CN204605555U - 一种电动车的备用电源装置及其电动车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动车的备用电源装置及其电动车，所述备用电源装置包括备用电池组(1)、测控装置(2)和逻辑接口(3)；所述备用电池组包括一次电池，其电连接测控装置(2)的电源输入端；所述测控装置的输出端通过逻辑接口(3)与所述电动车的动力电池组(4)电连接；所述测控装置(2)能采集动力电池组实时状态的信号，并对信号进行处理，使所述备用电源装置在设定逻辑状态实现对动力电池组的电能补充。本实用新型运用比能量较高的备用电池组，可使电动车通过备用电源装置有效增加续行里程，适应高端电动车的设计要求。

Description

一种电动车的备用电源装置及其电动车

技术领域

本实用新型涉及电动车及其电源动力设计领域，特别涉及一种电动车的备用电源装置及含有该备用电源装置的电动车。

背景技术

我国电动自行车近十年来获得了爆炸性迅猛发展，市场保有量已逾1.8亿辆；电动汽车也规划为战略发展的高度，据2013年行业统计，国内已销售出17600辆电动车和可插电式混合动力车，相当于美国当年销量的18％、欧洲销量的53％和日本销量的57％，在此基础上，政府提出了2015年销量50万辆的目标。

按电动汽车业界的习惯，所述电动汽车是指时速可大于80公里/小时甚至大于120公里/小时的车；在电池技术应用特征方面，日产leaf在2013年销售的46348辆电动车以及特斯拉的电动车，主要为锂电池电动车；而在同年，国内除了配置铅酸电池的QQ3卖出了5727辆，其余配置锂电池的电动车销量不足1500辆以下，而同期传统燃料汽车销量2100万辆，继续高居全球之冠。对于国内电动汽车产业发展未达预期的原因，行业专家多归结为两个方面：一是除购车补贴外基本未触及配套环境建设，专业充电场匮乏；二是符合大众需求的产品极少，电池及核心原料技术缺失，产品难在重量、成本和续航里程方面达到消费平衡，性价比较低。

在电动汽车产业中，值得重视的是局部区域兴起的低速电动车，行业称之为基于庞大人口多样化需求而逐渐成长起来的产品市场。国内低速电动车的技术应用特征是配置铅酸电池，行业专家普遍认为在进一步规范和受到政策鼓励后，只要电池技术进一步升级，预期年销量可从目前的近30万辆成长到200万辆以上。

针对低速电动车续行里程短的软肋，主流行业专家对“技术升级”的普遍观点是认为应把铅酸电池改配置较高能量的锂电池，但现阶段锂电池的安全性尤其是性价比不被市场看好；前沿研究认为，市场出现一种安全性、性价比优越得多的新型环保电池已为期不远，届时低速电动车将会获得更长足的发展；目前国际电动汽车市场的一个趋势是发展油、电双源混合车，国内电动车市场也出现了靠增加动力电池数量提升电动车续行里程的技术倾向，其中一种设计思想为采用双路动力电池组，其技术结构特征为：在常规设计基础上，并行增加一组同类型的动力电池，两路动力电池交叉使用(可利用放电间歇多获得很有限的能量)，或一组动力电池用完后使用另一组动力电池，但是其存在技术收益低、制造成本高的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有电动车续行里程短的缺陷，提供一种电源结构有别于传统设计、通过备用电源为电动车增加续行里程或应对动力电池组欠电状态保持续航的备用电源装置。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种电动车的备用电源装置，所述备用电源装置包括备用电池组1、测控装置2和逻辑接口3；所述备用电池组1包括一次电池，其电连接测控装置2的电源输入端；所述测控装置2的输出端通过逻辑接口3与电动车的动力电池组4电连接；所述测控装置2的信号输入端连接动力电池组4或通过逻辑接口3连接动力电池组4。所述测控装置2能采集动力电池组4实时状态的信号，并对信号进行处理，使所述备用电源装置在设定逻辑状态实现对动力电池组4的电能补充。

所述的一次电池为无需充电的一次性使用电池。

作为上述技术方案的一种改进，所述测控装置2包括滤波保护模块(2a)、信号采集处理模块2b和DC/DC充电模块2c；所述的信号采集处理模块2b包括电压采集电路和/或电池容量采集电路。前述的各模块选择性分立设置或共用一体化模块实现其功能。

