CN202276142U - 电动车、电动车复合动力电源及其蓄电池组电流控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电动车、电动车复合动力电源及其蓄电池组电流控制电路，该控制电路包括电流检测及转换单元，用于实时检测蓄电池组的电流，并将其转换为电压信号；电压基准单元，用于产生电压基准信号；电压比较单元，与电流检测及转换单元和电压基准单元连接；延时单元，与电压比较单元连接；电子开关控制单元，与电压比较单元和延时单元连接；电子开关，与电子开关控制单元连接；限流电阻，与电子开关并联连接，用于在蓄电池组的电流大于阈值时与蓄电池组串联以降低蓄电池组的瞬间大电流。本实用新型具有延长蓄电池组寿命、制造成本低廉的优点。

Description

电动车、电动车复合动力电源及其蓄电池组电流控制电路

技术领域

本实用新型涉及一种能够防止电动车复合动力电源的蓄电池组通过瞬间大电流的电流控制电路，属于电动车复合动力电源技术领域，本实用新型还涉及一种应用该电流控制电源的电动车复合动力电源和电动车。

背景技术

电动车凭借其舒适、便捷、无噪声、价格适中、速度快、环保等多种优点，越来越受到人们的欢迎。现有的电动车通常采用蓄电池或者蓄电池组作为动力源，虽然此类动力源具有性能可靠、生产工艺成熟、价格较低、能量密度高等多种优点，但是由于蓄电池的高倍率放电性能较差，当电动车在需要较大功率的情况下进行工作时，例如电动车在启动、加速、爬坡等工况下需要电池提供瞬间的大电流时，蓄电池的发热量增加，电池寿命衰减较快，从而影响整个电动车的使用寿命，该缺陷很大程度上限制了电动车的发展。

为了解决上述蓄电池寿命衰减较快的问题，业界通常把蓄电池和超级电容器结合使用形成复合动力电源，以利用超级电容器具有可提供瞬间大电流放电的优点。但在对该复合动力电源进行配组中发现：采用小容量超级电容器单体串联形成的超级电容器模组的等效串联电阻比蓄电池组的内阻大，电动车在启动、加速、爬坡等工况下，流经蓄电池组的电流比流经超级电容器模组的电流要大很多，特别是在瞬间大电流放电的情况下，对蓄电池组的使用寿命损害很大；采用较大容量的超级电容器单体串联形成的超级电容器模组则可以降低其等效串联电阻，虽然可以相对减小流经蓄电池组的电流，使蓄电池组的使用寿命得以延长，但其成本较高，消费者难以接受。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种电动车复合动力电源的蓄电池组电流控制电路及其所应用的电动车复合动力电源和电动车，以解决现有电动车复合动力电源存在的改善瞬间大电流放电性能与控制成本难以兼顾的问题。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型提供的电动车复合动力电源的蓄电池组电流控制电路包括电流检测及转换单元、电压基准单元、电压比较单元、延时单元、电子开关控制单元、电子开关和限流电阻，电流检测及转换单元用于与蓄电池组连接以实时检测蓄电池组的电流，并将蓄电池组电流转换为电压信号；电压基准单元用于产生与所述电压信号进行比较的电压基准信号；电压比较单元与所述电流检测及转换单元和电压基准单元连接，用于比较所述电压信号和电压基准信号的大小并产生电压比较信号；延时单元与所述电压比较单元连接，用于根据所述电压比较信号产生一延时信号；电子开关控制单元与所述电压比较单元和延时单元连接，用于根据所述电压比较信号和延时信号产生电子开关驱动信号；电子开关与所述电子开关控制单元连接，用于接收所述电子开关驱动信号以执行相应的导通关断动作；限流电阻与所述电子开关并联，用于在蓄电池组的电流大于阈值时与蓄电池组串联以降低蓄电池组的瞬间大电流。

根据上述电动车复合动力电源的蓄电池组电流控制电路一种优选实施方式，其中，所述电压基准单元包括第一电阻、第二电阻和第一电容，所述第一电阻的一端和所述第二电阻的一端连接形成输出所述电压基准信号的节点，所述第一电阻的另一端用于和工作电源连接，所述第一电容的一端连接于所述第一电阻和第二电阻的节点，所述第一电容的另一端和第二电阻的另一端均接地。

