CN202333949U - 一种电动汽车混合储能充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动汽车混合储能充电系统，包括充电桩、变压器、整流器、辅助储能器、DC/DC变换器和动力电池；整流器、辅助储能器、DC/DC变换器和动力电池均设置在纯电动汽车上；充电桩接变压器的一次侧；DC/DC变换器的输入侧和超级电容器并接在变压器的二次侧上，DC/DC变换器的输出侧接动力电池；动力电池通过车载的电机控制器接驱动电机。辅助储能器为钛酸理储能器或超级电容。本实用新型为纯电动汽车提供了一种全新的充电储能方案。

Description

一种电动汽车混合储能充电系统

技术领域

本实用新型涉及一种电动汽车混合储能充电系统，本实用新型尤其适用于纯电动汽车。 

背景技术

目前电动汽车存在的问题： 

(1)动力电池续航能力不足。 

目前解决的方案有两个，一种是通过在电动车上装载大量的储能动力电池来实现，这种模式虽然可将续航能力提高到约300km，但仍然满足不了人们需求，且电池价格昂贵，而且极大地增加整车重量。另一种方式是采用换电池模式，由于电动汽车的结构差异大，电池模块很难标准化，无法进行大规模的普及；同时由于电池重量重，需要专用的换电设备，且频繁的换电对电池组的电气及机械设备接口带来大量的安全及可靠性的隐患。 

(2)电池寿命问题 

目前采用的对车载动力电池直接进行大功率快速充电的充电模式不仅需要动辄上百千瓦的充电系统，且对电池的寿命会造成极大的影响。为了增加续航里程，对电池进行深放深充都会对电池寿命造成影响。 

(3)价格问题 

目前由于纯电动汽车要想实现较为理想的续航里程，则需装载较大容量的动力电池，由于动力电池价格比较贵，从而造成整车的成本明显偏高。 

(4)充电基础设备不足问题 

目前的纯电动车对应的快速充电方式，需要建设大量的充电站，即使是采用慢充模式，由于电池容量比较大，一般设计的车载充电也都有4-5kw，一般的家用及民用系统都无法适应该系统，因而充电不方便，同时建立大功率的充电站需要占用专用的场地，可目前城市内很难找到合适的用地，从而为基础设施的建设带来了很大的问题。 

(5)担心没电怎么办 

由于相关基础设施建设的问题，目前的纯电动汽车还无法实现远距离行驶，很多人担心如果我们的电池没电了怎么办，即使找到一个地方充电，可能也要等上几个小时才能 将电池充满。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种电动汽车混合储能充电系统，本实用新型为纯电动汽车提供了一种全新的充电储能方案。 

实用新型的技术解决方案如下： 

一种电动汽车混合储能充电系统，包括充电桩、变压器、整流器、辅助储能器、DC/DC变换器和动力电池；整流器、辅助储能器、DC/DC变换器和动力电池均设置在电动汽车上；充电桩接变压器的一次侧；DC/DC变换器的输入侧和超级电容器并接在变压器的二次侧上，DC/DC变换器的输出侧接动力电池；动力电池通过车载的电机控制器接驱动电机。 

汽车上还设有用于通过市电给汽车充电的车载充电器，车载充电器与动力电池相接。 

车载充电器电能还能通过对DC/DC的控制，实现对辅助储能系统充电。 

车载充电器的功率为1.5-2.5KW。 

充电桩为采用非接触式充电桩，采用220V或380V输入电压，功率为10-50kW。 

在电动汽车的车体的底部设有可升降的受电感应盘，在充电桩处设有供电平面，供电平面上设有供电盘、X方向导轨及Y方向导轨，X方向导轨及Y方向导轨均与供电盘连接。 

辅助储能器采用钛酸理储能器或超级电容。 

辅助储能器采用选1-3KW.h的能量吸收包。 

有益效果： 

本实用新型利用辅助储能器可大电流充放电的特性，再组合以其他形式动力电池高能量密度特性的混合储能系统，通过多次快速小容量的能量补充，解决了纯电动汽车的续航能力不足、大倍率充电对电池寿命及性能影响的缺点，同时通过与其相配套的辅助储能器快速充电桩系统结合，可实现基本不间断的电动持续运行。同时由于需求的辅助储能器系统容量小，不需要占用专用场地，可大规模安装充电设施，充电系统可采用接触式或非接触式充电方式进行充电。该实用新型可极大的推动纯电动汽车在全球范围内的普及应用，可极大改变车用动力能源供给方式。 