优选的，所述的DC/DC充电模块2c分立设置，其电源输入端电连接备用电池组1，电源输出端电连接逻辑接口3或所述电动车的动力电池组4，信号输入端连接信号采集处理模块2b。

作为上述技术方案的又一种改进，所述的备用电源装置还包括电压提升模块5，电压提升模块5的电源输入端电连接备用电池组1，电压提升模块5的电源输出端电连接DC/DC充电模块2c，电压提升模块5的信号输入端连接测控装置2。所述在备用电源装置中设置电压提升模块5，是应用于备用电池组1的电压比动力电池组4电压低的情况。

优选的，所述的电压提升模块5和测控装置2分立设置，其部分功能或全部功能集成于测控装置2。

作为上述技术方案的又一种改进，所述的DC/DC充电模块2c包括输出电压恒定电路和输出电流限制电路；DC/DC充电模块的输出电流不限波形。

作为上述技术方案的再一种改进，所述备用电源装置还包括电容器6，所述电容器6与测控装置2的输入端或/和输出端并联电连接。

优选的，所述备用电池组1还包括二次电池或/和电能转换装置；所述的电能转换装置包括储氢电能转换装置、燃油发电装置、太阳能发电装置或风能发电装置。

优选的，所述备用电池组1包括二次电池，所述备用电源装置包括备用电池组1的补充电装置7；补充电装置7包括电源输出端、电源输入端和信号输入端，其电源输出端电连接备用电池组1，其电源输入端电连接逻辑接口3或所述电动车的动力电池组4，其信号输入端连接测控装置2测控装置。

本实用新型还公开了所述含有上述任一备用电源装置的电动车，所述电动车至少设置一套所述的备用电源装置。该电动车包括车架、电动机、动力电池组4和至少一个车轮；所述电动车的动力电池组4包括任意可重复多次充电使用的二次电池；所述电动车的车架和电动机任意；所述电动车的车轮包括单轮毂以及同轴紧凑安装两个轮毂的准单轮结构。

所述的测控装置2亦可在电动车的整车设计中，将其部分逻辑功能或全部逻辑功能集成于所述电动车的中央控制系统内。

本实用新型可配置常规电动车，当电动车需要为动力电池组4补充电能，或当动力电池组的实时电压或实时容量值低于所设定的阀值时，启用随车移动的备用电源装置为动力电池组补充电能，在一定程度上减缓常规电动车对固定充电场合的依赖，可理解为对常规电动车提供了一种“移动充电桩”。

本实用新型针对市场现有电动车的设计特点，通过配置备用电源装置为电动车增加续行里程提供了一种可行的技术方案，使电动车实现更有效的行驶保障。

本实用新型针对目前动力电池储能密度较低的现状，旨在弥补动力电池组电能不足、电动车续行里程短的技术缺陷。所述的备用电池组优选一次电池，因为一次电池的比能量一般较高，容易满足对备用电池组储备容量的要求，所述一次电池包括所有一次性放电的电池，例如锌空气电池、铝空气电池等；备用电池组也可选择二次电池，所述二次电池包括所有放电后可反复充电的电池，例如锂电池、铅电池、镍电池以及金属储氢电池等，优选比能量高于电动车动力电池组4的二次电池，例如当电动车的动力电池组4采用铅酸电池时，可选择锂电池作为备用电池组1；所述的备用电池组也可以选择各种燃料电池(例如储氢电能转换装置)以及燃油发电装置、太阳能发电装置、风能发电装置等任意形式的电能转换装置。

本实用新型的优点在于：运用比能量较高的备用电池组，通过对电动车附加备用电源装置，克服电动车有效增加续行里程或应对动力电池组欠电状态保持续航的主要问题，以此方案进行配套的电动车结构简单、组合多样化、成本低，有效适应高端电动车的设计要求。

