CN112455289A - 车辆及用于车辆的多能源电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于车辆的多能源电池系统，该多能源电池系统包括能量型电池系统、辅助电源系统、直流电压转换器和加热装置，辅助电源系统具有相对能量型电池系统较高的功率密度和较低的能量密度，直流电压转换器连接能量型电池系统和辅助电源系统、并被配置为能够保持能量型电池系统和辅助电源系统的电压同步，加热装置连接至辅助电源系统、并被配置为能够由辅助电源系统供电而发热，从而加热能量型电池系统。根据本发明的车辆及用于车辆的多能源电池系统，能够兼顾新能源汽车的电池系统的功率性能和能量性能，同时提高在低温环境中车辆的可用性和可靠性，从而有助于提高整车的性能和运行安全。

Description

车辆及用于车辆的多能源电池系统
技术领域
本发明涉及新能源汽车的技术领域，尤其涉及一种车辆及用于车辆的多能源电池系统。
背景技术
新能源汽车是全球研究的热点，相对纯内燃机车，能够有效降低石油产品的依存度，减少环境污染。目前市场上的新能源汽车类型包括节能型混合动力汽车、插电式混合动力汽车，增程式混和动力汽车、纯电动汽车等。
动力电池是混合动力汽车核心零部件，其性能的优越直接影响整车性能的好坏。锂离子电池相对其他类型的二次电池(铅酸，镍氢)，具有体积小、比能量或比功率高、寿命长、安全稳定等优点，在汽车上得到了广泛的应用。从电池的化学成分来说，市面上应用广泛的电池类型主要有钛酸锂电池(LTO)、三元电池(NCM)、磷酸铁锂电池(LFP)等。
从使用角度来讲，电池可分为能量型和功率型电池。电池的能量密度和功率密度是一对矛盾体，如果设计侧重提高电池的能量密度，那么功率密度必然减小，反之亦然，在目前已知的电池技术，生产工艺的条件下，两者很难兼顾。在纯电动汽车应用中，客户偏重较高的纯电动续驶里程，那么希望配备较高的电量，因而多采用能量型电池。然而，如果客户希望获得较好的驾驶体验，就需要动力性更佳、功率性更好的电池。
目前的电池技术往往无法同时满足这两个要求的动力电池，只能通过增加电池的串数提高电压、增加电池的并数增加电流、提高能量和功率，而这将导致成本大幅度增加。
对于插电式混合动力汽车、增程式混合动力汽车和纯电动汽车，矛盾更加突出。由于配备一个小型化的发动机和中等电量的电池系统，受到成本和车重的限制，电池电量不能太大，不能有太多的串并联数，从而电量和功率不能得到大幅度提升。由于电池的功率不高，整车的制动能量回收和发动机的大功率发电受限，不能达到整车能量效率的最大化，这将影响整车的经济性。
由上述分析可以看出，当前单一的电池能量源无法兼顾功率和能量这对矛盾体，制约了电池在新能源汽车上的运用。
另外，通常，锂离子电池的性能对温度较为敏感，在不同的温度下表现出不同的充放电性能。对于极寒的环境温度，如-40℃或-30℃下，三元电池和磷酸铁锂电池往往都失去充放电能力，纯电动功能丧失，而对于插电式混合动力汽车和增程式混合动力汽车往往没有配备12V启动电机，从而发动机无法启动，造成汽车无法行驶。必须借助外界加热系统，将电池加热到一定的温度(如-20℃以上)，才能有小功率充放电能力，从而驱动车辆。这大大限制了新能源汽车在低温下的可用性和性能。
因此，亟需一种新的用于车辆的多能源电池系统，以克服以上提到的弊端，以兼顾地满足功率性和能量性要求，同时提供低温环境下更好的可用性和性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有的车辆电池系统无法兼顾功率性能和能量性能、且在低温环境中的可用性和可靠性不佳的缺陷，提出一种新的车辆及用于车辆的多能源电池系统。
本发明是通过采用下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供了一种用于车辆的多能源电池系统，其特点在于，所述多能源电池系统包括能量型电池系统和辅助电源系统，所述辅助电源系统具有相对所述能量型电池系统较高的功率密度和较低的能量密度；