根据上述电动车复合动力电源的蓄电池组电流控制电路一种优选实施方式，其中，所述电流检测及转换单元包括第三电阻、第二电容，所述限流电阻与所述电子开关的导通电阻并联用于实时检测蓄电池组的电流并转换为电压信号，所述限流电阻与所述第三电阻的一端连接，所述第二电容的一端接地，所述第三电阻的另一端和第二电容的另一端连接形成输出所述电压信号的节点，并将所述电压信号滤波送至所述电压比较单元。

根据上述电动车复合动力电源的蓄电池组电流控制电路一种优选实施方式，其中，所述电压比较单元包括电压比较器和第五电阻，所述电压比较器的输出端和第五电阻的一端连接形成输出所述电压比较信号的节点，所述电压比较器的同相输入端、反相输入端分别用于接收所述电压信号和电压基准信号，所述第五电阻的另一端用于和工作电源连接。

根据上述电动车复合动力电源的蓄电池组电流控制电路一种优选实施方式，其中，所述电子开关控制单元包括第六电阻、NPN型的第一晶体管、第十电阻、和第十一电阻，所述第六电阻的一端用于接收所述电压比较信号，所述第六电阻的另一端和所述第一晶体管的用于接收所述延时信号的基极连接，所述第十一电阻的一端用于和工作电源连接，所述第十一电阻的另一端和所述第十电阻的一端均与所述第一晶体管的集电极连接，所述第一晶体管的发射极接地，所述第十电阻的另一端用于输出所述电子开关驱动信号以控制所述电子开关的导通关断。

根据上述电动车复合动力电源的蓄电池组电流控制电路一种优选实施方式，其中，所述电子开关为场效应管。

根据上述电动车复合动力电源的蓄电池组电流控制电路一种优选实施方式，其中，所述延时单元包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、二极管、稳压二极管、NPN型的第二晶体管和第四电容；所述第七电阻的一端用于接收所述电压比较信号，所述第七电阻的另一端与所述二极管的阳极连接，所述二极管的阴极连接于所述第八电阻的一端、第四电容的一端、稳压二极管的阴极，所述第八电阻的另一端、所述第四电容的另一端、所述第二晶体管的发射极接地，所述第九电阻连接于所述稳压二极管的阳极和所述第二晶体管的基极之间，所述第二晶体管的集电极用于输出所述延时信号。

根据上述电动车复合动力电源的蓄电池组电流控制电路一种优选实施方式，其中，还包括为有源器件提供工作电压的工作电源。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型提供的电动车复合动力电源包括并联的蓄电池组和超级电容器模组，其中，还包括上述任一电动车复合动力电源的蓄电池组电流控制电路，所述电动车复合动力电源的蓄电池组电流控制电路的限流电阻和电子开关均串联入所述蓄电池组的支路。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型提供的电动车包括复合动力电源，其中，所述复合动力电源为上述电动车复合动力电源。

在将本实用新型的蓄电池组电流控制电路接入电动车复合动力电源之后，由于蓄电池组与超级电容器模组并联，在电动车需要大功率放电的情况下，超级电容器模组配合蓄电池组提供瞬间的大电流放电，解决了蓄电池组因大功率放电而导致寿命衰减的问题；同时，由于本实用新型包括限流电阻，该限流电阻与蓄电池组相串联，当流经蓄电池组的电流较大时，限流电阻可以起到降低流经蓄电池组的电流的作用，也即，当检测到流经蓄电池组的电流较小时，电子开关保持闭合状态，限流电阻被短路，当流经蓄电池组的电流较大时，电子开关截止，限流电阻与蓄电池组串联。此时，蓄电池组所在支路的电阻变大，所分得的电流变小，进而达到降低流经蓄电池组的电流的目的，延长蓄电池组的寿命；借此，本实用新型不但可以达到降低流经蓄电池组电流的目的，而且与采用较大容量较低内阻超级电容器单体串联形成的超级电容器模组降低蓄电池组电流的技术方案或采用DC/DC变换器的技术方案相比，本实用新型还具有结构简单、制造成本低廉的优点。

