CN104723896A - 一种纯电动汽车用动力电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了于一种纯电动汽车用动力电池系统，包括超级电容电池组、蓄电池组和超快速充放电管理控制系统。超快速充放电管理控制系统由数位信号处理器和双向升降压电源变换器组成，所述超级电容电池组提供汽车行驶过程中需要的动力，吸收并存储在汽车行驶中产生的输入电能，所述超级电容电池组可以释放的电容电量不低于全部电容电池容量的92％，所述蓄电池组电量未充满时，超级电容电池组向蓄电池充电，而超级电容电池组输出电压低于24V时，蓄电池组开始对汽车供电。该动力电池系统结构简单、成本低廉、能够实现超快速充电，对发展纯电动汽车具有重要的价值。

Description

一种纯电动汽车用动力电池系统

技术领域

本发明属于纯电动汽车领域，尤其涉及一种纯电动汽车超快速充放电电池设备。

背景技术

众所周知，内燃机驱动汽车行驶过程中排放的废气中含有CO、HC及NOX、微粒、臭气等污染物，容易在城市中积聚形成酸雨、酸雾及光化学烟雾。同时，内燃机驱动汽车行驶过程中产生的噪声对人的听觉、神经、心血管、消化、内分泌、免疫系统也有危害。相比于内燃机驱动汽车，纯电动汽车在行驶过程中不产生气味、机械震荡小、电动机噪音低、无需机械换挡，对于加强环境保护和提高驾乘人员行车舒适度有重要的意义。此外，已有研究表明纯电动汽车的能源效率高于内燃机驱动汽车，特别适用于在城市中运行。因此，纯电动汽车具有广阔的应用市场和重要的社会价值。

纯电动汽车通常由预先充满电的蓄电池，特别是大容量电瓶，作为动力电池供电给电动机，由电动机直接驱动车辆运行，因此，该动力电池的容量和性能直接决定了纯电动汽车的时速、启动速度和行驶里程。传统的蓄电池有铅酸电池、锌碳电池和锂电池等。传统的纯电动汽车电池系统中通常包含有电容电池组结构，以提供纯电动汽车启动瞬间要求的大电流输入以驱动电动机。现有纯电动汽车的电池管理系统，普遍使用电容电池组与蓄电池简单并联提供电源输出(如图1所示)，在行驶过程中主要由蓄电池提供电能作为电动汽车驱动动力，在车辆启动等需要瞬间大电流时由电容电池组瞬间供电，而在电容电池组瞬间放电后，蓄电池给电容充电以备下次瞬间放电时使用。该系统的缺点在于，电池系统中的电容电池组仅仅用于提供车辆启动等需要瞬间大电流的情形，而电容电池组没有作为大容量储能单元储备行驶过程中需要的驱动能源。此外，受限于现有的蓄电池技术，该动力电池系统也不能实现超快速充电，从而限制了纯电动汽车的进一步推广和应用。

发明内容

针对以上的技术问题，本发明提出了一种结构简单、低成本高效率、能够实现超快速充电的纯电动汽车用动力电池系统。

本发明为解决其技术问题所提出的技术方案是：

一种纯电动汽车用动力电池系统，包括蓄电池组、超级电容电池组和超快速充放电管理控制系统，所述超快速充放电控制系统与所述蓄电池组和所述超级电容电池组分别连接，所述超快速充放电控制系统由两组或两组以上的数位信号处理器和一个双向升降压电源变换器组成，所述数位信号处理器控制所述蓄电池组和所述超级电容电池组的温度和压力，所述双向升降压电源变换器控制所述超级电容电池组的充放电，其特征在于，所述超级电容电池组输出的电能用于提供汽车行驶过程中需要的动力，所述超级电容电池组吸收并存储在汽车行驶中产生的输入电能，其特征还在于，在以起始电压310V、终止电压24V的放电条件下，所述超级电容电池组释放的电容电量不低于所述超级电容电池组全部电容电池容量的92％。

作为上述技术方案的改进，所述超快速充放电管理控制系统检测到所述蓄电池组电量未充满时，控制所述超级电容电池组向蓄电池充电。因此，在汽车行驶过程中产生的电能总是优先输入并存放到所述超级电容电池组中。

作为上述技术方案的改进，所述超快速充放电管理控制系统检测到所述超级电容电池组输出电压低于24V时，控制所述超级电容电池组停止对汽车供电的同时控制所述蓄电池开始对汽车供电，用于提供汽车行驶过程中需要的动力。