其中，所述多能源车辆电池系统还包括直流电压转换器和加热装置，所述直流电压转换器连接所述能量型电池系统和所述辅助电源系统、并被配置为能够保持所述能量型电池系统和所述辅助电源系统的电压同步，所述加热装置连接至所述辅助电源系统、并被配置为能够由所述辅助电源系统供电而发热，从而加热所述能量型电池系统。
较佳地，所述直流电压转换器包含充电电路，所述充电电路被配置为能够将所述能量型电池系统的电量传输至所述辅助电源系统，从而为所述辅助电源系统充电。
较佳地，所述能量型电池系统包括三元电池或磷酸铁锂电池。
较佳地，所述辅助电源系统包括钛酸锂电池或超级电容。
较佳地，所述多能源电池系统还包括电机及电机控制器，所述能量型电池系统和所述辅助电源系统各自独立地连接至所述电机及电机控制器，从而向所述电机及电机控制器输出电力。
本发明还提供了一种车辆，其特点在于，所述车辆包括如上所述的用于车辆的多能源电池系统，所述车辆还包括动力传递装置及车轮，所述动力传递装置连接所述电机及电机控制器和所述车轮。
较佳地，所述车辆还包括发动机，所述发动机连接所述电机及电机控制器和所述动力传递装置，所述辅助电源系统还被配置为能够经由所述电机及电机控制器为所述发动机提供电力以启动所述发动机。
较佳地，所述动力传递装置包括变速箱。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
根据本发明的车辆及用于车辆的多能源电池系统，能够兼顾新能源汽车的电池系统的功率性能和能量性能，同时提高在低温环境中车辆的可用性和可靠性，从而有助于提高整车的性能和运行安全。
附图说明
图1为根据本发明优选实施例的用于车辆的多能源电池系统的示意图。
图2为根据本发明另一优选实施例的用于车辆的多能源电池系统的示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，进一步对本发明的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制，任何的其他类似情形也都将落入本发明的保护范围之中。
在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”等，参考附图中描述的方向使用。本发明各实施例中的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。
参考图1所示，根据本发明优选实施方式的一种用于车辆的多能源电池系统，其包括能量型电池系统和辅助电源系统，辅助电源系统具有相对能量型电池系统较高的功率密度和较低的能量密度。
其中，多能源车辆电池系统还包括直流电压转换器(即图1中示出的DCDC转换器)和加热装置，直流电压转换器连接能量型电池系统和辅助电源系统、并被配置为能够保持能量型电池系统和辅助电源系统的电压同步，加热装置连接至辅助电源系统、并被配置为能够由辅助电源系统供电而发热，从而加热能量型电池系统。
根据本发明的一些优选实施方式，直流电压转换器包含充电电路，充电电路被配置为能够将能量型电池系统的电量传输至辅助电源系统，从而为辅助电源系统充电。
辅助电源系统和能量型电池系统通过直流电压转换器，可保持二者的电压同步、电量平衡，总维持一定的电量。而当辅助电源系统电量不足时，能量型电池系统可以通过充电电路给辅助电源系统充电。
辅助电源系统和能量型电池系统中的任意一个都可被用于单独为车辆提供动力来源，从而单独驱动车辆。在通常的使用环境下，能量型电池系统可提供持续的中低功率驱动车辆，而在能量型电池系统无法提供电力输出时，则可改由辅助电源系统供电。并且，在能量型电池系统无法正常工作的低温环境下，可由辅助电源系统供电并通过加热装置加热能量型电池系统，以使得能量型电池系统得以在低温环境下供电驱动车辆。
根据本发明的一些优选实施方式，能量型电池系统可以主要由具有高能量密度的三元电池或磷酸铁锂电池构成，其能够提供持续的中低功率驱动车辆，从而保证车辆具有长的纯电动续驶里程要求。
