CN104103865A - 纯电动汽车的增程电池组系统 - Google Patents

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Abstract

纯电动汽车的增程电池组系统，涉及纯电动汽车技术领域，其包括主电池系统和增程电池组系统，两者通过高压开关实现并联，增程电池组系统使用电芯型号与主电池系统相同、设计串数相同以匹配主电池系统的电压平台；增程电池组系统配置有管理从板，用来采集增程电池组系统的各电池组的电压、温度，并上送数据到主电池系统的BMS主机，在BMS主机内计算和判断，控制高压并联开关，管理增程电池组的投入与切除。纯电动汽车平时以自身电池组提供动力能源，保持较高的电能转化效率；在需要更远出行时，可随时安装上增程电池组系统，由于增程电池组配置容量较小，不能单独驱动汽车，所以采用原电池组与增程电池组并联为汽车提供动力能源。

Description

纯电动汽车的增程电池组系统
技术领域
本发明涉及纯电动汽车技术领域，具体是涉及一种纯电动汽车的增程电池组系统。
背景技术
目前，汽车已经是人们生活工作中不可缺少的交通工具，同时石油危机、环境污染、空气雾霾等问题也困扰着人们生活，因此新能源汽车的开发研究已经成为汽车行业开发的热点，而零排放的纯电动汽车零排放、运行费用低为优点，成为新能源汽车重点发展的方向之一。
而目前纯电动汽车的缺点：续航里程短，充电不方便，整车售价高，制约纯电动汽车推广。续航里程可以通过提升电池组容量来增加，解决方案之一是大幅度提高电池的能量密度，现阶段纯电动汽车多以锂电为动力能源，而在短时间内靠大幅度地提高锂电池的能量密度来解决电动车续行里程短的问题仍有很大的困难。解决方案之二就是增加电池数量，而电池组设计又受到整车设计限制，以及其他方面的限制，以致不能设计更大容量。
纯电动汽车设计更多续航里程时，需要配置的电池组容量大，纯电动汽车定位多以城市代步为主，短距离行驶，而大容量电池组会增加汽车重量，同时汽车车身限制，成本限制，都不是很好的方案。而设计续航里程在200km范围内时，当需要较远距离出游时，纯电动汽车又不能满足需求。
显而易见，设计一款纯电动汽车的增程电池组系统很具有实用价值和应用前景。增程电池组系统可以在需要更远出行时来增加纯电动汽车的续航里程。系统的优点：改造简单、实现容易、技术成熟、成本较低、使用方便快捷。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种纯电动汽车的增程电池组系统。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种纯电动汽车的增程电池组系统，包括主电池系统和增程电池组系统，所述增程电池组系统使用电芯型号与主电池系统相同、设计串数相同以匹配主电池系统的电压平台，所述增程电池组系统与主电池系统通过高压开关实现并联；所述增程电池组系统配置有管理从板，用来采集所述增程电池组系统的各电池组的电压、温度，并上送数据到主电池系统的BMS主机，在BMS主机内计算和判断，控制高压并联开关，管理增程电池组的投入与切除。
所述增程电池组系统包括4个电池箱和固定放置电池箱的电池箱托盘，所述4个电池箱通过高压线束串联，连接器为单芯航空接插件；所述增程电池组系统的总负直接与主电池系统的电池组负极相连，增程电池组系统的总正通过高压接触器连接主电池系统的电池组正极，主电池系统的管理系统负责控制。
每个电池箱内配有电池管理系统和热管理系统，通过低压线束连接，连接器为多芯航空接插件，实现每个电池箱内的系统电源以及与主系统的通信和数据交换。
