CN112455237A - 一种基于太阳能的电动车电池保温储能系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于太阳能的电动车电池保温储能系统及其方法，包括安装于电动车上的太阳能电池板；太阳能电池板依次与太阳能控制器和DC/DC直流斩波器电连接；DC/DC直流斩波器通过开关S1、开关S2、开关S3分别与加热装置、主电池和备用电池电连接；主电池分别与电压监测模块和温度监测模块电连接；主电池通过开关S4与备用电池电连接、主电池通过开关S5与加热装置电连接；太阳能控制器、DC/DC直流斩波器、加热装置、电压监测模块、温度监测模块、开关S1、开关S2、开关S3、开关S4和开关S5均与控制器电连接。

Description

一种基于太阳能的电动车电池保温储能系统及其方法
技术领域
本发明属于电动车的技术领域，具体涉及一种基于太阳能的电动车电池保温储能系统及其方法。
背景技术
目前电动车主要还是在低海拔地区使用，同时未能解决长久不用情况下的电池保护问题，且只有通过充电桩的形式进行充电，充电方式单一。
电动车是目前人们比较常用的交通工具，但是由于内置锂电池在寒冷条件下运行容量继续下降甚至会影响电池寿命，同时在长久不用时内部电池不可避免地自放电会造成电池过放等影响。
目前电动车主要还是在低海拔地区使用，避免了电动车在高寒条件下使用会造成的后果，同时电动车一般在使用完毕后会自行通过充电桩进行充电，但是限制了电动车的使用范围，比如在没电条件下无法自行充电，只能人力助推到附近的用电处。
而现有电动车大多具有如下不足：
1、当前电动车主要还是在低海拔地区使用，而在高海拔地区，动力电池的化学反应效率受到影响，由于温度的降低，导致电池容量下降和活力降低，无法正常行驶，而未能进行推广。
2、行驶范围局限，当前使用电动车，从满电的情况下使用范围较小，一般而言续航里程在200-300km间，且在没电的情况下不利于车主行驶。
3、充电方式单一，当前电动车充电只能在固定位置，不能满足突发条件使用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种基于太阳能的电动车电池保温储能系统及其方法，以解决或改善上述的问题。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种基于太阳能的电动车电池保温储能系统及其方法，其包括安装于电动车上的太阳能电池板；太阳能电池板依次与太阳能控制器和DC/DC直流斩波器电连接；DC/DC直流斩波器通过开关S1、开关S2、开关S3分别与加热装置、主电池和备用电池电连接；主电池分别与电压监测模块和温度监测模块电连接；主电池通过开关S4与备用电池电连接、主电池通过开关S5与加热装置电连接；太阳能控制器、DC/DC直流斩波器、加热装置、电压监测模块、温度监测模块、开关S1、开关S2、开关S3、开关S4和开关S5均与控制器电连接。
一种基于太阳能的电动车电池保温储能方法，包括：
S1、实时采集主电池温度数据，当电池温度数据小于预设温度值T0时，进入S2；
S2、监测太阳能电池板输出功率，若太阳能电池板输出功率P太≥P1，P1为加热功率阈值，则控制闭合开关S1，开启加热装置对主电池加热；若太阳能电池板输出功率P太≥P2≥P1，P2为饱和加热功率阈值，则进入S3；
S3、根据当前电动车速度、负重和电流值，计算电动车发动机的实时电压值U实；
S4、根据电动车专家知识库推送得到S3中电动车速度对应的U额，计算电压差ΔU＝U实-U额，并根据电压差判断主电池电量，包括：
若ΔU≦ΔU1，则判断主电池电量为80％-100％；
若ΔU≦ΔU2，则判断主电池电量为60％-100％；
若ΔU≦ΔU3，则判断主电池电量为40％-60％；
若ΔU≦ΔU4，则判断主电池电量为20％-40％；
若ΔU≦ΔU5，则判断主电池电量为5％-20％；
S5、若判断得到当前主电池电量小于40％，则控制闭合开关S4和开关S2，采用备用电池和太阳能电池同时对主电池充电；
S6、若判断得到当前主电池电量小于60％时，则控制闭合开关S2，对主电池充电；
S7、若判断得到当前主电池电量大于等于60％时，则控制闭合开关S3，对备用电池进行充电；
S8、判断得到当前主电池电量大于等于80％时，且太阳能电池板输出功率P太≤P1时，闭合开关S5，开启加热装置。
优选地，采用DC/DC直流斩波器实时采集计算当前太阳能电池板输出功率，并将太阳能电池板输出功率传送至控制器内。
优选地，S3中根据当前电动车速度、负重和电流值，计算电动车发动机的实时电压值U实，包括：
P车＝0.09G*V
U实＝P车/I
其中，P车为发动机实际功率，G为总负载总总量，V电动车速度，I为发动机电流值。
优选地，当电动车额定电压为48V时，ΔU1为1-3V，ΔU2为4-7V，ΔU3为8-14V，ΔU4为15-20V，ΔU1为21-26V。
