CN109591656B - 一种复合电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合电源系统，系统包括：可扩展储能供电模块，包括多个并联的电池模组及各自对应的双向直流电压变换电路，与汽车内部的电机逆变器连接；内置功率型电池供电模块，与可扩展储能供电模块并联；数据采集模块，分别与功率储能模块、可扩展储能模块、负载连接；电机逆变器，与电源模块连接，控制负载的变化；复合电源控制器，分别与可扩展电池模块、功率型电池模块和数据采集模块连接。与现有技术相比，本发明具有便于充电、节省成本、寿命长以及安全性高等优点。

Description

一种复合电源系统

技术领域

本发明涉及动力电池充电技术，尤其是涉及一种复合电源系统。

背景技术

近年来随着动力电池技术的成熟和成本的降低,电动汽车有了迅速的发展。然而动力电池能量密度与功率密度的矛盾仍然是制约电动汽车发展的关键问题。对于大功率电动汽车的电源系统而言，能够实时高效的满足车辆的需求功率并且保证车辆的续航里程非常重要。因此设计出一款动力性优良、容量充足、寿命长而又经济的车用电池电源系统具有重要意义。

目前，车用电源系统的单一电池供电模块为满足容量和功率的要求，各电池单体制造成本较高、一致性难以保证并且难以使电池包轻量化，同时动力电池系统整体进行充放电，不仅效率低，而且有损电池寿命。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种复合电源系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种复合电源系统，包括：

可扩展储能供电模块，用于满足电动机的能量和补充功率的需求，所述可扩展储能供电模块包括多个电池模组及与每个所述电池模组各自对应的DC-DC双向变换电路；

内置功率型储能模块，用于满足电动机的功率和补充能量的需求，所述内置功率型储能模块与所述可扩展储能供电模块并联连接；

数据采集模块，用于采集汽车内部的相关电量数据，所述数据采集模块分别与所述功率型储能模块、所述可扩展储能供电模块和负载连接；

电机逆变器，用于控制负载，所述电机逆变器与所述功率型储能模块、所述可扩展储能供电模块和负载连接；

复合电源控制器，用于根据所述数据采集模块采集的相关电量数据，控制所述可扩展储能供电模块和所述内置功率型储能模块的充放电过程。

进一步地，所述的功率型储能模块包括控制开关及多个相互串联连接的电池，所述DC-DC双向变换电路的数量与所述电池模组的个数相匹配，每个所述DC-DC双向变换电路均与所述负载、对应的所述电池模组和所述复合电源控制器(1)连接。

进一步地，所述数据采集模块包括负载电流采集器、负载电压采集器、功率型储能模块电压采集器和可扩展储能模块电压采集器，所述负载电流采集器与所述负载串联连接，所述负载电压采集器与所述负载并联连接，所述功率型储能模块电压采集器与所述功率型储能模块并联连接，所述可扩展储能模块电压采集器与所述可扩展储能供电模块并联连接，所述负载电流采集器、所述负载电压采集器、所述功率型储能模块电压采集器和所述可扩展储能模块电压采集器均与所述复合电源控制器串联连接。

进一步地，所述电机逆变器为逆变充电一体机，用于当所述可拓展储能供电模块放电时将直流电逆变为交流电和充电时将交流电变换为直流电。

进一步地，每个所述的电池模组均包括多个储能电池，所述储能电池包括磷酸铁锂电池、三元锂电池或固态电池。

进一步地，所述DC-DC双向变换电路包括电感器L、电池模组、二极管D1、二极管D2、开关管M1、开关管M2和电容器C，所述开关管M1和所述开关管M2的基极均与所述复合电源控制器连接，所述二极管D1和所述二极管D2分别对应与所述开关管M1和所述开关管M2按照二极管正极和负极对应开关管发射极和集电极的顺序并联连接，所述开关管M1的发射极还与所述开关管M2的集电极串联连接，所述开关管M1的集电极与所述开关管M2的发射极之间还串联连接有所述电容器C，所述开关管M2的发射极和集电极之间还并联连接有由所述电池模组和所述电感器L串联连接组成的支路。

进一步地，所述开关管M1和所述开关管M2均为半导体可控开关管器件，所述半导体可控开关管器件包括MOSFET和IGBT。

进一步地，所述电容器C为电极性滤波电容器或非电极性滤波电容器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明所提出的复合电源系统将原有单一电源模块分为功率储能模块和可扩展储能模块，其单体电池分别强调高功率密度特性和高能量密度特性，既兼顾车辆大功率和续驶长的要求，又降低了电池制造成本和重量。