进一步的，所述动力电池系统的单次充电存储电能不低于40Kwh，优选的，单次充电后，所述超级电容电池组储存电能量20Kwh，所述蓄电池储存电能能量20Kwh。需要说明的是，本发明提供的动力电池系统管理的超级电容电池组与蓄电池的容量比例分配，本领域的技术人员可以根据实际需要，不经过创造性劳动进行灵活分配以实现更多方案。

进一步的，所述动力电池系统可以实现充电时间为10分钟-8小时的不同充电方式，优选的，充电时间为40分钟，更优选的，充电时间为10分钟。本发明提供的动力电池系统充电时的输入电压为交流110-220V，可以有以下四种充电方式：

1，超快速充电：采用360A充电器，只给电容电池充电，以实现10分钟充满20Kwh，该充电方式需要专门供电装置；

2，快速充电：分别采用100A电流给超级电容电池组和50A电流给蓄电池组同时充电，充满电容电池后，如以充满蓄电池电量50％判断为蓄电池充满，总共充电30Kwh电量，充电时间约为40分钟，此种充电方式需要专门供电装置；

3，应急充电：同时装备本发明提供的动力电池系统的两辆汽车之间可以相互充电，此种充电方式需要专用供电线缆；

4，经济充电：分别以6A电流同时给超级电容电池组和蓄电池组进行充电，充电时间约为8小时，此种充电方式无需专门供电装置。

优选的，所述动力电池系统的最大放电电流为不高于150A。

优选的，所述超级电容电池组的工作电压为24-310V，可以根据车辆行驶过程中需要的功率由所述超快速充放电管理控制系统进行调节，所述超级电容电池组的电容容量不低于1500F，更优选的，所述超级电容电池组由15个电压为310V、电容容量为100F的超级电容电池并联组成。

优选的，所述蓄电池组的工作电压为24-310V，可以根据车辆行驶过程中需要的功率由所述超快速充放电管理控制系统进行调节，所述蓄电池由标称电压300V、标称电流为65Ah的蓄电池组成。

本发明所提出的纯电动汽车用动力电池系统的输出电压为300V，最大功率优选的为45KW。本领域的技术人员可以根据汽车型号和实际载重量等实际情况，在不需要创造性劳动的情况下，根据本发明的构思，改变整个动力电池系统的输出电压和最大功率，例如，把整个动力电池系统的最大功率设置为60KW或者80KW，以便提供更大功率的汽车使用。

本发明所提出的纯电动汽车用动力电池系统与现有汽车电池管理系统的区别在于，本发明利用了超级电容电池组对动力电池系统实现超快速充电，对推广纯电动汽车很有帮助，同时，本发明还利用了超级电容与蓄电池组配合使用，实现差异化充放电管理，可以实现总存储电能在40Kwh及以上，基本能够实现汽车行驶里程在340Km左右。此外，本发明利用双向升降压电源转换器实现了低成本、高效率的电容电池组和蓄电池组的电源管理。

需要说明的是，本发明所所提出的纯电动汽车用动力电池系统，也可以选择不与蓄电池配合使用，而是单独使用超级电容电池组作为纯电动汽车用动力电池，让超级电容成为真正意义上的电池。

对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。基于本发明提供的信息，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下，以相同或相似手段达到相同技术效果所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为使用电容电池组与蓄电池简单并联提供电源输出的现有纯电动汽车电池系统的结构示意图，其中1为电容电池组，2为蓄电池组。

图2为本发明提供的纯电动汽车电池系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种结构简单、低成本高效率、能够实现超快速充电的纯电动汽车用动力电池系统。

下面将结合本发明中的图2，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的仅仅是本发明其中一个较佳实施例，但本发明包括但不限于下述实施例。

参见图2为本发明提供的纯电动汽车电池系统的结构示意图，包括超级电容电池组1、蓄电池组2和超快速充放电管理控制系统3，超快速充放电控制系统与超级电容电池组1和蓄电池组2分别连接，超快速充放电控制系统3由两组或两组以上的数位信号处理器和一个双向升降压电源变换器组成，数位信号处理器控制蓄电池组1和超级电容电池组2的温度和压力，双向升降压电源变换器控制超级电容电池组1的充放电过程。超级电容电池组1输出的电能直接用于提供汽车行驶过程中需要的动力，而且超级电容电池组1能够吸收并存储在汽车行驶中由特定能量回收机构产生的输入电能，对超级电容电池组1进行充电。

