CN206202005U - 一种用于纯电动车的动力系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种用于纯电动车的动力系统,包括动力电池,同步电机,其特征在于,该动力系统还包括超级电容,所述超级电容与动力电池之间连接有二极管;所述二极管使电流由超级电容向动力电池单向流动。本实用新型的动力系统,通过动力电池与超级电容一起连接三相交流同步电机,具有高功率密度,高能量密度,大大减少动力电池瞬时大电池充电及大电流放电的次数,延长动力电池各单体电池的均衡效果,延长动力电池组整体循环寿命,降低车辆运营维护及使用成本,同时满足纯电动汽车对功率密度和能量密度的双重要求,提高整车动力性能,提高制动能量回收率,降低单位载质量能量消耗量,延长续驶里程。

Description

一种用于纯电动车的动力系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种用于纯电动车的动力系统,特别是涉及动力电池与超级电容 配合驱动电机的用于纯电动车的动力系统。
背景技术
[0002] 随着能源危机和环境污染的日益严重,电动汽车由于其节能、环保、能量转换效率 高等优点,得到了产业界的高度重视和政府部门的大力扶持。目前,制约电动汽车发展的一 个重要因素是其续驶里程短,如何提高纯电动汽车的动力系统的效率具有重大意义。
[0003] 目前的电动汽车大多采用单一能源结构,即利用动力电池或动力电池组作为纯电 动车的能源动力,但动力电池循环寿命有限;充放电次数少;功率密度难以满足短时间突加 速、刹车的需要;同时制动能量回馈不充分,尤其在电动汽车在驱动过程中频繁加速,起步 和爬坡时,瞬间放电电流过大,严重影响了动力电池组的能量利用效率和使用寿命,而且导 致车辆的动力性能受到了制约,在城市工况下,频繁的刹车制动,电机再生制动产生的充电 电流波动幅度很大,会削减电池组的使用寿命,而且回收的能量有限,造成能量的浪费。 实用新型内容
[0004] 本实用新型提供一种改进的动力系统,通过将动力电池与超级电容联合与电机连 接,实现了纯电动车在使用过程中的能量供给,以及及时将能量进行回收再利用的功能,有 效的提高了动力系统的效率,提高了电动汽车系统性能。
[0005] 具体来说,本实用新型中提供的一种用于纯电动车的动力系统,包括动力电池,同 步电机,其特征在于,该动力系统还包括超级电容,所述超级电容与动力电池之间连接有二 极管;所述二极管使电流由超级电容向动力电池单向流动。
[0006] 一些优选的实施方式中,超级电容单独连接在同步电机上,或者超级电容与动力 电池并联在同步电机上。
[0007] 超级电容作为能量回馈接收的大功率存贮器件,功率密度高;循环寿命长(充放电 次数可达10万以上);短时间允许的充放电流大(可达几百甚至上千安培),充电时间短(能 在几秒内完成充电),在任何荷电状态下可满电流放电;超级电容作为辅助能量源,一次充 满电总能量可设置为0.10〜2KWH。此外,超级电容可单独或与动力电池并联驱动同步电机, 并且超级电容与动力电池之间有二极管,使动力电池的电不流向超级电容。
[0008] —些优选的实施方式中,所述动力电池连接管理系统BMS,超级电容连接管理系统 CMS,BMS与CMS通过CAN线与整车集成控制器信号连接。
[0009] —些优选的实施方式中,超级电容总电压高于动力电池总电压50〜100V。一个具 体的实施例中,动力电池总电压350V,超级电容总电压430V。
[0010] 一些优选的实施方式中,所述电机为三相交流永磁同步电机。三相交流永磁同步 电机具有体积小、高效率、高力矩惯量比、高能量密度、环保低碳的优点,更合适于纯电动车 的动力系统。
[0011] —些优选的实施方式中,三相交流永磁同步电机还具有电机控制器;所述电机控 制器与整车集成控制器信号连接。
[0012] —些优选的实施方式中,充电机与动力电池连接。即充电机仅给动力电池进行充 电。