附图说明

图1为本实用新型的电动车复合动力电源的蓄电池组电流控制电路优选实施例的原理框图；

图2为本实用新型的电动车复合动力电源的蓄电池组电流控制电路优选实施例的详细电路结构图。

附图标记与部件的对应关系为：

1 蓄电池组

2 超级电容器模组

31 限流电阻

32 电流检测及转换单元

33 电压基准单元

34 电压比较单元

35 延时单元

36 电子开关控制单元

37 电子开关

R1-R3、R5-R11 电阻

C1-C4 电容

D1 二极管

ZD1 稳压二极管

Q1-Q2 晶体管

Q3 场效应管

U1 电压比较器

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明。

图1和图2示出了本实用新型的电动车复合动力电源的蓄电池组电流控制电路优选实施例的原理结构、详细电路结构及其接入复合动力电源的连接结构。如图所示，本实用新型提供电动车复合动力电源的蓄电池组电流控制电路优选实施例包括电流检测及转换单元32、电压基准单元33、电压比较单元34、延时单元35、电子开关控制单元36、电子开关37和限流电阻31。

电流检测及转换单元32用于与蓄电池组1连接，也即与蓄电池组1所在的支路连接，以实时检测蓄电池组1的电流，并将蓄电池组的电流转换为表示其大小的电压信号。在图2所示的优选实施例中，电流检测及转换单元32包括第三电阻R3、第二电容C2。限流电阻31与场效应管Q3(也即电子开关37)的导通电阻并联用于实时检测蓄电池组1的电流并转换为电压信号，限流电阻31与第三电阻R3的一端连接，第二电容C2的一端接地，第三电阻R3的另一端和第二电容C2的另一端连接形成输出电压信号的节点，并将电压信号滤波送至电压比较单元34。

在图2所示的优选实施例中，电压基准单元33连接于工作电源Vcc，其包括第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1，第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端和第一电容C1的一端连接形成输出电压基准信号的节点，基准电压等于第二电阻R2上的电压，第一电阻R1的另一端用于和工作电源Vcc连接，滤波之用的第一电容C1的另一端和第二电阻R2的另一端均接地。

电压基准单元33产生的电压基准信号和电流检测及转换单元32产生的电压信号经由电压比较单元34进行比较。在图2所示的优选实施例中，电压比较单元34包括电压比较器U1和第五电阻R5，电压比较器U1的输出端和第五电阻R5的一端连接。电压比较器U1的同相输入端连接于第三电阻R3、第二电容C2的节点，而其反相输入端连接于第一、第二电阻R1、R2的节点，以分别接收上述电压信号和电压基准信号，经过电压比较器U1比较电压信号和电压基准信号，电压比较器U1的输出端输出电压比较信号。其中，电压比较器U1的输出端通过第五电阻R5上拉到工作电源Vcc，在其他实施例中，若用运放组成电压比较单元，则可以不用此上拉第五电阻R5。

延时单元35与电压比较单元34连接，用于根据电压比较信号产生一延时信号。在图2所示的优选实施例中，延时单元35包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、二极管D1、稳压二极管ZD1、NPN型的第二晶体管Q2和第四电容C4，第七电阻R7的一端连接于电压比较器U1的输出端以接收电压比较信号，第七电阻R7的另一端与二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极连接于第八电阻R8的一端、第四电容C4的一端、稳压二极管ZD1的阴极，第八电阻R8的另一端、第四电容C4的另一端、NPN型的第二晶体管Q2的发射极接地，第九电阻R9连接于稳压二极管ZD1的阳极和第二晶体管Q2的基极之间，第二晶体管Q2的集电极和电子开关控制单元36连接以输出延时信号。

电子开关控制单元36同时与电压比较单元34和延时单元35连接，根据电压比较信号和延时信号产生控制电子开关37导通关断的电子开关驱动信号。在图2所示的优选实施例中，电子开关控制单元36包括第六电阻R6、NPN型的第一晶体管Q1、第十电阻R10和第十一电阻R11，第六电阻R6的一端与电压比较器U1连接以接收电压比较信号，第六电阻R6的另一端和与第二晶体管Q2的集电极、第一晶体管Q1的基极连接，第十一电阻R11的一端和工作电源Vcc连接，第十一电阻R11的另一端和第十电阻R10的一端均与第一晶体管Q1的集电极连接，第一晶体管Q1的发射极接地，第十电阻R10的另一端和场效应管Q3(电子开关37)的栅极连接以向其输出电子开关驱动信号。

限流电阻31与蓄电池组1串联，同时连接于电子开关37的两输出控制端，用于在蓄电池组1的电流大于阈值，也即本优选实施例的检测的电压信号电平大于电压基准信号电平时，与蓄电池组1串联以降低蓄电池组1的瞬间大电流值。