本发明的纯电动汽车的增程电池组系统，增程系统使用电芯型号与主系统相同，设计串数相同以匹配主系统的电压平台。增程系统与主电池组通过一个高压开关实现并联，系统配置管理从板，用来采集电池组的电压、温度，并上送数据到BMS主机，在主机内计算和判断，控制高压并联开关，管理增程电池组的投入与切除。增程系统包含增程电池箱、通信线束、动力线束、高压开关及电池箱托盘。纯电动汽车平时以自身电池组提供动力能源，保持较高的电能转化效率，在需要更远出行时，可随时安装上增程电池组系统，通过接插件快速连接，由于增程电池组配置容量较小，不能单独驱动汽车，所以采用原电池组与增程电池组并联为汽车提供动力能源。
纯电动汽车设计多以城市代步车定位，续航流程在200公里以下，以满足70%用户的日常续航需求。当用户有更远出行需求时，纯电动汽车受到限制，同时续航里程不足一直是影响纯电动汽车市场化推广的主要因素。要提高纯电动汽车的续航里程一方面要提高电池组的能量比，增加电池组容量，另一方面要提高整车电能转化效率。短时间内大幅度提高电池组能量比不现实，增加电池组容量电池组配置受整车空间限制，整车配置大容量电池组，会降低电能转化效率，同时也会提高汽车价格。所以发明电池组增程系统，显得很有实际意义和应用推广前景，在原汽车价格不增加，又能提高续航里程。
附图说明
图1为本发明的纯电动汽车的增程电池组系统电气原理图。
图2为图1中A处的放大图。
图3为图1中B处的放大图。
图4为本发明的纯电动汽车的增程电池组系统工作软件流程图。
图5为本发明的纯电动汽车的增程电池组系统的结构图。
图6为本发明的纯电动汽车的增程电池组系统的电池模块图。
具体实施方式
为进一步描述本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之内。
请参阅图1-6所示，一种纯电动汽车的增程电池组系统，包括主电池系统和增程电池组系统，增程电池组系统使用电芯型号与主电池系统相同、设计串数相同以匹配主电池系统的电压平台，增程电池组系统与主电池系统通过高压开关实现并联；增程电池组系统配置有管理从板，用来采集增程电池组系统的各电池组的电压、温度，并上送数据到主电池系统的BMS主机，在BMS主机内计算和判断，控制高压并联开关，管理增程电池组的投入与切除。增程电池组系统包括4个电池箱和固定放置电池箱的电池箱托盘，4个电池箱通过高压线束串联，连接器为单芯航空接插件；增程电池组系统的总负直接与主电池系统的电池组负极相连，增程电池组系统的总正通过高压接触器连接主电池系统的电池组正极，主电池系统的管理系统负责控制。每个电池箱内配有电池管理系统和热管理系统，通过低压线束连接，连接器为多芯航空接插件，实现每个电池箱内的系统电源以及与主系统的通信和数据交换。
一般情况下，纯电动汽车在设计之初，其电机功率、电池组容量就已经确定。设计增程电池系统来提高其续航里程，面对整车空间有限，决定配置电池组数量不可能较多，而系统又要满足电机的电压平台，因此增程电池组容量往往比主系统容量低得多。因锂电池的性能决定其不能以较大倍率进行放电，所以单独靠增程电池组不能够直接驱动电机。本发明增程系统的电池组和主系统并联使用驱动电机，以提高电池组容量，来实现汽车增程。
本发明要实现两套电池组并联，所设计增程电池组系统要求：一、使用电芯一致，保证系统的一致性；二、串数与主系统的相同，以保证其总电压平台一致；三、系统保护控制，因为锂电池的一致性是影响系统性能的最主要原因之一。
同时作为增程电池组系统，不应改变原系统的运行模式，即不带增程电池组汽车可以独立运行，而在需要时，增程系统有能够简单组装即可，这样就要求系统设计方便安装和拆卸。
本发明设计的增程系统方案具体如下：
增程电池系统包括4个电池箱和电池箱托盘。托盘安装在汽车行李箱内，4个电池箱固定在托盘上，每个电池箱重量在15公斤左右，方便拆装。4个电池箱通过高压线束串联，连接器为单芯航空接插件，安装方便。增程系统的总负直接与主系统的电池组负极相连，增程系统的总正通过高压接触器连接主系统的电池组正极，原电池管理系统负责控制。每个电池箱内配有电池管理系统和热管理系统，通过低压线束连接，连接器为多芯航空接插件，实现每个电池箱内的系统电源以及与主系统的通信和数据交换。
