CN110816299B - 一种优化的电动车动力源及电动车动力源工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种优化的电动车动力源及电动车动力源工作方法，包括冗余供电系统、发条动力储能系统；所述冗余供电系统，包括中央管理系统、电池管理系统、电池模块；所述中央管理系统统一控制分配所有电池模块；所述电池管理系统独立控制每组电池，实时监控和保护每一只电池；所述电池模块的功率独立满足电机的额定电流。本发明实现了打破电池的快充性能、充电桩、以及大电流对电池组的各种限制，接近燃油车加油所需的时间，令到电动车达到像燃油车一样，踏上长途行驶而不必单纯的追求充满电的续航里程，冗余供电系统完善了电池组的管理，降低成本，对安全性也会有提升。

Description

一种优化的电动车动力源及电动车动力源工作方法

技术领域

本发明涉及一种电动车动力源工作方法，尤其是一种优化的电动车动力源。

背景技术

不管是净化人类生活环境，还是善用地球自然资源，已经到了亟需重视的时候了。电动车替代燃油车也是科技发展之中的一项必然大趋势。也代表了汽车工业的未来发展方向。经过了十多二十年的发展，电动车已经逐步进入市场应用阶段，电动车的动力源虽然是以磷酸铁锂体系、三元锂体系为主的锂离子电池为主，但也呈现了百花齐放、各具特色的其他动力源的多元化发展。

然而，相对已经有百年以上历史的燃油车，电动车在整体性能上，以及用户在使用燃油车的操控惯性意识，电动车目前相对燃油车还存在需要改善、优化的地方。

自有电动车问世以来，仅自燃的事故就经常发生。造成安全性不高的原因是多方面的，包括；单体电池本身的质量、电池管理系统的设计及质量、电池组装的设计及质量。更重要的是电池组装后的电池组热管理及热均衡的管理。由于充电时间大大长于燃油车，即使标榜为快充也需要至少1小时以上，也因此导致电动车为了减少充电次数而刻意追求单次充电的续航里程，但是任何的车辆都不可能无限的增加电池组的电容量。直接约束了电动车的行驶距离。

发明内容

发明目的：提供一种优化的电动车动力源，以解决上述问题。

技术方案：一种优化的电动车动力源，包括冗余供电系统、发条动力储能系统；

所述冗余供电系统，包括中央管理系统、电池管理系统、电池模块；

所述发条动力储能系统，用普通电机或者手摇装置上紧发条装置，通过钟摆的方式释放发条动能，带动直流发电机，将机械动能转换成电能给电池模块充电；

所述冗余供电系统，还包括充电电路，包括电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电位器RV1、电位器RV2、整流桥BR1、二极管D1、二极管D2、发光二极管D3、发光二极管D4、二极管D5、二极管D6、稳压集成电路U1、运算放大器U2：A、运算放大器U2：B、三极管Q1和电池BAT1，所述电容C1的一端与所述电阻R1的一端均接输入电压，所述电容C1的另一端与所述电阻R1的另一端、所述整流桥BR1的第2引脚连接，所述整流桥BR1的第3引脚接输入电压，所述整流桥BR1的第1引脚分别与所述电容C2的一端、所述稳压集成电路U1的第2引脚、所述电阻R3的一端、所述二极管D2的负极、所述发光二极管D4的负极、所述电容C3的一端、所述电阻R8的一端、所述电位器RV2的第2引脚和所述电池BAT1的负极连接，所述整流桥BR1的第4引脚分别与所述电容C2的另一端、所述稳压集成电路U1的第3引脚和所述二极管D1的正极连接，所述稳压集成电路U1的第1引脚与所述电位器RV1的第3引脚连接，所述电位器RV1的第1引脚与所述电阻R2的一端连接，所述电位器RV1的第2引脚与所述电阻R3的另一端连接，所述二极管D1的负极分别与所述电阻R2的另一端、所述电阻R4的一端、所述电阻R5的一端、所述电阻R7的一端、所述二极管D5的正极和所述电阻R11的一端连接，所述电阻R4的另一端分别与所述二极管D2的正极、所述运算放大器U2：A的反相输入端连接，所述运算放大器U2：A的同相输入端与所述电位器RV2的第3引脚连接，所述电位器RV2的第1引脚与所述电阻R13的一端连接，所述运算放大器U2：A的输出端分别与所述发光二极管D3的负极、所述电阻R6的一端、所述电容C3的另一端、所述电阻R9的一端和所述运算放大器U2：B的同相输入端连接，所述电阻R5的另一端与所述发光二极管D3的正极连接，所述发光二极管D4的正极与所述电阻R6的另一端连接，所述运算放大器U2：B的反相输入端分别与所述电阻R7的另一端、所述电阻R8的另一端和所述电阻R10的一端连接，所述运算放大器U2：B的输出端分别与所述电阻R9的另一端、所述电阻R10的另一端和所述电阻R12的一端连接，所述二极管D5的负极与所述二极管D6的正极连接，所述电阻R11的另一端与所述三极管Q1的发射极连接，所述三极管Q1的基极分别与所述电阻R12的另一端、所述二极管D6的负极连接，所述三极管Q1的集电极分别与所述电阻R13的另一端、所述电池BAT1的正极连接。

