CN105398350A - 一种负载隔离式混合纯电驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于能源动力设备技术领域，涉及一种负载隔离式混合纯电驱动装置，电机与动力电池连接，动力电池通过第一三端口电能分配器与发电机组相连接，第一三端口电能分配器与第二三端口电能分配器连接，第二三端口电能分配器和第三三端口电能分配器连接，第一储能电池依次通过第二三端口电能分配器和第一三端口电能分配器与动力电池相连，第二储能电池依次通过第三三端口电能分配器和第二三端口电能分配器与第一储能电池相连；其结构简单，安全性高，效率高，成本低，寿命长，便于管理，应用范围广。

Description

一种负载隔离式混合纯电驱动装置
技术领域：
本发明属于能源动力设备技术领域，涉及一种负载隔离式混合纯电驱动装置，通过新型的三端口功率电路结构，实现发动机、动力电池和储能电池三者的完全解耦、隔离。
背景技术：
串联、并联、混联三种油电混合动力的根本目的通过对车辆动力需求的重新分配，优化配置不同能量供给装置的工作状态，使得每一种能量供给装置都可以尽可能工作在自己最为适合的工况，实现能量转换或能量输出的效率、排放、寿命、成本、可靠性等性能的优化。实践证明，通过采用油电混合动力技术的车辆动力需求的重新分配设计，发动机被控制在最为适合的稳态工况，使得发动机的热效率明显提高，功率配置成本明显降低。
目前，电动汽车的电池系统主要采用锂电池，虽然锂电池在适应车辆行驶的动态动力需求的能力上，明显优于发动机，但是目前常用的整体电池组的结构还是存在不足，主要体现在电池组设计的成本，寿命、容量等参数的相互矛盾上，不管是混合动力汽车，还是纯纯电动汽车，电池组需要承担车辆动力需求的动态部分，这就使得为驱动电机直接提供能量的电池组经常工作在大幅度的动态变换工况。现有的单一整体电池组设计结构中的电池必须满足这种动态动力需求，而且对于锂电池同样存在一个最优工况的问题。动力电池、储能电池的设计原则直接影响电池的成本、寿命，动力电池在满足动态功率需求的情况下，牺牲的是成本、寿命。储能电池在单位能量密度、寿命、成本方面具有明显优势，但是无法提供动态功率。从成本方面来看，储能电池与动力电池的成本相差50％到1倍，如果将电动汽车的锂电池组也采用混合结构，理论上可以在满足动力需求、续驶里程的条件下，大幅度降低电池组成本，有效延长电池组寿命。实际的统计数据表明，整体电池组的装车实际使用寿命均明显低于电芯的台架试验寿命，其主要原因是电池组在装车环境下，其工作状态的匹配不合理，混合储能的结构前人已做过多种结构方案，包括锂电池+超级电容、铅酸电池+超级电容、锂电池+铅酸电池，但大多采用两种储能装置直接并联的方式，而实践证明，直接并联很难达到理想的效果，这是由于直接并联导致两者的电压平台始终保持一致，无法从根本上实现两者的工作状态解耦，从而不能完全实现两者工况的同时最优。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种负载隔离式混合纯电驱动装置，通过新型的三端口功率电路结构，实现发动机、动力电池和储能电池三者的完全解耦、隔离，其中动力电池提供全部动态功率需求，满足车辆动力性能，储能电池提供稳态能量需求，满足车辆行驶里程要求。发动机提供长途能量需求。
为了实现上述目的，本发明的主体结构包括电机、动力电池、第一三端口电能分配器、第二三端口电能分配器、第三三端口电能分配器、发电机组、第一储能电池和第二储能电池；电机与动力电池连接，动力电池通过第一三端口电能分配器与发电机组相连接，第一三端口电能分配器与第二三端口电能分配器连接，第二三端口电能分配器和第三三端口电能分配器连接，第一储能电池依次通过第二三端口电能分配器和第一三端口电能分配器与动力电池相连，第二储能电池依次通过第三三端口电能分配器和第二三端口电能分配器与第一储能电池相连。
本发明所述动力电池采用动力锂电池、超级电容或者铅酸电池，第一储能电池和第二储能电池采用储能型锂电池或循环电池，发电机组采用内燃发电机组燃料电池发电，电机作为发电机或电动机用。
本发明所述负载隔离式混合纯电驱动装置，其特征在于所述电机作电动机实现动力输出时，电机的输出能量由动力电池提供，此时发电机组有恒定输出功率工况和停机工况两个工况，发电机组处于恒定功率工况时，其输出的电能通过第一三端口电能分配器、第二三端口电能分配器、第三三端口电能分配器同时给动力电池、第一储能电池和第二储能电池供电，或单独通过相应的三端口电能分配器给其中之一或者之二供电，其中储能电池通过第二三端口电能分配器和第一三端口电能分配器给动力电池供电，通过第二三端口电能分配器和第三三端口电能分配器给第二储能电池供电；第二储能电池通过第一三端口电能分配器、第二三端口电能分配器和第三三端口电能分配器给动力电池供电，通过第二三端口电能分配器和第三三端口电能分配器给储能电池供电；制动能回收时，电机作为发电机使用，电机发出的电能直接回馈到动力电池中，动力电池中的电能通过第一三端口电能分配器、第二三端口电能分配器和第三三端口电能分配器给储能电池供电，或通过第一三端口电能分配器和第三三端口电能分配器给储能电池供电，由此实现制动能的回收再利用。
本发明与现有技术相比，其结构简单，安全性高，在开关管出现如何故障时，不会造成两组电池直连或失控，而且没有隔离变压器，效率高，成本低，所用电压平台匹配灵活，四象限工作，能满足各种组合需求，动力电池组的容量可以降低90％，储能电池组稳态工作，寿命长，便于管理，应用范围广。
附图说明：
图1为本发明的主体结构原理示意图。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明。
实施例：
本实施例所述的负载隔离式混合纯电驱动装置的主体结构如图1所示，包括电机1、动力电池2、第一三端口电能分配器31、第二三端口电能分配器32、第三三端口电能分配器33、发电机组4、第一储能电池51和第二储能电池52；电机1与动力电池2连接，动力电池2通过第一三端口电能分配器31与发电机组4相连接，第一三端口电能分配器31与第二三端口电能分配器32连接，第二三端口电能分配器32和第三三端口电能分配器33连接，第一储能电池51依次通过第二三端口电能分配器32和第一三端口电能分配器31与动力电池2相连，第二储能电池52依次通过第三三端口电能分配器33和第二三端口电能分配器32与第一储能电池51相连。
本实施例所述动力电池2采用动力锂电池、超级电容或者铅酸电池，第一储能电池51和第二储能电池52采用储能型锂电池或循环电池，发电机组4采用内燃发电机组或燃料电池发电，电机1作为发电机或电动机用。
本实施例所述电机1作电动机实现动力输出时，电机1的输出能量由动力电池2提供，此时发电机组4有恒定输出功率工况和停机工况两个工况，发电机组4处于恒定功率工况时，其输出的电能通过第一三端口电能分配器31、第二三端口电能分配器32、第三三端口电能分配器33同时给动力电池2、第一储能电池51和第二储能电池52供电，或单独通过相应的三端口电能分配器给其中之一或者之二供电，其中储能电池51通过第二三端口电能分配器32和第一三端口电能分配器31给动力电池2供电，通过第二三端口电能分配器32、第三三端口电能分配器33给第二储能电池52供电；第二储能电池52通过第一三端口电能分配器31、第二三端口电能分配器32和第三三端口电能分配器33给动力电池2供电，通过第二三端口电能分配器32和第三三端口电能分配器33给储能电池51供电；制动能回收时，电机1作为发电机使用，电机1发出的电能直接回馈到动力电池2中，动力电池2中的电能通过第一三端口电能分配器31、第二三端口电能分配器32和第三三端口电能分配器33给储能电池52供电，或通过第一三端口电能分配器31和第三三端口电能分配器32给储能电池51供电，由此实现制动能的回收再利用。
本实施例可根据实际需要增加三端口电能分配器和储能电池。