本发明提供一种纯电动汽车的电池组增程方案，解决增程电池组与主系统一起并联充电和放电的问题。本发明要求所增程电池组使用电芯与主系统的电芯参数一致，通过电池组的配组工艺，解决主系统与增程电池系统的容量和内阻比例一致的问题，确保系统的稳定运行。本发明解决增程电池组的单体电压监控和总压监控的问题，同时每个增程电池箱配置热管理系统，具有温度检测、电池组散热以及加热功能，散热方式为风冷，电源为汽车低压电源，有每个从板控制，加热采用加热膜方案，节省空间。同时，本发明包括电气设计、软件方案设计、电池PACK设计以及结构设计。
本发明不影响原有纯电动汽车的正常工作，在需要增加续航里程时，增装增程电池系统，两组电池组一起驱动汽车和充电。拆下增程电池组系统，对原系统无影响。本发明安装简单，高压并联开关直接安装在高压箱侧壁，托盘安装于汽车行李箱内，4个电池箱固定在托盘上，所有固定用M8螺丝和螺母，1个12号套筒可完成组装。高低压线束均采用航空接插件连接，分别用不同颜色进行区分，线束安装简单、连接方便，同时安全可靠，连接完线束增程电池组系统安装完成，使用时和原来操作一样。
本发明有效提高纯电动汽车在续航里程，既不影响纯电动汽车短途性能和优势，又解决了更远距离出行的需求，为纯电动汽车的发展、推广提供支持，为纯电动汽车真正市场化铺设道路。
通过图1-3可以看出，首先对增程电池组电芯配组，以匹配主电池系统的单体电芯电压、容量、内阻等，设计相同串数满足系统电压平台，通关接触器K4实现与主电池组并联工作，用4个BMU从机采集增程系统的单体电压和温度，并控制增程系统的加热和风扇，从机通过内部CAN与主机通信，系统通过软硬件及电气开关来实现增程电池组的应用管理。
通过图4可以看出，增程电池组在上电运行和充电时，增程系统的BMU首先对电池组的单体电压、温度进行测量，在主机内计算，比较，在满足两组电池系统的压差在10V，温差在12℃内允许闭合继电器，实现两套电池组并联一起工作。
通过图5可以看出，增程电池组系统包含4个电池箱，设计成开的形式以方便增程系统的安装、拆卸，4个电池箱之间通过装有航空接插件的动力线束、信号线束连接，实现4个电池箱的串联，以及供电、CAN通信，高压电气和电源、信号的连接采用接插件方式与系统相连，安全可靠。4个电池箱安装在托盘上，托盘一体结构，同时设计定位安装槽，电池箱体采用框架式结构设计。
通过图6可以看出，电池模块包括电芯、极片、塑料件、固定件、高压连接件、BMU和线束等，以及电池组所需的散热和加热装置，构成一个带管理功能小电池的系统。

Claims (3)

1.一种纯电动汽车的增程电池组系统，包括主电池系统，其特征在于：还包括有增程电池组系统，所述增程电池组系统使用电芯型号与主电池系统相同、设计串数相同以匹配主电池系统的电压平台，所述增程电池组系统与主电池系统通过高压开关实现并联；所述增程电池组系统配置有管理从板，用来采集所述增程电池组系统的各电池组的电压、温度，并上送数据到主电池系统的BMS主机，在BMS主机内计算和判断，控制高压并联开关，管理增程电池组的投入与切除。
2.根据权利要求1所述的纯电动汽车的增程电池组系统，其特征在于：所述增程电池组系统包括4个电池箱和固定放置电池箱的电池箱托盘，所述4个电池箱通过高压线束串联，连接器为单芯航空接插件；所述增程电池组系统的总负直接与主电池系统的电池组负极相连，增程电池组系统的总正通过高压接触器连接主电池系统的电池组正极，主电池系统的管理系统负责控制。
3. 根据权利要求2所述的纯电动汽车的增程电池组系统，其特征在于：每个电池箱内配有电池管理系统和热管理系统，通过低压线束连接，连接器为多芯航空接插件，实现每个电池箱内的系统电源以及与主系统的通信和数据交换。
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