根据本发明的一个方面，所述冗余供电系统，包括中央管理系统，统一控制分配所有电池模块，智能管理每个电池模块的独立与不间断切换运行，控制所有电池模块同时放电，隔离异常电池模块，并由其他电池模块代替，保证系统正常工作，记录并上报电池模块状态，包括实时电压、电流、温度、容量状态，欠压、过压、过流、温度告警信息。

根据本发明的一个方面，所述冗余供电系统，包括电池管理系统，由电池模块串联而成，消除了并联，独立保护每一只电池，不会造成过充，过放等问题，对过压、欠压、过流、温度的硬件及软件双重保护，对电池状态进行监测及反馈，包括电压、电流、温度、容量。

根据本发明的一个方面，所述冗余供电系统，包括电池模块，采用软包装电池，由多个单体电池串联而成，任何一组电池都可独立工作，具备冗余特性，电池模块支持热插拔，只需更换失效的电池模块，不会造成离线。

一种电动车动力源工作方法，具体步骤包括：

步骤1、车辆在电池组满电状况下开始运行，先由其中一组带动车辆电机开始行驶，当第一组电池模块达到电压下限时，自动切换至另一组模块作为车辆行驶使用，并同时由发条装置释放动能，启动发电机开始对已经放完电的模块进行充电，充电电流视实际使用状况自行设定；

步骤2、当发条的机械动能全部释放完毕，中央管理系统提示车辆需要对机械动能系统上紧发条；

步骤3、提供220V或380V的电源，启动车辆已经配置的普通交流电机，通过机械变速，快速上紧发条，之后重复步骤1和步骤2，对车辆进行充电；

步骤4、在车辆较长时间停放时，只要提供220V或380V电源，上述充电系统会自动将所有电池充满电，并最后将机械动能系统的发条上紧。

根据本发明的一个方面，整体电池模块在冗余方案的管理下，完善了电池模块的管理，根据车辆的具体行驶状况，将整体电池模块的功率调整到最低使用量。

根据本发明的一个方面，在极端的环境状态时，通过已经配置的手动方式上紧发条装置。

根据本发明的一个方面，对电动车整体电池模块进行充电不需要受到电池的快充性能、充电桩、以及大电流的各种限制。

有益效果：本发明实现了打破电池的快充性能、充电桩、以及大电流对电池组的各种限制，接近燃油车加油所需的时间，令到电动车达到像燃油车一样，踏上长途行驶而不必单纯的追求充满电的续航里程，冗余供电系统完善了电池组的管理，降低成本，对安全性也会有提升。

附图说明

图1是本发明的冗余供电系统的结构框图。

图2是本发明的冗余供电系统的充电电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，在该实施例中，一种优化的电动车动力源，由冗余供电系统、发条动力储能系统两部分组成并相互补益。