该汽车动力电池系统的电池由一组超级电容电池组1和一个蓄电池组2构成，其中，超级电容电池组1由15个电压为310V、电容容量为100F的超级电容电池并联组成，蓄电池组2是一个标称电压300V、标称电流为65Ah的蓄电池。该系统的可输出电压为24-310V，可以根据车辆行驶过程中需要的功率由超快速充放电管理控制系统3进行调节，一般情况下，该动力电池系统的输出电压为300V，最大功率为45KW，最大放电电流为为150A。

该汽车动力电池系统在以起始电压310V、终止电压24V的放电条件下，超级电容电池组1如果满容量充电的情况下，释放的电容电量约为整个超级电容电池组全部电容电池容量的92％。在动力电池系统的工作过程中，当超快速充放电管理控制系统3检测到所述蓄电池组2电量未充满时，超快速充放电管理控制系统3将控制超级电容电池组1向蓄电池组2充电，即在汽车行驶过程中产生的电能总是优先输入并存放到所述超级电容电池组1中。当超快速充放电管理控制系统3检测到所述超级电容电池组输出电压低于24V时，超快速充放电管理控制系统3将控制超级电容电池组1停止对汽车供电，而且同时启动蓄电池组2开始对汽车供电，用于提供汽车行驶过程中需要的动力。

该动力电池系统的单次充电存储电能为40Kwh，而且单次充电后，超级电容电池组1储存电能量20Kwh，蓄电池组2储存电能能量20Kwh。该动力电池系统充电时的输入电压为交流110-220V，可以通过以下四种充电方式中的任意一种进行充电：采用360A充电器，只给超级电容电池组1充电，以实现10分钟充满20Kwh进行超快速充电；分别采用100A电流给超级电容电池组1和50A电流给蓄电池组2同时充电，充满电容电池后，如以充满蓄电池电量50％判断为蓄电池组2充满，总共充电30Kwh电量，充电时间约为40分钟进行快速充电；利用同时装备该动力电池系统的另一辆汽车进行应急充电；还可以分别以6A电流同时给超级电容电池组1和蓄电池组2进行充电，充电时间约为8小时进行的普通经济充电方式进行充电。其中，前三种充电方式均需要配备专门的供电装置，而普通经济充电方式则无需配备专门的供电装置。利用该动力系统，可以实现全系统的总存储电能40Kwh，一次充电可以实现汽车行驶里程340-350Km。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (7)

1.一种纯电动汽车用动力电池系统，包括超级电容电池组、蓄电池组和超快速充放电管理控制系统，所述超快速充放电控制系统与所述蓄电池组和所述超级电容电池组分别连接，所述超快速充放电控制系统由两组或两组以上的数位信号处理器和一个双向升降压电源变换器组成，所述数位信号处理器控制所述蓄电池组和所述超级电容电池组的温度和压力，所述双向升降压电源变换器控制所述超级电容电池组的充放电，其特征在于，所述超级电容电池组输出的电能用于提供汽车行驶过程中需要的动力，所述超级电容电池组吸收并存储在汽车行驶中产生的输入电能，其特征还在于，在以起始电压310V、终止电压24V的放电条件下，所述超级电容电池组释放的电容电量不低于所述超级电容电池组全部电容电池容量的92％，其特征还在于，所述超快速充放电管理控制系统检测到所述蓄电池组电量未充满时，控制所述超级电容电池组向蓄电池充电，所述超快速充放电管理控制系统检测到所述超级电容电池组输出电压低于24V时，控制所述超级电容电池组停止对汽车供电的同时控制所述蓄电池开始对汽车供电。

2.根据权利要求1的一种纯电动汽车用动力电池系统，其特征在于，所述动力电池系统的单次充电存储电能不低于40Kwh。

3.根据权利要求1的一种纯电动汽车用动力电池系统，其特征在于，所述动力电池系统充电时间为10分钟-8小时。

4.根据权利要求1-3中任意一个权利要求的一种纯电动汽车用动力电池系统，其特征在于，所述动力电池系统的最大放电电流为不高于150A，所述超级电容电池组和所述蓄电池组的工作电压为24-310V，可以根据车辆行驶过程中需要的功率由所述超快速充放电管理控制系统进行调节。

5.根据权利要求4的一种纯电动汽车用动力电池系统，其特征在于，所述超级电容电池组的电容容量不低于1500F。

6.根据权利要求4的一种纯电动汽车用动力电池系统，其特征在于，所述蓄电池由标称电压300V、标称电流为65Ah的蓄电池组成。

7.根据权利要求4的一种纯电动汽车用动力电池系统，其特征在于，所述动力电池系统的最大功率为45KW。