根据本发明的一些优选实施方式，辅助电源系统可以主要由高功率密度且低温性能卓越的钛酸锂电池或超级电容构成。诸如钛酸锂电池的高功率性能和卓越的低温性能，通常在低至-40℃度的条件下，还具备较高的充放电性能，能够在低温条件下启动和驱动车辆，同时也可提供热源以加热能量型电池系统。
根据本发明的一些优选实施方式，多能源电池系统还包括电机及电机控制器，能量型电池系统和辅助电源系统各自独立地连接至电机及电机控制器，从而向电机及电机控制器输出电力。
根据本发明的一些优选实施方式，辅助电源系统可提供大功率脉冲功率需求，包括充电和放电。可选地，辅助电源系统可被配置为优先吸收来自车辆的刹车制动回收的能量。可替代地，能量型电池系统也可被配置为吸收来自车辆的刹车制动回收的能量。
根据本发明的一些优选实施方式，在面临大功率充放电需求时，辅助电源系统和能量型电池系统可一起驱动车辆或吸收来自刹车制动回收的能量。
参考图2所示，根据本发明的一些优选实施方式，多能源电池系统还可包括发动机作为第三种驱动动力源，例如在电池系统的电量不足时作为主要动力源驱动车辆。发动机可以为普通的内燃机或其他小型涡轮机系统。在这种情况下，辅助电源系统、能量型电池系统和发动机可一起构成三能源复合系统。
根据本发明的一些优选实施方式，辅助电源系统可被配置为能较快地调节发动机的工作点，使得发动机能稳定工作在高效、清洁区。优选地，发动机也可被配置为能够通过电机反过来给辅助电源系统和能量型电池系统充电。
参考图1-2所示，根据本发明的一些优选实施方式的车辆包括如上的用于车辆的多能源电池系统，车辆还包括动力传递装置(诸如，图1-2中所示的变速箱及同步装置)及车轮(即图1-2中的轮胎)，动力传递装置连接电机及电机控制器和车轮。
根据本发明的一些优选实施方式，车辆还包括发动机，发动机连接电机及电机控制器和动力传递装置，辅助电源系统还被配置为能够经由电机及电机控制器为发动机提供电力以启动发动机。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，而且这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于车辆的多能源电池系统，其特征在于，所述多能源电池系统包括能量型电池系统和辅助电源系统，所述辅助电源系统具有相对所述能量型电池系统较高的功率密度和较低的能量密度；
其中，所述多能源车辆电池系统还包括直流电压转换器和加热装置，所述直流电压转换器连接所述能量型电池系统和所述辅助电源系统、并被配置为能够保持所述能量型电池系统和所述辅助电源系统的电压同步，所述加热装置连接至所述辅助电源系统、并被配置为能够由所述辅助电源系统供电而发热，从而加热所述能量型电池系统。
2.如权利要求1所述的用于车辆的多能源电池系统，其特征在于，所述直流电压转换器包含充电电路，所述充电电路被配置为能够将所述能量型电池系统的电量传输至所述辅助电源系统，从而为所述辅助电源系统充电。
3.如权利要求1所述的用于车辆的多能源电池系统，其特征在于，所述能量型电池系统包括三元电池或磷酸铁锂电池。
4.如权利要求1所述的用于车辆的多能源电池系统，其特征在于，所述辅助电源系统包括钛酸锂电池或超级电容。
5.如权利要求1所述的用于车辆的多能源电池系统，其特征在于，所述多能源电池系统还包括电机及电机控制器，所述能量型电池系统和所述辅助电源系统各自独立地连接至所述电机及电机控制器，从而向所述电机及电机控制器输出电力。
6.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求1-5中任意一项所述的用于车辆的多能源电池系统，所述车辆还包括动力传递装置及车轮，所述动力传递装置连接所述电机及电机控制器和所述车轮。
7.如权利要求6所述的车辆，其特征在于，所述车辆还包括发动机，所述发动机连接所述电机及电机控制器和所述动力传递装置，所述辅助电源系统还被配置为能够经由所述电机及电机控制器为所述发动机提供电力以启动所述发动机。
8.如权利要求6所述的车辆，其特征在于，所述动力传递装置包括变速箱。
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