所述冗余供电系统，如图2所示，还包括充电电路，包括电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电位器RV1、电位器RV2、整流桥BR1、二极管D1、二极管D2、发光二极管D3、发光二极管D4、二极管D5、二极管D6、稳压集成电路U1、运算放大器U2：A、运算放大器U2：B、三极管Q1和电池BAT1，所述电容C1的一端与所述电阻R1的一端均接输入电压，所述电容C1的另一端与所述电阻R1的另一端、所述整流桥BR1的第2引脚连接，所述整流桥BR1的第3引脚接输入电压，所述整流桥BR1的第1引脚分别与所述电容C2的一端、所述稳压集成电路U1的第2引脚、所述电阻R3的一端、所述二极管D2的负极、所述发光二极管D4的负极、所述电容C3的一端、所述电阻R8的一端、所述电位器RV2的第2引脚和所述电池BAT1的负极连接，所述整流桥BR1的第4引脚分别与所述电容C2的另一端、所述稳压集成电路U1的第3引脚和所述二极管D1的正极连接，所述稳压集成电路U1的第1引脚与所述电位器RV1的第3引脚连接，所述电位器RV1的第1引脚与所述电阻R2的一端连接，所述电位器RV1的第2引脚与所述电阻R3的另一端连接，所述二极管D1的负极分别与所述电阻R2的另一端、所述电阻R4的一端、所述电阻R5的一端、所述电阻R7的一端、所述二极管D5的正极和所述电阻R11的一端连接，所述电阻R4的另一端分别与所述二极管D2的正极、所述运算放大器U2：A的反相输入端连接，所述运算放大器U2：A的同相输入端与所述电位器RV2的第3引脚连接，所述电位器RV2的第1引脚与所述电阻R13的一端连接，所述运算放大器U2：A的输出端分别与所述发光二极管D3的负极、所述电阻R6的一端、所述电容C3的另一端、所述电阻R9的一端和所述运算放大器U2：B的同相输入端连接，所述电阻R5的另一端与所述发光二极管D3的正极连接，所述发光二极管D4的正极与所述电阻R6的另一端连接，所述运算放大器U2：B的反相输入端分别与所述电阻R7的另一端、所述电阻R8的另一端和所述电阻R10的一端连接，所述运算放大器U2：B的输出端分别与所述电阻R9的另一端、所述电阻R10的另一端和所述电阻R12的一端连接，所述二极管D5的负极与所述二极管D6的正极连接，所述电阻R11的另一端与所述三极管Q1的发射极连接，所述三极管Q1的基极分别与所述电阻R12的另一端、所述二极管D6的负极连接，所述三极管Q1的集电极分别与所述电阻R13的另一端、所述电池BAT1的正极连接。

当开始充电时，电源电压经过所述电容C1降压、所述整流桥BR1的桥式整流、所述电容C2滤波，输出直流电压并通过所述二极管D1。充电电流的大小和电压的高低，由调节所述电位器RV1来决定。所述稳压集成电路U1为稳压集成电路TL431，TL431稳定性高，有良好的开关特性，能输出较大的电流。当所述稳压集成电路U1的第1引脚与所述稳压集成电路U1的第2引脚的固定电压达到了所述电池电压经分压电路达到的额定电压时，所述稳压集成电路U1的第3引脚导通，分流了充电电流，这时所述稳压集成电路U1的第2引脚与所述稳压集成电路U1的第3引脚间的电压维持为低于额定电压的满充电压。如电池电压低于满充电压时，所述稳压集成电路U1又截止，电路又开始进入充电状态。利用具有开关特性的所述稳压集成电路U1，能保证所述充电电路不会超过负载，延长了所述充电电路的使用寿命。所述运算放大器U2：A与外围电路构成比较器，所述运算放大器U2：B与外围电路构成矩形波发生器，所述三极管Q1与外围电路构成恒流源。电池处于充电状态时，其两端电压很低，所述运算放大器U2：A输出低电平，所述运算放大器U2：B振荡，输出矩形波，经所述三极管Q1输出，对电池进行脉动恒流充电。当电池两端电压达到预定值时，所述运算放大器U2：A输出高电平，所述运算放大器U2：B停止振荡并输出高电平，所述三极管Q1截止，停止充电。所述发光二极管D3为充电指示灯，所述发光二极管D4为停充指示灯。调整所述电位器RV2用以设定停止充电时电池两端的电压值。