优选地，当主电池电量小于60％时，在中控屏幕上向驾驶者推送续航模式。
优选地，续航模式包括：
断开开关S1、开关S3和开关S5；
闭合开关S2和开关S4，向主电池供电。
本发明提供的基于太阳能的电动车电池保温储能系统及其方法，具有以下有益效果：
本发明通过对发动机电压的计算，得到当前主电池的电池容量，并根据电池容量进行主电池充放电的巧妙设计，并同时提高续航和对主电池的加热，使其达到正常工作时的温度，提高主电池在高寒地区的使用寿命和使用效率，且在电池容量低于60％时，可选择续航模式，将太阳能发电和备用电池全部用于主电池，进一步提高续航能力。
附图说明
图1为基于太阳能的电动车电池保温储能系统及其方法的原理框图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
根据本申请的一个实施例，参考图1，本方案的基于太阳能的电动车电池保温储能系统及其方法，包括安装于电动车上的太阳能电池板，太阳能电池板依次与太阳能控制器和DC/DC直流斩波器电连接。
太阳能控制器用于太阳能发电系统中，控制太阳能电池板对主电池充电以及主电池给太阳能逆变器负载(图中没有画出)供电的自动控制设备。它对主电池的充、放电条件加以规定和控制，并按照负载的电源需求控制太阳能电池板和主电池对负载的电能输出，是整个光伏供电系统的核心控制部分。
DC/DC直流斩波器通过开关S1、开关S2、开关S3分别与加热装置、主电池和备用电池电连接。
加热装置可用于对主电池和备用电池进行加热，保证主电池在高寒地区保持足够的活力，避免因低温造成主电池容量和活力下降，进一步影响主电池的续航使用。
DC/DC直流斩波器用于实时采集太阳能电池板输出功率，并将该输出功率传送至主控板。
主电池分别与电压监测模块和温度监测模块电连接；主电池通过开关S4与备用电池电连接、主电池通过开关S5与加热装置电连接。
太阳能控制器、DC/DC直流斩波器、加热装置、电压监测模块、温度监测模块、开关S1、开关S2、开关S3、开关S4和开关S5均与控制器电连接。
其工作原理为：
当开关S1闭合时，太阳能电池板产生的电能用于对加热装置供电。
当开关S1和S2闭合时，太阳能电池产生的电能分别用于对加热装置的供电和对主电池的蓄电。
当开关S1、S2和S3闭合时，太阳能电池产生的电能分别用于对加热装置的供电、对主电池的蓄电和对备用电池的蓄电。
当开关S5闭合时，主电池对加热装置供电。
当开关S4闭合时，备用电池对主电池供电。
本发明在通过太阳能电池板对主电池温度进行保障的条件下，使得电动车能够在-20℃到-10℃的高寒高海拔的地区使用，大大增加了电动车的行驶地域空间。
在采用高达37％太阳能转换效率的砷化镓电池的情况下，如按照每100公里耗电20度计算，在一天10小时可靠光照时，续航里程可增加约24公里，一定程度上增加了电动车的行驶距离。同时在低温条件下，加热系统避免了主电池温度过低而导致的电池放电容量减少的问题，使电动车能保有正常温度下的行驶里程。
复合充电方式可以在突发状况导致电量耗尽的情况时得到良好的应对
首先上电初始化后，对于低温阈值进行设定，随后对于电池表面温度和太阳能板的输入功率进行测量。接着判断温度是否低于阈值，如果低于阈值则开启加热开关S1，使得电池表面温度回升；若在正常范围，则断开加热开关S1。
随后对于太阳能电池功率进行评估，如果当前光照充足，则开启充电开关S2，将太阳能的能量送入电动汽车电池中，给主电池充电；若光照不充足时，断开充电开关S2，优先满足加热系统的需求。相应完毕后，重复进行电池温度和功率测量，并开始新一轮的判定。
通过当前的输入功率换算出当前光照强度，通过温度传感器获知当前电池温度。以中国西部地区为例，低温阈值设定0℃，光照强度界限设定为10000lx，当电池表面温度低于0℃时开启加热保温开关，并随时监测高于5℃后停止，在光照强度大于10000lx时用剩余电量对电动车电池进行充电。
一种基于太阳能的电动车电池保温储能方法，包括：
S1、实时采集主电池温度数据，当电池温度数据小于预设温度值T0时，进入S2。
S2、监测太阳能电池板输出功率，若太阳能电池板输出功率P太≥P1，P1为加热功率阈值，则控制闭合开关S1，开启加热装置对主电池加热；若太阳能电池板输出功率P太≥P2≥P1，P2为饱和加热功率阈值，则进入S3。
S3、根据当前电动车速度、负重和电流值，计算电动车发动机的实时电压值U实；
S3中根据当前电动车速度、负重和电流值，计算电动车发动机的实时电压值U实，包括：
P车＝0.09G*V
U实＝P车/I
其中，P车为发动机实际功率，G为总负载总总量，V电动车速度，I为发动机电流值。
S4、根据电动车专家知识库推送得到S3中电动车速度对应的U额，计算电压差ΔU＝U实-U额，并根据电压差判断主电池电量，包括：
若ΔU≦ΔU1，则判断主电池电量为80％-100％；
