CN201294390Y - 全能大功率混合动力电池 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种全能大功率混合动力电池，所述全能大功率混合动力电池包括动力电池均流放电器，其对现有技术的改进为还包括恒流充放电控制器，超级贮能机，DC/DC转换器，供电控制电路。采用本实用新型具有成本低，结构简单，适合产业化生产的特点，超级电容组的运动大大提高了整个系统能量回收效率，并且超级电容循环次数高，寿命长，工作温度范围宽。采用超级电容的动力电池不仅提高了电动车能源利用率，还缩小了储能单元的体积与能量密度，缓解充电容量限制及放电深度限制。

Description

全能大功率混合动力电池
技术领域
本实用新型涉及一种大功率混合动力电池，尤其是一种超级电容组与大功率动力电池组(包括铅酸蓄电池、或镍氢电、或锂电池等)相结合的全能大功率混合动力电池。
背景技术
混合电动车可大幅度降低燃油消耗，减少汽车排放，十分适合中国城市交通普遍拥挤，动力车频繁制动的交通状况。工程师在主要能源设备的设计中要满足暂态峰值功率的需求，比如对于发动机或动力电池系统，就需要满足最高负荷下工作的需求，若为了满足最高负荷而非平均负载设计整个系统，显然会导致成本的增加和效率的降低。因此设计中可使用动力电池作为二级能量储存设备，将主要能源设备中的能量部分储存为电能，并在需要的时候迅速释放这部分能量，这样的高能传输方式为能源系统提供了一个动能的输出能力来满足暂态峰值功率的需求，但是动力电池并不能很好地用来频繁地提供暂态峰值功率，而且动力电池成本较高，循环工作寿命短，工作温度范围小，其使用的基础材料价格也较贵，在这方面，超级电容级组与动力电池伴配形成混合动力是最好的选择。
超级电容可以在短时间内大电流充放电，因此在短时间内超级电容能提供和吸收大的功率，虽然超级电容比能量较低，但是可通过控制策略的研究，合理地进行能量分配，满足混合动力工况需求。因此利用超级电容与大功率电池伴配构成混合动力系统，可以发挥超级电容的均衡作用，降低大功率动力电池的放电电流，从而可提高电动车的动力性和续驶里程。
实用新型内容
本实用新型需要解决的技术问题为蓄电池的比功率、比能量及循环寿命之间相互制约导致在一套能源上难以同时达到高比功率、高比能量及长寿命的要求。
为了解决上述的技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
一种全能大功率混合动力电池，包括动力电池均流放电器，所述的动力电池均流放电器包括动力电池(包括铅酸蓄电池，或镍氢电池、或锂电池等)，动力电池依次与电感VL1、开关管VT1串联，二极管VD1与开关管VT1并联，电感VL2与电容CV串联后与二极管VD1并联，电阻R1与电容CV并联，开关管VT1的控制引脚处连出一根导线连接到控制系统EPF10K20TC144-4，电感VL2与电容CV相连接的导线上引出一根导线与EPF10K20TC144-4连接，电容CV与电阻R1相连接的导线上引出一根导线与EPF10K20TC144-4连接，动力电池正极连出的另一根导线与二极管VD2连接，动力电池负极接地，再从VD2处连出两根导线，一根连到电容CV与电阻R1之间导线上，另一根与电阻R2连接后连接到供电控制电路，其特征在于：所述的控制系统EPF10K20TC144-4为现场可编程逻辑阵列，所述的全能大功率混合动力电池还包括恒流充放电控制器，超级贮能机，DC/DC转换器，供电控制电路；
所述的恒流充放电控制器包括单片机U1，所述的单片机U1为PIC16F676单片机，所述的控制系统EPF10K20TC144-4与电阻R2连接后再连接到U1的引脚4上，所述的单片机U1的引脚2与电阻R3连接，引脚3引出一根导线，引脚5，6，7，8依次连接到芯片U4，引脚9与引脚14相连后接地，引脚13与电容、电阻R4连接后再连接到引脚9与引脚14之间的导线上接地，引脚10、11、12依次连接到芯片U2，引脚1连接到芯片U3，芯片U3为7805芯片，再通过U3连接到VD2与电阻R1之间的导线上；所述的芯片U4与芯片U2选用的是TI公司的TMS320LF2407A，外部时钟频率为15MHZ，2倍频后系统时钟为30MHZ，芯片U4为TMS320芯片，芯片U2为LF2470芯片；