[0013] 有益效果
[0014] 本实用新型的动力系统,通过动力电池与超级电容一起连接三相交流同步电机, 具有高功率密度,高能量密度,大大减少动力电池瞬时大电池充电及大电流放电的次数,延 长动力电池各单体电池的均衡效果,延长动力电池组整体循环寿命,降低车辆运营维护及 使用成本,同时满足纯电动汽车对功率密度和能量密度的双重要求,提高整车动力性能,提 高制动能量回收率,降低单位载质量能量消耗量,延长续驶里程。
附图说明
[0015]图1为本实用新型的动力系统的结构示意图;
[0016]图2为动力系统的功率能量流模型图;
[0017]图3为超级电容独立驱动工作模式示意图;
[0018]图4为超级电容/锂电池并联驱动工作模式示意图;
[0019]图5为锂电池独立驱动工作模式示意图;
[0020]图6为能量再生制动模式示意图。
[0021] 附图标记说明:
[0022] 动力系统900;动力电池(组)100;动力电池管理系统BMS110;超级电容200;超级电 容管理系统CMS210;整车集成控制器300;CAN线400;驱动电机侗步电机)500;电机控制器 510;驱动桥600;传动轴610;充电机700;二极管800
具体实施方式
[0023] 下面对本实用新型涉及的结构或这些所使用的技术术语做进一步的说明。在下面 的详细描述中,图例附带的参考文字是这里的一个部分,它以举例说明本实用新型可能实 行的特定具体方案的方式来说明。我们并不排除本实用新型还可以实行其它的具体方案和 在不违背本实用新型的使用范围的情况下改变本实用新型的结构。
[0024] 本实用新型的动力系统900,用于给纯电动汽车提供动力,保证电动汽车在使用过 程中的能量供给,同时,将电动汽车使用过程中制动能量进行有效的回收再利用。具体来 说,该动力系统900包括动力电池1〇〇或动力电池组,超级电容200以及同步电机500,动力电 池100与电机500相连接,用于提供电机500驱动的能量。超级电容200单独与同步电机500连 接,或者,超级电容200与动力电池1〇〇并联,一起连接在同步电机500上,这样,超级电容200 可以单独给同步电机500提供动力,或者,超级电容200与动力电池100—起给电机500提供 动力。更为具体的,如图1所示,动力电池100连接在管理系统BMS110,超级电容200连接管理 系统CMS210,然后,BMS110与CMS210分别连接在CAN线400上,并通过CAN线400连接在整车集 成控制器300上,整车控制器300与集成电机控制器510连接,并且,集成控制器510与电机 500连接,同时,电机500通过传动轴610连接驱动桥600。一些实施例中,充电机7〇0与动力电 池100连接,用于对动力电池进行充电。另一些实施例中,动力电池与超级电容之间还通过 二极管800连接,使电流仅能够从超级电容向动力电池进行流通。一些实施例中,超级电容 总电压高于动力电池总电压50〜100V。
[0025] 一些实施例中,同步电机500为三相交流永磁同步电机。三相交流永磁同步电机 500还具有电机控制器510;所述电机控制器510与整车集成控制器300信号连接。与普通交 流变频电机相比,三相交流永磁同步电机具有体积小、髙效率、高力矩惯量比、高能量密度、 环保低碳等特点。近年来随着新能源电动汽车的政策导向与大力推广应用,永磁同步电机 凭借自身优点在电动汽车上得到广泛使用,永磁同步电机控制器的设计和制造也越来越成 熟,控制精度和可靠性也大幅提升,并快速向智能化、小型化方向发展。
[0026] —个具体实施例中,动力系统900的超级电容200:总电压430VDC;总能量1KWH;锂 电池组100:总电压348.8VDC;总能量69.76KWH;同步电机500:额定电压380VAC;额定功率 55KW、最大功率110KW。