若ΔU≦ΔU2，则判断主电池电量为60％-100％；
若ΔU≦ΔU3，则判断主电池电量为40％-60％；
若ΔU≦ΔU4，则判断主电池电量为20％-40％；
若ΔU≦ΔU5，则判断主电池电量为5％-20％；
其中，当电动车额定电压为48V时，ΔU1为1-3V，ΔU2为4-7V，ΔU3为8-14V，ΔU4为15-20V，ΔU1为21-26V。
S5、若判断得到当前主电池电量小于40％，则控制闭合开关S4和开关S2，采用备用电池和太阳能电池同时对主电池充电；
S6、若判断得到当前主电池电量小于60％时，则控制闭合开关S2，对主电池充电；
S7、若判断得到当前主电池电量大于等于60％时，则控制闭合开关S3，对备用电池进行充电；
S8、判断得到当前主电池电量大于等于80％时，且太阳能电池板输出功率P太≤P1时，闭合开关S5，开启加热装置。
当主电池电量小于60％时，在中控屏幕上向驾驶者推送续航模式。
续航模式包括：
断开开关S1、开关S3和开关S5；
闭合开关S2和开关S4，向主电池供电。
本发明通过对发动机电压的计算，得到当前主电池的电池容量，并根据电池容量进行主电池充放电的巧妙设计，并同时提高续航和对主电池的加热，使其达到正常工作时的温度，提高主电池在高寒地区的使用寿命和使用效率，且在电池容量低于60％时，可选择续航模式，将太阳能发电和备用电池全部用于主电池，进一步提高续航能力。
虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于太阳能的电动车电池保温储能系统，其特征在于：包括安装于电动车上的太阳能电池板；所述太阳能电池板依次与太阳能控制器和DC/DC直流斩波器电连接；所述DC/DC直流斩波器通过开关S1、开关S2、开关S3分别与加热装置、主电池和备用电池电连接；所述主电池分别与电压监测模块和温度监测模块电连接；所述主电池通过开关S4与备用电池电连接、主电池通过开关S5与加热装置电连接；所述太阳能控制器、DC/DC直流斩波器、加热装置、电压监测模块、温度监测模块、开关S1、开关S2、开关S3、开关S4和开关S5均与控制器电连接。
2.一种根据权利要求1所述的基于太阳能的电动车电池保温储能方法，其特征在于，包括：
S1、实时采集主电池温度数据，当电池温度数据小于预设温度值T0时，进入S2；
S2、监测太阳能电池板输出功率，若太阳能电池板输出功率P太≥P1，P1为加热功率阈值，则控制闭合开关S1，开启加热装置对主电池加热；若太阳能电池板输出功率P太≥P2≥P1，P2为饱和加热功率阈值，则进入S3；
S3、根据当前电动车速度、负重和电流值，计算电动车发动机的实时电压值U实；
S4、根据电动车专家知识库推送得到S3中电动车速度对应的U额，计算电压差ΔU＝U实-U额，并根据电压差判断主电池电量，包括：
若ΔU≦ΔU1，则判断主电池电量为80％-100％；
若ΔU≦ΔU2，则判断主电池电量为60％-100％；
若ΔU≦ΔU3，则判断主电池电量为40％-60％；
若ΔU≦ΔU4，则判断主电池电量为20％-40％；
若ΔU≦ΔU5，则判断主电池电量为5％-20％；
S5、若判断得到当前主电池电量小于40％，则控制闭合开关S4和开关S2，采用备用电池和太阳能电池同时对主电池充电；
S6、若判断得到当前主电池电量小于60％时，则控制闭合开关S2，对主电池充电；
S7、若判断得到当前主电池电量大于等于60％时，则控制闭合开关S3，对备用电池进行充电；
S8、判断得到当前主电池电量大于等于80％时，且太阳能电池板输出功率P太≤P1时，闭合开关S5，开启加热装置。
3.根据权利要求2所述的基于太阳能的电动车电池保温储能方法，其特征在于：采用DC/DC直流斩波器实时采集计算当前太阳能电池板输出功率，并将太阳能电池板输出功率传送至控制器内。
4.根据权利要求2所述的基于太阳能的电动车电池保温储能方法，其特征在于，所述S3中根据当前电动车速度、负重和电流值，计算电动车发动机的实时电压值U实，包括：
P车＝0.09G*V
U实＝P车/I
其中，P车为发动机实际功率，G为总负载总总量，V电动车速度，I为发动机电流值。
5.根据权利要求2所述的基于太阳能的电动车电池保温储能方法，其特征在于，当电动车额定电压为48V时，ΔU1为1-3V，ΔU2为4-7V，ΔU3为8-14V，ΔU4为15-20V，ΔU1为21-26V。
6.根据权利要求2所述的基于太阳能的电动车电池保温储能方法，其特征在于，当主电池电量小于60％时，在中控屏幕上向驾驶者推送续航模式。
7.根据权利要求6所述的基于太阳能的电动车电池保温储能方法，其特征在于，所述续航模式包括：
断开开关S1、开关S3和开关S5；
闭合开关S2和开关S4，向主电池供电。
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