一种电动车动力源工作方法，具体步骤包括：

步骤1、车辆在电池组满电状况下开始运行，所述冗余供电系统，按照车辆所设计的电池组总功率，在满足电机的额定电流的基础上，将整个电池组分成多个电池模块，每个电池模块的功率都支持独立满足电机的额定电流，每个电池模块都有独立的电池管理系统，再由一个中央管理系统统管所有的电池模块。

使用N组由N个单体软包装电池串联而成的符合终端电压的磷酸铁锂或三元体系电池组，组合成完整的系统。N组电池管理系统对过压、欠压、过流、温度的硬件及软件双重保护，独立控制每组电池模块，实时监控和保护每一只电池，对电池状态进行监测及反馈，包括电压、电流、温度、容量。N个独立的电池管理系统，由中央管理系统统一控制分配，独立工作，互不影响，控制所有电池模块同时放电，隔离异常电池模块，并由其他电池模块代替，保证系统正常工作，记录并上报电池模块状态，包括实时电压、电流、温度、容量状态，欠压、过压、过流、温度告警信息，确保整个系统的安全稳定。整个电池组系统中，每个电池模块都支持做到热插拔,只需更换失效的电池组,不会造成离线。在车辆行驶中，中央管理系统智能管理每个电池模块的独立与不间断切换运行。

先由其中一组电池模块带动车辆电机开始行驶，当第一组电池模块达到电压下限时，自动切换至另一组模块作为车辆行驶使用，并同时由所述发条动力储能系统释放动能，在普通电机上紧发条装置，通过钟摆的方式释放发条动能，带动直流发电机，将机械动能转换成电能给已经放完电的电池模块进行充电，充电电流视实际使用状况自行设定。

步骤2、当发条的机械动能全部释放完毕，中央管理系统提示车辆需要对机械动能系统上紧发条。

步骤3、车辆的充电，并非是现有纯电动车由充电桩对电池组的充电，而只需提供220V 或 380V 的电源，启动普通交流电机，通过机械变速，由电机卷紧发条装置，之后重复步骤1和步骤2，对车辆进行充电。打破了电池的快充性能、充电桩、以及大电流对电池组的各种限制，使充电时间接近燃油车加油所需的时间，令电动车做到像燃油车一样，踏上长途行驶而不必单纯的追求充满电的续航里程。

步骤4、在车辆较长时间停放时，只要提供220V或380V电源，上述充电系统会自动将所有电池充满电，并最后将机械动能系统的发条上紧。

在进一步的实施例中，所述冗余供电系统，还用于完善电池组的管理，根据车辆的具体行驶状况，将整体电池组的功率调整到最低使用量。降低了成本，对安全性也会有提升。

在进一步的实施例中，在极端的环境状态时，通过已经配置的手动方式上紧发条装置。

在进一步的实施例中，对电动车整体电池模块进行充电不需要受到电池的快充性能、充电桩、以及大电流的各种限制。

总之，本发明具有以下优点：实现了打破电池的快充性能、充电桩、以及大电流对电池组的各种限制，接近燃油车加油所需的时间，令到电动车达到像燃油车一样，踏上长途行驶而不必单纯的追求充满电的续航里程，冗余供电系统完善了电池组的管理，降低成本，对安全性也会有提升。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (4)