本实用新型的混合储能纯电动汽车储能系统可以完美的解决以上问题 

(1)解决续航能力不足的问题 

通过辅助储能器快速能量补充的系统，通过多次快速便捷的小容量的能量补充，再通 过可控双向DC/DC系统将辅助储能器内能量转移到相对传统纯电动汽车更小的动力电池内或直接驱动车辆行进。可实现电动汽车短时间断(2-3钟)的持续行驶功能。 

(2)解决电池寿命问题 

该新型电动汽车的充电系统包含了小功率交流慢充(AC/DC)以及小功率的直流慢充(DC/DC)方式，同时在实际的应用过程中可控制主动力电池处于一种相对浅充浅放状态，可大大提高动力电池的使用寿命；由于选用的辅助储能器具有大倍率充放电及长寿命，低温特性好等优点，在进行快速充电过程中，通过对DC/DC的控制，协调能量在主动力电池及辅助储能器之间的分配，减少对主动力电池冲击，大大提高主了电池使用寿命；同时在放电过程中通过超级电容给动力电池补充能量以及在制动能回收过程吸收能量，减少对动力电池冲击，提高主动力电池寿命。 

(3)降低电动车成本 

由于该系统匹配了辅助储能系统及便利的充电系统，实现了能量的快速获取，则电动车上本身的车载动力电池系统可大幅度减少，从而可大大降低整个电动车的成本，降低整车重量，提高能量利用效能。 

(4)解决充电基础设备的问题 

由于辅助储能系统本身一次储存的能量只有几个KW，对超级电容充电充电站点的需求功率则相对比较小，充电基础设施的建设十分便利，基础设施投入小，利用目前已有的停车位就可建设大量的能源补充系统；且由于本身的车载主动力电池容量变小，则车载充电机的容量也可相对变小，采用一般的普通家庭的民用电即可进行充电。 

(5)解决没电的后顾之忧 

便利的辅助储能快速充电系统，只需要短短的2-3分钟的时间，就可补充1-3kW.h的能量，可保证车辆行驶10-30km 

(6)解决传统锂离子电池低温下放电能力弱的问题 

由于辅助储能器具有很好的低温驱动特性，在低温状态下汽车初次启动时，可通过辅助储能器给电机控制器优先供电，同时动力锂离子电池也提供一部分能量，当主动力电池温度上升后，则可重新恢复动力电池为主要能源供应体，从而可以很好的解决电动汽车在低温启动时，由于主动力电池温度还未上升，主动力电池无法输出大功率，从而影响车辆行驶的问题。 

附图说明

图1为非接触式充电系统示意图 

图2是混合超容电动汽车储能充电系统的结构框图。 

图3为双向DC/DC充电系统；(说明：左边为低压侧，右边为高压侧。) 

标号说明：1-车体，2-受电盘，3-底面供电盘，4-X方向导轨，5-Y方向导轨，6-电流互感器，7-降压电路，8-直流熔断器，9-升压电路。 

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明： 

如图2所示，该系统包含了充电桩、辅助储能器、双向DC/DC直流变换器、动力电池、AC/DC车载充电机、电机控制器、电机等部分。 

(1)其中充电桩可将交流AC220或AC380的交流电逆变为直流电为辅助储能器充电，该充电系统采用非接触式充电桩。充电功率根据充电桩具体的安放位置及条件要求，可选择10-50KW不等的功率等级充电桩系统。充电桩采用非接触式充电模式，能实现快速安全的充电模式。由于非接触式充电采用电磁感应模式，外部没有裸露的电气接口，大大提高充电系统在公共领域应用的安全性。如对储能1.5kw.h的电容系统，采用15KW的充电机充电时间约为6分钟，而采用30KW的充电机的充电时间只有3分钟。 

如图1所示，其中充电器为无线非接触式充电方式，充电器受电感应盘安装在车体底部，正常行驶时，受电部分伸缩在车体内部；当需要充电时，受电盘可自动伸出并贴近处于停车位下的供电平面，供电平面确认接触位置后，通过X及Y方向导轨，控制供电盘与受电盘在垂直位置重合，从而保证充电效率最高并有效防止对外的电磁辐射，车体充电器与地面充电器采用无线通讯方式实现通讯；充电系统同时还具有异物检测、过压、过流、过温检测等功能。X及Y方向导轨以及相关的驱动供电盘移动的驱动机构为现有成熟技术。 