Claims (3)

1.一种负载隔离式混合纯电驱动装置，其特征在于主体结构包括电机、动力电池、第一三端口电能分配器、第二三端口电能分配器、第三三端口电能分配器、发电机组、第一储能电池和第二储能电池；电机与动力电池连接，动力电池通过第一三端口电能分配器与发电机组相连接，第一三端口电能分配器与第二三端口电能分配器连接，第二三端口电能分配器和第三三端口电能分配器连接，第一储能电池依次通过第二三端口电能分配器和第一三端口电能分配器与动力电池相连，第二储能电池依次通过第三三端口电能分配器和第二三端口电能分配器与第一储能电池相连。
2.根据权利要求1所述负载隔离式混合纯电驱动装置，其特征在于所述动力电池采用动力锂电池、超级电容或者铅酸电池，第一储能电池和第二储能电池采用储能型锂电池或循环电池，发电机组采用内燃发电机组燃料电池发电，电机作为发电机或电动机用。
3.根据权利要求2所述负载隔离式混合纯电驱动装置，其特征在于所述电机作电动机实现动力输出时，电机的输出能量由动力电池提供，此时发电机组有恒定输出功率工况和停机工况两个工况，发电机组处于恒定功率工况时，其输出的电能通过第一三端口电能分配器、第二三端口电能分配器、第三三端口电能分配器同时给动力电池、第一储能电池和第二储能电池供电，或单独通过相应的三端口电能分配器给其中之一或者之二供电，其中储能电池通过第二三端口电能分配器和第一三端口电能分配器给动力电池供电，通过第二三端口电能分配器和第三三端口电能分配器给第二储能电池供电；第二储能电池通过第一三端口电能分配器、第二三端口电能分配器和第三三端口电能分配器给动力电池供电，通过第二三端口电能分配器和第三三端口电能分配器给储能电池供电；制动能回收时，电机作为发电机使用，电机发出的电能直接回馈到动力电池中，动力电池中的电能通过第一三端口电能分配器、第二三端口电能分配器和第三三端口电能分配器给储能电池供电，或通过第一三端口电能分配器和第三三端口电能分配器给储能电池供电，由此实现制动能的回收再利用。
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