(2)本发明可扩展模块又分为多个小的电池模组，减少了电池制造难度，电池一致性得以提高，同时每个并联模组各与一个DC-DC电路连接，系统的可靠性高且维修方便；各个可扩展电池模组即插即用,也可采用换电方式迅速有效地的为车辆提供充足的动力源。

(3)本发明可在满足使用需求的条件下，只对部分可扩展电池模组进行充放电，提高了电池使用寿命；充电时既可在DC-DC降压电路输入端外接充电机也可在电机逆变器输出侧外接交流电源，充电方式灵活便捷，各扩展模组和功率模块可在控制器控制下基于各自电池组状态独立充电。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明DC-DC双向变换电路示意图；

附图标号说明：

1为复合电源控制器；2为电池模组；3为DC-DC双向变换电路；4为功率型储能模块；5为负载电压采集器；6为负载电流采集器；7为功率型储能模块电压采集器；8为电机逆变器；9为可扩展储能模块电压采集器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

本实施例提供了一种复合电源系统，如图1所示，包括有复合电源控制器1：分别与可扩展储能供电模块、内置功率型储能模块4和数据采集模块连接，用于根据数据采集模块采集的相关电量数据，数据采集模块包括负载电流采集器6、负载电压采集器5、功率型储能模块电压采集器7和可扩展储能模块电压采集器9，负载电流采集器6与负载串联连接，负载电压采集器5与负载并联连接，功率型储能模块电压采集器7与功率型储能模块4并联连接，可扩展储能模块电压采集器9与可扩展储能供电模块并联连接，负载电流采集器6、负载电压采集器5、功率型储能模块电压采集器7和可扩展储能模块电压采集器9均与复合电源控制器1串联连接，独立控制各电池模块充放电过程；多个电池模组2和相应的DC-DC双向变换电路3：与功率型储能模块4并联，可满足电动机的主要能量特性和补充功率特性，电池放电时完成输出升压，在电池充电时可进行输入降压，每个DC-DC双向变换电路3组成结构相同，各开关管受复合电源控制器1独立控制；功率型储能模块4与负载连接，主要用于满足电动机功率变化特性；DC-DC双向变换电路3在电池放电时用于直流输出升压，在电池充电时用于直流输入降压，在电池放电时电路输出端正、负极分别为电容器正、负极，在电池充电时电路输入端正、负极分别为电容器正、负极，每个DC-DC双向变换电路3组成结构相同，各开关管受复合电源控制器独立控制，可扩展储能供电模块包括多个高能量密度、大容量储能电池，储能电池包括磷酸铁锂电池、钠离子电池或固态电池，功率型储能模块4包括控制开关及多个相互串联连接的电池，DC-DC双向变换电路3的数量与电池模组2的个数相匹配，每个DC-DC双向变换电路3均与负载、对应的电池模组2和复合电源控制器1连接。

本实施例中的DC-DC双向变换电路3如图2所示，包括电感器L、电池模组2、二极管D1、二极管D2、开关管M1、开关管M2和电容器C，开关管M1和开关管M2的基极均与复合电源控制器1连接，二极管D1和二极管D2分别对应与开关管M1和开关管M2按照二极管正极和负极对应开关管发射极和集电极的顺序并联连接，开关管M1的发射极还与开关管M2的集电极串联连接，开关管M1的集电极与开关管M2的发射极之间还串联连接有电容器C，开关管M2的发射极和集电极之间还并联连接有由电池模组2和电感器L串联连接组成的支路，开关管M1和开关管M2均为半导体可控开关管器件，半导体可控开关管器件包括MOSFET和IGBT，电容器C为电极性滤波电容器或非电极性滤波电容器。

本发明涉及到的充电工作方式有如下两种方式：充电时，在电机逆变器8交流输出侧接入三相交流电，与电机逆变器8共用拓扑实现充电；外置充电机接入DC-DC双向变换电路3的降压输入端以实现充电，电机逆变器8为逆变充电一体机，用于当可拓展储能供电模块放电时将直流电逆变为交流电和充电时将交流电变换为直流电。