附图说明

图1a是本实用新型的一种基础结构示意图。

图1b是本实用新型的另一种基础结构示意图。

图2是本实用新型的一种逻辑控制结构示意图。

图3是DC/DC充电模块独立设置的一种逻辑控制结构示意图。

图4增设电压提升模块的一种逻辑控制结构示意图。

图5是DC/DC充电、电压提升模块独立设置的一种逻辑控制结构示意图。

图6是电容器与测控装置输出端并联的示意图。

图7是设置两个滤波保护模块的一种逻辑控制结构示意图。

图8是增设补充电装置的一种逻辑控制结构示意图。

图9是本实用新型应用于两轮车的一种局部结构示意图。

附图标识：

1、备用电池组；2、测控装置；2a、滤波保护模块；2b、信号采集处理模块；2c、DC/DC充电模块；3、逻辑接口；4、动力电池组；5、电压提升模块；6、电容器；7、备用电池组的补充电装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步对本实用新型进行详细说明。

本实用新型所述备用电源装置的一种基础结构如图1a所示，基础部件包括备用电池组1、测控装置2和逻辑接口3，测控装置2的信号输入端直接连接电动车配置的动力电池组4；所述备用电源装置的另一种基础结构如图1b所示，测控装置2的信号输入端通过逻辑接口3连接动力电池组4。所述的备用电池组包括比能量较高的一次电池，也可以优选比能量较之动力电池组4高的二次电池；当备用电池组1与动力电池组4的比能量类同(或选型相同)，甚至备用电池组的比能量低于动力电池组时，会降低甚至失去本实用新型技术实施的应有意义。

目前市场电动车配置动力电池的比能量都较低，例如铅电池组约35VAh/Kg，锂电池组一般为100VAh/Kg，因而续航里程欠理想；而一次电池的比能量一般较高、自放电小，例如铝空气电池的理论比能量可以达到8000VAh/Kg以上，近期实验室制作的实用铝空气电池的比能量已达到1000VAh/Kg以上，但这类一次电池也普遍伴随内阻大的缺陷，其比能量虽高，但大电流放电能力尤其是瞬时大电流(脉冲大电流)放电能力远不如常规动力用的二次电池，但作为备用电池组，完全可承担对动力电池组补充电能或与动力电池组并联满足电动车对放电性能的需求。随着技术的发展，某些现阶段的一次电池有可能实现可反复充电，例如近期铝离子电池的前沿研发已取得突破性进展。

图2为本实用新型的一种逻辑控制结构示意图，测控装置2的内部结构包括了行业常见的滤波保护模块2a、信号采集处理模块2b和DC/DC充电模块2c；所述信号采集处理模块2b的逻辑功能，包括了对动力电池组4实时状态的信号采集、处理，使之为实现在设定状态对动力电池组补充电能提供逻辑依据；所述动力电池组的实时状态包括实时电压和实时容量，实时电压和实时容量可择一监测，也可以同时监测，可连续监测也可以定时监测，对采集到信号进行数据比较及处理，在设定逻辑条件下启动备用电池组对动力电池组的DC/DC充电。所述实时电压监测是监测动力电池组的实时电压，例如某电动车铅电池组的标称工作电压为48V，其正常工作电压区间为42.0V至53.2V，当设定铅电池组补充电的电压阀值为47V时，只要监测到电池组的实时电压下降至47V，信号采集处理模块2b即发出相应的逻辑处理信号。

DC/DC充电模块2c可以独立设置，功率器件与逻辑控制器件分立有利于工作稳定性，尤其是充电模块2c功率较大时；图3为一种充电模块2c独立设置的逻辑控制结构示意图。

行业公知，电池组的实时电压与实时容量并非线性关系，对技术要求较高的应实时监测动力电池组的实时容量，并在设定的工作逻辑条件为动力电池组补充电能；常规检测电池容量的技术是采用微分流数据比较方法，市场上已有各种精度的容量测试仪及测试器件模块，将其与动力电池组并联即可读出容量信号；实用时，容量测试仪或测试器件模块不必与动力电池组常态并联，优选在测控装置的中控平台设定为定时(例如每间隔5分钟)并联接通动力电池组读取容量信号；例如某电动车的镍电池组的满荷容量为200Ah，只要测控装置读取到动力电池组的容量下降至70Ah，信号采集处理模块2b即发出相应的逻辑处理信号。