所述的超级贮能机包括恒流充放电控制器和超级电容组CU，超级电容组CU一端连接到VD2与电阻R1之间的导线上，另一端分成两路，其中一路连接到U1的接口9上，另一路连接到大功率MOS驱动管S4的源极，U1的引脚3引出的导线连接到CU与蓄电池均流放电器之间连接的导线上，电阻R3与引脚2连接后再连接到CU与蓄电池均流放电器之间连接的导线上，芯片U4引出两根导线，一根分别连接到大功率MOS驱动管S3和S4的栅极上，另一根连接到供电控制电路，芯片U2引出导线连接到供电控制电路，大功率MOS驱动管S3与S4串联后再与电容Ce连接，通过Ce连接到VD2与电阻R1之间的导线上；
所述的DC/DC转换器包括两个串联的大功率MOS驱动管S1和S2，S1的源极与S2的漏极相连，VD2连到供电控制电路的导线就连接在S1的源极与S2的漏极之间的导线上，U2引出的导线分别连接到S1和S2的栅极上，S2源极接地，S1和S2串联后再与电感1串联构成DC/DC转换器；
所述的供电控制电路包括DC/DC转换器和电感2，电感2与电感1相对称，电感2与电感1之间安有铁条，电感2一端连接到大功率MOS驱动管S5的栅极，另一端连接到稳压均流驱动器系统，S5的源极接地，S5的漏极与电感VL4的一端连接，VL4另一端分成两路，一路与电容CW连接，再通过电容CW连接到电感2与稳压均流驱动器系统之间的导线上，另一路连接到稳压均流驱动器系统，稳压均流驱动器系统连接有从U4连出的导线，从稳压均流驱动器系统引出两根导线连接到电动机运行电机。
所述的全能大功率混合动力电池，其特征在于：所述的超级电容CU标定电压为48V，工作电压范围为30V～60V，单位容量规格≥100F，功率密度≥2000W/kg，能量密度≥6Wh/kg，使用温度范围-4℃～75℃。
所述的全能大功率混合动力电池，其特征在于：所述的大功率MOS驱动管S3和S4为IG2BT绝缘栅双极型晶体管。
所述的全能大功率混合动力电池，其特征在于：所述的大功率MOS驱动管S1、S2、S5为IG2BT绝缘栅双极型晶体管。
所述的全能大功率混合动力电池，其特征在于：所述的大功率MOS驱动管S5和电感2构成DC-DC转换器。
采用本实用新型的有益效果为：同传统的动力电池相比，本实用新型电池寿命比原动力电池延长了3倍，续驶里程比原动力电池提高了一倍，降低了电动车电驱动系统的成本，提高了系统的可靠性；本实用新型的电池智能控制系统使系统充电效率高，运行稳定；本实用新型的系统匹配设计能充分发挥超级电容组的消峰填谷作用，缓解了加速及爬坡瞬时高电流对动力电池的冲击，实现了超级电容组充分回收再生制动能量；本实用新型系统的软件采用MAXPLUSII16.0和汇编语言编写，采用模块化的程序设计方法，并设计了动力电池最高允许充电电流，为了防止死循环设计软件看门，解决程序跑飞问题，并通过模块化设计把主电路和控制电路分开，解决了干扰问题；超级电容组具有清洁无污染，长寿命，功率释放能力强等优点，都在本实用新型中得到了体现。
附图说明
附图为全能大功率混合动力电池电路原理。
具体实施方式
本实用新型可分为四个模块，分别为动力电池均流放电池1，超级贮能机2，供电控制电路3，电动车运行电机4。其中超级贮能机2包括恒流充放电控制器B1，供电控制电路3包括DC/DC变换器。
动力电池均流放电器1包括动力电池和控制系统EPF10K20TC144-4，动力电池依次与电感VL1、开关管VT1串联，二极管VD1与开关管VT1并联，电感VL2与电容CV串联后与二极管VD1并联，电阻R1与电容CV并联，开关管VT1的控制引脚处连出一根导线连接到控制系统EPF10K20TC144-4，电感VL2与电容CV相连接的导线上引出一根导线与EPF10K20TC144-4连接，电容CV与电阻R1相连接的导线上引出一根导线与EPF10K20TC144-4连接，EPF10K20TC144-4为现场可编程逻辑阵列，这样控制系统可对动力电池电压变化情况做实时监测，并将监测的结果送入恒流充放电控制器，动力电池通过二极管VD1与供电控制电路连接，并根据发动机的情况进行充电和放电。