虽然本优选实施例包括为有源器件提供工作电压的工作电源Vcc，但本实用新型的保护范围并不限于此，在其他实施例中，可以另行设置有源器件的工作电源。

在图2所示优选实施例运行时，电流检测及转换单元32实时检测流经蓄电池组1的电流，并且将此电流转换为电压信号输出至电压比较单元34，然后由电压比较单元34将检测到的电压值与电压基准单元33内预置的电压基准信号相比较。当电流检测及转换单元32输出的滤波后支路电压小于电压基准单元33的基准电压时(也即流经蓄电池组1的电流在设定的范围内)，电压比较器U1的输出保持低电平，第一晶体管Q1截止，场效应管Q3因为其栅极处于高电平而呈导通状态，限流电阻31被短路。当滤波后的支路电压大于电压基准单元33的基准电压时(也即流经蓄电池组1的电流大于设定值)，本优选实施例进入过流保护及延时状态，电压比较器U1输出高电平信号，此高电平信号一路通过第六电阻R6输出至电子开关控制单元36中的第一晶体管Q1的基极，第一晶体管Q1饱和导通，场效应管Q3(电子开关37)由于其栅极电压被拉低而处于断开状态，限流电阻31被串联进蓄电池组1所在的支路，相当于增大了蓄电池内阻，减小了流经蓄电池的电流。电压比较器U1输出的高电平信号另一路被送入延时单元35，通过第七电阻R7和二极管D1为第四电容C4充电(也即启动了延时计时)。当第四电容C4的电压升高到设定电压的大小时(本优选实施例中，该设定电压是稳压二极管ZD1的反向击穿电压加上第二晶体管Q2的基极导通电压)，第二晶体管Q2饱和导通，将第一晶体管Q1的基极强制拉为低电平，使第一晶体管Q1处于截止状态。电子开关37(场效应管Q3)恢复为初始的高电平导通状态，从而限流电阻31被短路，本优选实施例恢复到正常状态，若应用于电动车复合动力电源中，蓄电池组1则处于正常运行状态。

需要说明的是，过流保护延时状态结束后，场效应管Q3恢复为初始的高电平导通状态，此时如果检测到流经蓄电池组1的电流小于设定值，电压比较器U1输出低电平，第一晶体管Q1仍保持截止状态，场效应管Q3仍保持导通状态。同时延迟单元35中二极管D1反向截止，第四电容C4通过第八电阻R8放电，放电完毕，第四电容C4保持空电状态，直到电压比较器U1再次发出高电平信号。

在一具体实施例中，蓄电池组1可以为48V的铅酸电池组，超级电容器模组2可以为2.2F、59.4V的超级电容器模组，并且，超级电容器模组2设置有充电电压均衡电路。应用时，蓄电池组1、超级电容器模组2和图2所示优选实施例一起组成高效、安全的复合动力电源作为电动车的动力源。由于超级电容器模组2与蓄电池组1并联，复合动力电源的瞬间大电流放电能力显著增强，电动车启动、加速、爬坡速度灯性能指标可以得到明显提升，并且在工作时，可减小通过蓄电池组1的电流纹波，使蓄电池组1发热量减小，能量利用率提高，在一定程度上，提高蓄电池组的使用寿命。并且，电流检测及转换单元32所采集的电流信号是连续的和在线的，所以，本优选实施例还具有快速响应的特点。

本领域技术人员应该理解，蓄电池组1也可以仅为一支蓄电池，并且蓄电池组1包括但不限于铅酸电池、铅酸电池组、锂离子电池，锂离子电池组。超级电容器模组2包括但不限于电双层电容器(electric double layercapacitor，简称EDLC)模组、串联或并联，直接连接或通过均压电路连接的超级电容器模组。

在其他实施例中，NPN型的第一晶体管Q1可以替换为一只N沟道MOSFET，通过MOSFET的开关特性实现电子开关37(场效应管Q3)的断开或闭合。此外，也可以使用电流互感器实现电流检测及转换单元32的功能。

本实用新型的电动车优选实施例和电动车复合动力电源优选实施例应用了图2所示电动车复合动力电源的蓄电池组电流控制电路优选实施例。

综上所述，本实用新型通过在蓄电池组支路中串联限流电阻并且采用实时监控、动态调整的自适应控制电路的技术方案，可以达到降低流经蓄电池组电流的目的，延长蓄电池组乃至整个复合动力电源的使用寿命。其与传统技术中采用较大容量的超级电容器单体串联形成超级电容器模组来降低蓄电池组电流的技术方案或采用DC/DC变换器的技术方案相比，不但结构简单，易于实施，而且制造成本低廉。

由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。

Claims (10)