所述测控装置2对动力电池组4的实时电压或实时容量监测功能，可择一设置也可以同时设计。

当备用电池组1的设计电压低于动力电池组4的电压时，需在备用电源装置中加入电压提升模块5才能实现对动力电池组充电；例如常规电动自行车的动力电池组电压为48V12Ah计576VAh，备用电池组采用铝空气电池，因铝空气电池的比能量高而适合制作大容量，例如较佳的容量设计值为500Ah，仅配置标称12V备用电池组的能量巳达到6000VAh，可使常规电动自行车的行程从数十公里增加到数百公里；该设计例中，需要把标称12V的铝空气电池的电压提升至48V以上。图4是在图2述例基础上加入电压提升模块5的一种逻辑控制结构示意图，电压提升模块独立设置。

图5是一种在图3述例基础上，电压提升模块5和DC/DC充电模块2c均独立设置的一种优选设计逻辑控制结构示意图。

测控装置2(包括独立设置的DC/DC充电模块、电压提升模块5)的信号逻辑控制需要工作电流，该信号逻辑工作电流接口可电连接备用电池组1也可以电连接动力电池组4；当该测控装置逻辑工作电流接口电连接备用电池组1时，其优点为备用电源装置对外接口简单(与所述电动车的动力电池组4仅通过逻辑接口3对接)，但会静态消耗备用电池组1的电量(此处所述静态是备用电源装置处于对动力电池组4的实时信号采集、处理状态，未启用对动力电池组4补充电能的功能)；当该测控装置逻辑工作电流接口电连接动力电池组4时，其优点为静态工作时不消耗备用电池组的电量；两种方案各有其优缺点，可根据具体要求而设计。

电容器6的技术特点是比能量极低，使得它不可能单独用作电动车的能量源，但作为辅助能量使用具有显著优点。在备用电源装置中加入电容器的技术目的，是考虑到使用某些大容量一次电池作为备用电池组时，其闭合放电的瞬间会产生较大的冲击电流，加入电容器可有效消除闭合冲击电流对测控装置2带来的系统偶联影响；电容器既可以并联设置在测控装置的输出端，如图6所示，也可以并联设置在测控装置的输入端，或两者同时设置。

所述逻辑接口3的基本功能，是将备用电源装置接入电动车动力电池组4的电路开关，该电路开关通常采用电控功率开关设置为逻辑自动控制方式，也可设置为人机界面形式，通过手动装置控制。逻辑接口3同时也是对动力电池组采集信号的通道，为消除电动车中控系统通过动力电池组对逻辑接口3附加的脉冲信号影响，可以在逻辑接口3中与测控装置的信号通道中加入滤波保护电路。

滤波保护模块可设置在测控装置的任一信号输入通道，图2示例了滤波保护模块2a设置在动力电池组4通过逻辑接口3进入测控装置2输入端的一种设计；滤波保护模块2a亦可设置在备用电池组1进入测控装置2的输入通道，或两个输入通道同时设置滤波保护模块，如图7所示。

当使用二次电池作为备用电池组时，因二次电池的自放电普遍较大(一般月自放电率会达到标称容量的3-10％)，需要定期补充电能，补充电时可外接充电装置，也可在所述备用电源装置内置专用的补充电装置7；该补充电装置可利用周期性充满的动力电池组4电能，反过来定期为该二次电池(备用电池组1)补充因自放电损失的电量，这类补充电技术为行业所公知；图8为本实用新型一种增设补充电装置7的逻辑控制结构示意图，逻辑接口3相应设置对接补充电装置7电源输入端的通道，使补充电装置7的电源输入端通过逻辑接口3电连接动力电池组4。

上述补充电装置7一般包括输出电压恒定电路和输出电流限制电路，具体设计时需灵活运用；例如用作第二电池组1的二次电池并不需要常态浮充，定期补充电能即可；又例如当第二电池组1采用二次电池时，补充电装置7的电源输入端与第一电池组4的外置充电器输出端设计为接口共用，这样可充分利用第一电池组4的周期性充电制度，使二次电池的第二电池组1同样得到周期性补充电。