1.一种电动车动力源，包括冗余供电系统、发条动力储能系统；

所述冗余供电系统，包括中央管理系统、电池管理系统、电池模块；

所述发条动力储能系统，用普通交流电机或者手摇装置上紧发条装置，通过钟摆的方式释放发条动能，带动直流发电机，将机械动能转换成电能给电池模块充电；

所述冗余供电系统，还包括充电电路，充电电路包括电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电位器RV1、电位器RV2、整流桥BR1、二极管D1、二极管D2、发光二极管D3、发光二极管D4、二极管D5、二极管D6、稳压集成电路U1、运算放大器U2：A、运算放大器U2：B、三极管Q1和电池BAT1，所述电容C1的一端与所述电阻R1的一端均接输入电压，所述电容C1的另一端与所述电阻R1的另一端、所述整流桥BR1的第2引脚连接，所述整流桥BR1的第3引脚接输入电压，所述整流桥BR1的第1引脚分别与所述电容C2的一端、所述稳压集成电路U1的第2引脚、所述电阻R3的一端、所述二极管D2的负极、所述发光二极管D4的负极、所述电容C3的一端、所述电阻R8的一端、所述电位器RV2的第2引脚和所述电池BAT1的负极连接，所述整流桥BR1的第4引脚分别与所述电容C2的另一端、所述稳压集成电路U1的第3引脚和所述二极管D1的正极连接，所述稳压集成电路U1的第1引脚与所述电位器RV1的第3引脚连接，所述电位器RV1的第1引脚与所述电阻R2的一端连接，所述电位器RV1的第2引脚与所述电阻R3的另一端连接，所述二极管D1的负极分别与所述电阻R2的另一端、所述电阻R4的一端、所述电阻R5的一端、所述电阻R7的一端、所述二极管D5的正极和所述电阻R11的一端连接，所述电阻R4的另一端分别与所述二极管D2的正极、所述运算放大器U2：A的反相输入端连接，所述运算放大器U2：A的同相输入端与所述电位器RV2的第3引脚连接，所述电位器RV2的第1引脚与所述电阻R13的一端连接，所述运算放大器U2：A的输出端分别与所述发光二极管D3的负极、所述电阻R6的一端、所述电容C3的另一端、所述电阻R9的一端和所述运算放大器U2：B的同相输入端连接，所述电阻R5的另一端与所述发光二极管D3的正极连接，所述发光二极管D4的正极与所述电阻R6的另一端连接，所述运算放大器U2：B的反相输入端分别与所述电阻R7的另一端、所述电阻R8的另一端和所述电阻R10的一端连接，所述运算放大器U2：B的输出端分别与所述电阻R9的另一端、所述电阻R10的另一端和所述电阻R12的一端连接，所述二极管D5的负极与所述二极管D6的正极连接，所述电阻R11的另一端与所述三极管Q1的发射极连接，所述三极管Q1的基极分别与所述电阻R12的另一端、所述二极管D6的负极连接，所述三极管Q1的集电极分别与所述电阻R13的另一端、所述电池BAT1的正极连接；

所述冗余供电系统，包括中央管理系统，统一控制分配所有电池模块，智能管理每个电池模块的独立与不间断切换运行，隔离异常电池模块，并由其他电池模块代替，保证系统正常工作，记录并上报电池模块状态，电池模块状态包括实时电压、电流、温度、容量状态，欠压、过压、过流、温度异常告警信息；

所述电动车动力源的工作方法，具体步骤包括：

步骤1、车辆在电池模块满电状况下开始运行，先由其中一组带动车辆电机开始行驶，当第一组电池模块达到电压下限时，自动切换至另一组模块作为车辆行驶使用，并同时由发条装置释放动能，启动发电机开始对已经放完电的电池模块进行充电，充电电流视实际使用状况自行设定，在普通交流电机上紧发条装置，通过钟摆的方式释放发条动能，带动直流发电机，将机械动能转换成电能给已经放完电的电池模块进行充电，充电电流视实际使用状况自行设定；

步骤2、当发条的机械动能全部释放完毕，中央管理系统提示车辆需要对发条动力储能系统上紧发条；

步骤3、提供220V或380V的电源，启动车辆已经配置的普通交流电机，通过机械变速，快速上紧发条，之后重复步骤1和步骤2，对车辆进行充电；

步骤4、在车辆较长时间停放时，只要提供220V或380V电源，充电系统会自动将所有电池充满电，并最后将发条动力储能系统的发条上紧。

2.根据权利要求1所述的一种电动车动力源，其特征在于，所述冗余供电系统，包括电池管理系统，由电池模块串联而成，消除了并联，独立保护每一只电池，不会造成过充、过放问题，对过压、欠压、过流、温度异常的硬件及软件双重保护，对电池状态进行监测及反馈，电池状态包括电压、电流、温度、容量。

3.根据权利要求1所述的一种电动车动力源，其特征在于，所述冗余供电系统，包括电池模块，采用软包装电池，由多个单体电池串联而成，任何一组电池都可独立工作，具备冗余特性，电池模块支持热插拔，只需更换失效的电池模块，不会造成离线。

4.根据权利要求1所述的一种电动车动力源，其特征在于，对电动车整体电池模块进行充电不需要受到电池的快充性能、充电桩、以及大电流的限制。

Images