1.一种电动车复合动力电源的蓄电池组电流控制电路，其特征在于，包括：

电流检测及转换单元，用于与蓄电池组连接以实时检测蓄电池组的电流，并将蓄电池组电流转换为电压信号；

电压基准单元，用于产生与所述电压信号进行比较的电压基准信号；

电压比较单元，与所述电流检测及转换单元和电压基准单元连接，用于比较所述电压信号和电压基准信号的大小并产生电压比较信号；

延时单元，与所述电压比较单元连接，用于根据所述电压比较信号产生一延时信号；

电子开关控制单元，与所述电压比较单元和延时单元连接，用于根据所述电压比较信号和延时信号产生电子开关驱动信号；

电子开关，与所述电子开关控制单元连接，用于接收所述电子开关驱动信号以执行相应的导通关断动作；

限流电阻，与所述电子开关并联，用于在蓄电池组的电流大于阈值时与蓄电池组串联以降低蓄电池组的瞬间大电流。

2.根据权利要求1所述的电动车复合动力电源的蓄电池组电流控制电路，其特征在于，所述电压基准单元包括第一电阻、第二电阻和第一电容，所述第一电阻的一端和所述第二电阻的一端连接形成输出所述电压基准信号的节点，所述第一电阻的另一端用于和工作电源连接，所述第一电容的一端连接于所述第一电阻和第二电阻的节点，所述第一电容的另一端和第二电阻的另一端均接地。

3.根据权利要求1所述的电动车复合动力电源的蓄电池组电流控制电路，其特征在于，所述电流检测及转换单元包括第三电阻、第二电容，所述限流电阻与所述电子开关的导通电阻并联用于实时检测蓄电池组的电流并转换为电压信号，所述限流电阻与所述第三电阻的一端连接，所述第二电容的一端接地，所述第三电阻的另一端和第二电容的另一端连接形成输出所述电压信号的节点，并将所述电压信号滤波送至所述电压比较单元。

4.根据权利要求1所述的电动车复合动力电源的蓄电池组电流控制电路，其特征在于，所述电压比较单元包括电压比较器和第五电阻，所述电压比较器的输出端和第五电阻的一端连接形成输出所述电压比较信号的节点，所述电压比较器的同相输入端、反相输入端分别用于接收所述电压信号和电压基准信号，所述第五电阻的另一端用于和工作电源连接。

5.根据权利要求1所述的电动车复合动力电源的蓄电池组电流控制电路，其特征在于，所述电子开关控制单元包括第六电阻、NPN型的第一晶体管、第十电阻、和第十一电阻，所述第六电阻的一端用于接收所述电压比较信号，所述第六电阻的另一端和所述第一晶体管的用于接收所述延时信号的基极连接，所述第十一电阻的一端用于和工作电源连接，所述第十一电阻的另一端和所述第十电阻的一端均与所述第一晶体管的集电极连接，所述第一晶体管的发射极接地，所述第十电阻的另一端用于输出所述电子开关驱动信号以控制所述电子开关的导通关断。

6.根据权利要求1所述的电动车复合动力电源的蓄电池组电流控制电路，其特征在于，所述电子开关为场效应管。

7.根据权利要求1所述的电动车复合动力电源的蓄电池组电流控制电路，其特征在于，所述延时单元包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、二极管、稳压二极管、NPN型的第二晶体管和第四电容；

所述第七电阻的一端用于接收所述电压比较信号，所述第七电阻的另一端与所述二极管的阳极连接，所述二极管的阴极连接于所述第八电阻的一端、第四电容的一端、稳压二极管的阴极，所述第八电阻的另一端、所述第四电容的另一端、所述第二晶体管的发射极接地，所述第九电阻连接于所述稳压二极管的阳极和所述第二晶体管的基极之间，所述第二晶体管的集电极用于输出所述延时信号。

8.根据权利要求1所述的电动车复合动力电源的蓄电池组电流控制电路，其特征在于，还包括为有源器件提供工作电压的工作电源。

9.一种电动车复合动力电源，包括并联的蓄电池组和超级电容器模组，其特征在于，还包括权利要求1-8任一权利要求所述的电动车复合动力电源的蓄电池组电流控制电路，所述电动车复合动力电源的蓄电池组电流控制电路的限流电阻和电子开关均串联入所述蓄电池组的支路。

10.一种电动车，包括复合动力电源，其特征在于，所述复合动力电源为权利要求9所述的电动车复合动力电源。

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