能电源单独对高压辅助设备和低压辅助设备及驱动系统供电；

第五工作状态，所述第七接口和第四接口连通实现制动回馈对动力电源充电；

第六工作状态，所述第七接口和第八接口连通实现制动回馈对储能电源充电；

第七工作状态，所述第四接口、第八接口同时和第七接口连通实现制动回馈对储能电源及动力电源同时充电。

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