恒流充放电控制器包括单片机U1，单片机U1为PIC16F676单片机，控制系统EPF10K20TC144-4与电阻R2连接后再连接到U1的引脚4上，单片机U1的引脚2与电阻R3连接，引脚3引出一根导线，引脚5，6，7，8依次连接到芯片U4，引脚9与引脚14相连后接地，引脚13与电容、电阻R4连接后再连接到引脚9与引脚14之间的导线上接地，引脚10、11、12依次连接到芯片U2，引脚1连接到芯片U3，芯片U3为7805芯片，再通过U3连接到VD2与电阻R1之间的导线上；芯片U4与芯片U2选用的是TI公司的TMS320LF2407A，外部时钟频率为15MHZ，2倍频后系统时钟为30MHZ，芯片U4为TMS320芯片，芯片U2为LF2470芯片。超级贮能机2包括恒流充放电控制器和超级电容CU，超级电容组CU一端连接到VD2与电阻R1之间的导线上，另一端分成两路，其中一路连接到U1的接口9上，另一路连接到大功率MOS驱动管S4的源极，U1的引脚3引出的导线连接到CU与动力电池均流放电器之间连接的导线上，电阻R3与引脚2连接后再连接到CU与动力电池均流放电器之间连接的导线上，芯片U4引出两根导线，一根分别连接到大功率MOS驱动管S3和S4的栅极上，另一根连接到供电控制电路，芯片U2引出导线连接到供电控制电路，大功率MOS驱动管S3与S4串联后再与电容Ce连接，通过Ce连接到VD2与电阻R1之间的导线上；大功率MOS驱动管S3和S4为IG2BT绝缘栅双极型晶体管。EPF10K20TC144-4的信号可以送入恒流充放电控制器，恒流充放电控制器根据动力电池情况对超级电容CU进行控制，当充电电流高于动力电池最大充电电流，则多出的电流由恒流充放电控制器控制超级电容组CU充电，当动力电池向外放电的电流不够时，由恒流充放电控制器控制超级电容组CU放电。
DC/DC转换器包括两个串联的大功率MOS驱动管S1和S2，S1的源极与S2的漏极相连，VD2连到供电控制电路的导线就连接在S1的源极与S2的漏极之间的导线上，U2引出的导线分别连接到S1和S2的栅极上，S2源极接地，S1和S2串联后再与电感1串联构成DC/DC转换器。供电控制电路3包括DC/DC转换器和电感2，电感2与电感1相对称，电感2与电感1之间设有磁铁，电感2一端连接到大功率MOS驱动管S5的栅极，另一端连接到稳压均流驱动器系统，S5的源极接地，S5的漏极与电感VL4的一端连接，VL4另一端分成两路，一路与电容CW连接，再通过电容CW连接到电感2与稳压均流驱动器系统之间的导线上，另一路连接到稳压均流驱动器系统，稳压均流驱动器系统连接有从U4连出的导线，从稳压均流驱动器系统引出两根导线连接到电动机运行电机；大功率MOS驱动管S1、S2、S5为IG2BT绝缘栅双极型晶体管；大功率MOS驱动管S5和电感2构成DC-DC转换器。动力电池正极输出的数据经过二极管VD2连接到大功率MOS驱动管S1的S端，DC/DC转换器的输出端经过一个大功率驱动管和电感VL4，电容CW后连接到稳压均流驱动器系统，由稳压均流驱动器系统连接到电动机运行电机4。

Claims (5)

1.一种全能大功率混合动力电池，包括动力电池均流放电器，所述的动力电池均流放电器包括动力电池，即铅酸蓄电池、镍氢电池或锂电池，动力电池依次与电感(VL1)、开关管(VT1)串联，二极管(VD1)与开关管(VT1)并联，电感(VL2)与电容(CV)串联后与二极管(VD1)并联，电阻(R1)与电容(CV)并联，开关管(VT1)的控制引脚处连出一根导线连接到现场可编程逻辑阵列EPF10K20TC144-4，电感(VL2)与电容(CV)相连接的导线上引出一根导线与现场可编程逻辑阵列EPF10K20TC144-4连接，电容(CV)与电阻(R1)相连接的导线上引出一根导线与现场可编程逻辑阵列EPF10K20TC144-4连接，动力电池正极连出的另一根导线与二极管(VD2)连接，动力电池负极接地，再从二极管(VD2)处连出两根导线，一根连到电容(CV)与电阻(R1)之间导线上，另一根与电阻(R2)连接后连接到供电控制电路，其特征在于：所述的现场可编程逻辑阵列EPF10K20TC144-4为控制系统，所述的全能大功率混合动力电池还包括恒流充放电控制器，超级贮能机，DC/DC转换器，供电控制电路；