在使用本发明装置进行充电时，在电机逆变器8交流侧接入三相交流电，逆变器控制单元自动识别并控制其中AC/DC单元将交流输入电压进行交流转直流变换为稳定直流电压，充电时DC-DC双向变换电路3处于降压功能，稳定直流高压输入各个并联的DC-DC双向变换电路3，复合电源控制器1根据采集到的各扩展储能模组的电池电量数据，独立地控制各组电池对应的DC-DC双向变换电路3中开关管，控制器产生一定占空比和频率的矩形脉冲控制开关管开启和关断，进而实现控制充电电压大小的目的，各个变换电路输出稳定直流低压使各电池组获得最优充电条件；外置充电机接入DC-DC双向变换电路3的降压输入端以实现直流大功率快速充电，充电机向变换电路输入稳定直流高压，控制器同样根据各电池组情况独立调节开关管的占空比，各降压电路实现低压电池侧的稳压输出，向可扩展电池储能元件充电。

本实施例中功率型储能元件主要用于满足负载电机功率变化特性，其储能量变化不大，该模块储能量下降时主要通过可扩展储能模块功率余量供给和制动能量回收进行充电。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种复合电源系统，其特征在于，包括：

可扩展储能供电模块，用于满足电动机的能量和补充功率的需求，所述可扩展储能供电模块包括多个电池模组（2）及与每个所述电池模组（2）各自对应的DC-DC双向变换电路（3）；

内置功率型储能模块（4），用于满足电动机的功率和补充能量的需求，所述内置功率型储能模块（4）与所述可扩展储能供电模块并联连接；

数据采集模块，用于采集汽车内部的相关电量数据，所述数据采集模块分别与所述内置功率型储能模块（4）、所述可扩展储能供电模块和负载连接；

电机逆变器（8），用于控制负载，所述电机逆变器（8）与所述内置功率型储能模块（4）、所述可扩展储能供电模块和负载连接；

复合电源控制器（1），用于根据所述数据采集模块采集的相关电量数据，控制所述可扩展储能供电模块和所述内置功率型储能模块（4）的充放电过程；

所述的内置功率型储能模块（4）包括控制开关及多个相互串联连接的第一储能电池，所述的第一储能电池具有高功率密度特性，所述DC-DC双向变换电路（3）的数量与所述电池模组（2）的个数相匹配，每个所述DC-DC双向变换电路（3）均与所述负载、对应的所述电池模组（2）和所述复合电源控制器（1）连接；

每个所述的电池模组（2）均包括多个第二储能电池，所述的第二储能电池具有高能量密度特性，所述第二储能电池包括磷酸铁锂电池、三元锂电池或固态电池；

所述数据采集模块包括负载电流采集器（6）、负载电压采集器（5）、功率型储能模块电压采集器（7）和可扩展储能模块电压采集器（9），所述负载电流采集器（6）与所述负载串联连接，所述负载电压采集器（5）与所述负载并联连接，所述功率型储能模块电压采集器（7）与所述内置功率型储能模块（4）并联连接，所述可扩展储能模块电压采集器（9）与所述可扩展储能供电模块并联连接，所述负载电流采集器（6）、所述负载电压采集器（5）、所述功率型储能模块电压采集器（7）和所述可扩展储能模块电压采集器（9）均与所述复合电源控制器（1）串联连接。

2.根据权利要求1所述的一种复合电源系统，其特征在于，所述电机逆变器（8）为逆变充电一体机，用于当所述可扩展储能供电模块放电时将直流电逆变为交流电和充电时将交流电变换为直流电。

3.根据权利要求1所述的一种复合电源系统，其特征在于，所述DC-DC双向变换电路（3）包括电感器L、电池模组（2）、二极管D1、二极管D2、开关管M1、开关管M2和电容器C，所述开关管M1和所述开关管M2的基极均与所述复合电源控制器（1）连接，所述二极管D1和所述二极管D2分别对应与所述开关管M1和所述开关管M2按照二极管正极和负极对应开关管发射极和集电极的顺序并联连接，所述开关管M1的发射极还与所述开关管M2的集电极串联连接，所述开关管M1的集电极与所述开关管M2的发射极之间还串联连接有所述电容器C，所述开关管M2的发射极和集电极之间还并联连接有由所述电池模组（2）和所述电感器L串联连接组成的支路。

4.根据权利要求3所述的一种复合电源系统，其特征在于，所述开关管M1和所述开关管M2均为半导体可控开关管器件，所述半导体可控开关管器件包括MOSFET和IGBT。

5.根据权利要求3所述的一种复合电源系统，其特征在于，所述电容器C为电极性滤波电容器或非电极性滤波电容器。

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