以下的实施例仅为推荐，这些若干技术方案可单独使用，也可加入或组合并用其他成熟技术；只要根据动力电池组电压或容量的下降所表现的技术特点，通过测控装置对其进行信号采集以及数据处理，在设定的逻辑条件下启动备用电池组对动力电池组的DC/DC充电，即可实现本实用新型方案的基本技术目标。

对电动车以及电动机技术较深入了解的专业人士，都不难在本实用新型所述的方案基础上，举一反三地变形实施本实用新型内容。本实用新型所述备用电源装置的基础结构及其衍生的技术变形实施，应被列入本实用新型的保护范围。

实施例

实施例1、

一种车架如图9所示电动两轮车的备用电源装置，该两轮车的动力电池组4为标称17V18Ah的镍锌高聚薄膜电池组，功率数计306VAh。

备用电源装置的备用电池组1采用铝空气电池，其单体标称电压1.71V，单体容量200Ah，15个单体串联成标称电压25.65V、标称容量200Ah的备用电池组，即备用电池组的功率数计5130VAh；备用电池组1电连接测控装置2的电源输入端；测控装置2的内部设置有滤波保护模块2a、信号采集处理模块2b和DC/DC充电模块2c，信号采集处理模块2b的逻辑功能包括了对动力电池组4实时状态的信号采集处理，如图2所示。

测控装置2采用一体化的数据处理、功率模块编程实现，其功能包括对动力电池组4实时状态的信号采集、信号处理和DC/DC充电，逻辑工作电流接口通过逻辑接口3电连接动力电池组4。

逻辑接口3除了测控装置2的信号采集接口，电源接口采用一个常规逻辑电控的功率开关，其自动控制逻辑为，接收“0”信号时不闭合(断路)，当接收到“1”信号时与动力电池组4闭合(电路导通)。

测控装置2中DC/DC充电模块2c的控制逻辑，通过编程设定为恒定输出电压18.9V、限制最大输出电流9A；充电模块的输出回路设计有启动触发逻辑开关，输出回路开路时静置，当输出回路被接通时同步启动(电路导通)。

测控装置2对动力电池组4的信号采集、处理为实时电压监测，当动力电池组4的实时电压高于15V时，测控装置2对逻辑接口3输出“0”信号，备用电源装置处于静置状态(忽略电压信号实时监测、处理的功耗)；当动力电池组4的实时电压下降至15V时，测控装置2对逻辑接口3输出“1”信号，逻辑接口3与动力电池组4闭合；与此同时，测控装置2中的DC/DC充电模块2c因输出回路被接通，自动进入充电状态。

本实施例因设计有大容量的备用电源装置，备用电池组1的储备功率数为动力电池组4的16.8倍，即备用电源装置启用后可增加16.8倍续航里程，有效地适应了一部分热爱使用电动两轮车旅行的人群需求；根据目前电动两轮车配用数码电机的经验数据，306VAh功率数的动力电池组可供续航约50公里，本实施例电动两轮车的理论续航里程将可达到900公里。

本实施例所述的逻辑接口3，亦可以置换为人机对话的界面操控形式，将测控装置2对逻辑接口3输出信号的方式置换为对驾驶员提示，例如色光、音呜、数字显示等，通过人工界面的操控方式闭合逻辑接口3。

实施例2、

实施例1备用电源装置中备用电池组1的储备功率数为5130VAh，当电动两轮车不需要续航里程达到900公里量级时，可降低备用电池组的储备功率数配置；因铝空气电池的比能量高，宜制作为大容量产品(性价比高)，本实施例将实施例1中备用电池组1的铝空气电池单体改为7个，7个单体串联成标称电压11.97V、标称容量200Ah的备用电池组，即备用电池组的功率数计2394VAh。

本实施例在实施例1基础上加入DC/DC电压提升模块5，其独立设置；这类电压提升模块在市场有各种规格的产品，功率数远远超出电动车的需求，购置后只需按说明书编程、填入对应数据即可使用。本实施例中，DC/DC电压提升模块的电源输入端电连接备用电池组1，信号输入端连接测控装置2的信号采集处理模块2b，电源输出端电连接测控装置2中DC/DC充电子模块2c的输入端。