所述的恒流充放电控制器包括单片机(U1)，所述的单片机(U1)为PIC16F676单片机，所述的控制系统EPF10K20TC144-4与电阻(R2)连接后再连接到单片机(U1)的引脚4上，所述的单片机(U1)的引脚2与电阻R3连接，单片机(U1)的引脚3引出一根导线，单片机(U1)的引脚5，6，7，8依次连接到芯片(U4)，单片机(U1)的引脚9与引脚14相连后接地，单片机(U1)的引脚13与电容、电阻(R4)连接后再连接到单片机(U1)的引脚9与引脚14之间的导线上接地，单片机(U1)的引脚10、11、12依次连接到芯片(U2)，单片机(U1)的引脚1连接到芯片(U3)，芯片(U3)为7805芯片，再通过芯片(U3)连接到二极管(VD2)与电阻(R1)之间的导线上；所述的芯片(U4)与芯片(U2)选用的是TI公司的TMS320LF2407A，外部时钟频率为15MHZ，2倍频后系统时钟为30MHZ，芯片(U4)为TMS320芯片，芯片(U2)为LF2470芯片；
所述的超级贮能机包括恒流充放电控制器和超级电容组(CU)，13.5V/组×4组，超级电容组(CU)一端连接到(VD2)与电阻(R1)之间的导线上，另一端分成两路，其中一路连接到单片机(U1)的接口9上，另一路连接到大功率MOS驱动管(S4)的源极，单片机(U1)的引脚3引出的导线连接到超级电容组(CU)与动力电池均流放电器之间连接的导线上，电阻(R3)与单片机(U1)的引脚2连接后再连接到超级电容组(CU)与动力电池均流放电器之间连接的导线上，芯片(U4)引出两根导线，一根分别连接到大功率MOS驱动管(S3)和(S4)的栅极上，另一根连接到供电控制电路，芯片(U2)引出导线连接到供电控制电路，大功率MOS驱动管S3与S4串联后再与电容(Ce)连接，通过电容(Ce)连接到二极管(VD2)与电阻(R1)之间的导线上；
所述的DC/DC转换器包括两个串联的大功率MOS驱动管(S1)和(S2)，(S1)的源极与(S2)的漏极相连，二极管(VD2)连到供电控制电路的导线就连接在大功率MOS驱动管(S1)的源极与(S2)的漏极之间的导线上，芯片(U2)引出的导线分别连接到大功率MOS驱动管(S1)和(S2)的栅极上，大功率MOS驱动管(S2)源极接地，大功率MOS驱动管(S1)和(S2)串联后再与电感1串联构成DC/DC转换器；
所述的供电控制电路包括DC/DC转换器和电感2，电感2与电感1相对称，电感2与电感1之间设有磁铁，电感2一端连接到大功率MOS驱动管(S5)的栅极，另一端连接到稳压均流驱动器系统，大功率MOS驱动管(S5)的源极接地，大功率MOS驱动管(S5)的漏极与电感(VL4)的一端连接，电感(VL4)另一端分成两路，一路与电容(CW)连接，再通过电容(CW)连接到电感2与稳压均流驱动器系统之间的导线上，另一路连接到稳压均流驱动器系统，稳压均流驱动器系统连接有从芯片(U4)连出的导线，从稳压均流驱动器系统引出两根导线连接到电动机运行电机。
2、如权利要求1所述的全能大功率混合动力电池，其特征在于：所述的超级电容组(CU)标定电压为48V，工作电压范围为30V～60V，单位容量规格≥100F，或者120F/300F，功率密度≥2000W/kg，能量密度≥6Wh/kg，使用温度范围-40℃～55℃。
3.如权利要求1所述的全能大功率混合动力电池，其特征在于：所述的大功率MOS驱动管(S3)和(S4)为IG2BT绝缘栅双极型晶体管。
4.如权利要求1所述的全能大功率混合动力电池，其特征在于：所述的大功率MOS驱动管(S1)、(S2)、(S5)为IG2BT绝缘栅双极型晶体管。
5.如权利要求1所述的全能大功率混合动力电池，其特征在于：所述的大功率MOS驱动管(S5)和电感2构成DC-DC转换器。
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