(2)辅助储能器为短时储能系统，负责短时间将一定容量的能量进行储存；辅助储能器采用相对较小容量系统(具体来说，根据车型不同可选择1-3KW.h的能量吸收包)，主要是解决车体对外界能源的快速吸收问题，消除传统动力电池大电流充电对电池的寿命的影响问题，该能源可用于直接辅助驱动车辆或通过小功率模式给电池充电。通过驱动车辆或停车充电模式，超级电容器内的能量将会逐渐释放，当电容容量释放到较低容量后，则可再次进行能量的快速补充，以一个功率30KW充电机，1.5KW.h的超容储能系统为例，10次快速能量补充(3分钟/次，总共约30分钟)就相当于给整车补充15kw.h能量，该能量可供一个电量消 耗为12KW.h/100km车辆持续行驶125km。 

(3)DC/DC系统将辅助储能器内储藏的能量以一定的方式释放给主动力电池或直接驱动车辆；也可在适当的时候将主电池能量转移至辅助储能器。DC/DC系统的低压侧为辅助储能器，电压范围为150-250V，高压侧为主动力电池系统，电压范围280V-350V，图3为双向DC/DC充电系统结构示意图，当Q2关闭，通过控制Q1的导通，超级电容低压侧电路升压给高压测充电；当Q1关闭，通过控制Q2的导通，电池高压侧可给低压侧充电。Q1，Q2为大功率IGBT管，Q2断开时，通过控制Q1升压，电流通过D2续流二极管给高压侧充电。 

在整车驱动或制动时，DC/DC可输出或吸收5-10KW的功率，而给电池充电时，普通充电模式下DC/DC输出功率约为2KW-4KW，通过小电流充电模式来保证电池的寿命；而在大功率充电模式下，DC/DC输出可达到5-10KW。输出给动力电池系统或电机控制器来驱动车辆运行；同时也通过充电桩给动力电池进行相对较大功率5-10KW的充电；在制动能量回收，通过控制双向DC/DC系统，可将一部分能量分流给超级电容，分流功率也可达5-10KW，从而可最大限度回收制动能量。 

(4)车载充电机主要是通过家用普通交流系统给动力电池系统进行小功率充电。家用普通交流系统为现有技术，一般为1.5-2.5KW，普通家用220交流电进行充电，10小时可补充15-25KW.h能量。 

(5)为动力电池包，由于增加了超容快速能量补充系统，该能量包的大小只需原纯电池电动汽车能量包的(1/2---2/3)，可节省大量的动力电池，减轻整车重量，减少整车成本。 

电机控制器及电机是纯电动汽车的动力驱动部分，与传统的纯电动汽车结构类似，可采用车异步电机、永磁电机或直流电驱动系统进行驱动。 

电机驱动部分不是本专利的核心内容，可使用各种类型的驱动系统，其主要核心是利用辅助储能器的快速储能特性，借助便利的非接触式充电系统，通过分时多次安全快速的能量补充模式，解决纯电汽车续航里程、价格、电池使用寿命、充电基础设施建设等一系列问题。 

Claims (4)

1.一种电动汽车混合储能充电系统，其特征在于，包括充电桩、变压器、整流器、辅助储能器、DC/DC变换器和动力电池；整流器、辅助储能器、DC/DC变换器和动力电池均设置在电动汽车上；充电桩接变压器的一次侧；DC/DC变换器的输入侧和超级电容器并接在变压器的二次侧上，DC/DC变换器的输出侧接动力电池；动力电池通过车载的电机控制器接驱动电机。

2.根据权利要求1所述的电动汽车混合储能充电系统，其特征在于，汽车上还设有用于通过市电给汽车充电的车载充电器，车载充电器与动力电池相接。

3.根据权利要求1所述的电动汽车混合储能充电系统，其特征在于，在电动汽车的车体的底部设有可升降的受电感应盘，在充电桩处设有供电平面，供电平面上设有供电盘、X方向导轨及Y方向导轨，X方向导轨及Y方向导轨均与供电盘连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的电动汽车混合储能充电系统，其特征在于，辅助储能器采用钛酸理储能器或超级电容。

Images