其余与实施例1同。

前述测控装置2中的DC/DC充电子模块也可分立设计，如图3所示，通过编程实现所述的功能。

实施例3、

在实施例2的设计基础上继续加入电容器，其技术目的是消除闭合冲击电流对测控装置带来的系统偶联影响；使用一只400V500UF的电容器6，电容器6并联设置在测控装置的输出端，如图6所示。

其余与实施例2同。

实施例4、

在实施例1的基础上，设计一种电动四轮车的备用电源装置，该电动四轮车动力电池组4的应用数据为：动力电池组为标称48V200Ah的铅酸电池组，标称功率数计9.6KVAh。备用电池组1同样采用铝空气电池，单体容量调整为800Ah，40个单体串联成标称电压68V、标称容量800Ah的备用电池组，即备用电池组的储备功率数计54.4KVAhVAh。

本实施例的DC/DC充电模块独立于测控装置2而设置，如图3所示；DC/DC充电模块通过编程设定为恒定输出电压54.0V、限制最大输出电流50A；测控装置2和逻辑接口3的设计方法与实施例1雷同，本实施例的备用电源装置可使该电动四轮车在48V200Ah铅酸电池组驱动的续航里程基础上，获得5.6倍的理论增程。

本实施例所述的备用电池组1，其选型亦可更改为可反复充电使用的铝离子电池、锂离子电池或其他比能量比铅酸电池高的二次电池；当备用电池组1选型为二次电池时，在备用电源装置中增设补充电装置7，该补充电装置与备用电池组1、测控装置2以及逻辑接口3的逻辑控制结构如图8所示。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种电动车的备用电源装置，其特征在于，所述备用电源装置包括备用电池组(1)、测控装置(2)和逻辑接口(3)；所述备用电池组(1)包括一次电池，其电连接测控装置(2)的电源输入端；所述测控装置(2)的输出端通过逻辑接口(3)与电动车的动力电池组(4)电连接；所述测控装置(2)的信号输入端连接动力电池组(4)或通过逻辑接口(3)连接动力电池组(4)。

2.根据权利要求1所述的备用电源装置，其特征在于，所述测控装置(2)包括滤波保护模块(2a)、信号采集处理模块(2b)和DC/DC充电模块(2c)；所述的信号采集处理模块(2b)包括电压采集电路和/或电池容量采集电路。

3.根据权利要求2所述的备用电源装置，其特征在于，所述的DC/DC充电模块(2c)分立设置，其电源输入端电连接备用电池组(1)，电源输出端电连接逻辑接口(3)或所述电动车的动力电池组(4)，信号输入端连接信号采集处理模块(2b)。

4.根据权利要求1或2所述的备用电源装置，其特征在于，所述的备用电源装置还包括电压提升模块(5)，电压提升模块(5)的电源输入端电连接备用电池组(1)，电压提升模块(5)的电源输出端电连接DC/DC充电模块(2c)，电压提升模块(5)的信号输入端连接测控装置(2)。

5.根据权利要求4所述的备用电源装置，其特征在于，所述的电压提升模块(5)和测控装置(2)分立设置，其部分功能或全部功能集成于测控装置(2)。

6.根据权利要求2所述的备用电源装置，其特征在于，所述的DC/DC充电模块(2c)包括输出电压恒定电路和输出电流限制电路。

7.根据权利要求1所述的备用电源装置，其特征在于，所述备用电源装置还包括电容器(6)，所述电容器(6)与测控装置(2)的输入端或/和输出端并联电连接。

8.根据权利要求1所述的备用电源装置，其特征在于，所述备用电池组(1)还包括二次电池或/和电能转换装置；所述的电能转换装置包括储氢电能转换装置、燃油发电装置、太阳能发电装置或风能发电装置。

9.根据权利要求8所述的备用电源装置，其特征在于，当所述备用电池组(1)选用二次电池时，所述备用电源装置包括补充电装置(7)；补充电装置(7)包括电源输出端、电源输入端和信号输入端，其电源输出端电连接备用电池组(1)，其电源输入端电连接逻辑接口(3)或所述电动车的动力电池组(4)，其信号输入端连接测控装置(2)。

10.一种电动车，其特征在于，所述电动车含有至少一套如权利要求1～9任一所述的备用电源装置。