[0027]本实用新型中,动力电池100与超级电容200形成的混合能量源与三相交流永磁同 步电机500驱动系统相结合,组成基于混合能量源的一体化高效电机驱动与制动能量回收 的动力系统900,在电机500启动、加速时,该系统900提供瞬时大功率能量,电机500制动、减 速时该系统9〇〇最大限度回收电机5〇0回馈的能量,同时通过控制器及硬件设计系统可实现 能量或功率在超级电容200与动力电池100间的合理分配。该系统的功率能量流模型如图2 所示,其中,动力电池100与高压控制柜310之间的功率能量,超级电容200与高压控制柜310 之间的功率能量,高压控制柜31〇与电机控制器510之间的功率能量,电机控制器510与同步 电机5〇〇之间的功率能量均是双向流动的,即功率能量在这些部件之间可以正向,也可以反 向流动。而在动力电池100之间与超级电容200之间,由于二极管800的作用,功率能量仅能 从超级电容200流动到动力电池100。具体来说,超级电容200可以单独输出能量经高压配电 柜31〇、电机控制器510至同步驱动电机5〇0;超级电容200可以与锂电池1〇〇并联输出能量经 高压配电柜310、电机控制器510至同步驱动电机5〇〇;锂电池(动力电池)100可以单独输出 能量经高压配电柜310、电机控制器510至同步驱动电机500;制动时,同步电机500产生制动 再生能量,此回收能量经电机控制器510、高压配电柜310,先行回电至超级电容200对其进 行快速充电,超级电容200电量充满时,再回电至锂电池1〇〇;车辆接近匀速行驶或需求功率 较小加速行驶,此过程中,超级电容2〇0因总电压高于锂电池100的电压,超级电容的电量通 过二级管800可以输出给锂电池。
[0028]为分别发挥该动力系统900的动力电池1〇〇与超级电容组2〇〇的优势,结合它们各 自独立工作的特性,该动力系统900工作时应遵照下列准则:
[0029]①电动汽车启动或急加速时,主要由超级电容200提供能量给驱动电机500,保持 母线电压稳定(35〇VDC± 10V);当超级电容2〇〇电压降到与动力电池1〇〇电压相同(35OV)时, 电容200与电池100共同输出电能,输出整车所需动力;
[0030]②电动汽车在匀速或速度变化较小的工况时,由动力电池100提供能量给驱动电 机500,保持母线电压稳定(350VDC±10V);
[0031]③电动汽车在刹车制动时,由超级电容200首先以大电流快速吸收电机500回馈的 能量,回收过程中当超级电容2〇0充满电后,再给动力电池10〇进行回电。
[0032]根据以上工作准则,该动力系统900有下列四种工作模式:
[0033]①超级电容200单独提供驱动功率模式(工况描述:瞬时功率需求很大的车辆启步 和短时急加速(加速度彡〇.3m/s2)过程。在30秒内,超级电容200可提供最大300A电流,使同 步电机500最大瞬时功率达110KW),如图3所示,箭头指向为能量流动方向:超级电容200的 能量流动至整车控制器300 (包括其中的高压配电柜310),再经过电机控制器510,到达同步 电机5〇〇,最后电机5〇0将能量传输到驱动桥600,驱动电动汽车。
[0034] ②动力电池100/超级电容200并联驱动模式(工况描述:较长加速行驶、爬长坡行 驶。上述①超级电容单独驱动电机且需较长加速行驶或爬长坡行驶时间超过30秒以上,当 电容电压降到与动力电池总电压相同的350V时,此时电池与电容并联输出电能,输出整车 所需动力),如图4所示,两组箭头指向为能量流动方向:第一组箭头超级电容200的能量流 动至整车控制器300 (包括其中的高压配电柜310),再经过电机控制器510,到达同步电机 500;第二组箭头动力电池1〇〇的能量流动至整车控制器300 (包括其中的高压配电柜310), 再经过电机控制器510,到达同步电机500。两组箭头示意出超级电容与动力电池同时供电 的模式。最后电机500将能量传输到驱动桥600,驱动电动汽车。
[0035]③动力电池100单独提供驱动功率模式(工况描述:车辆巡航行驶或匀速平稳行 驶、需求功率较小加速行驶。本例中车辆速度在20KM/小时〜60KM/小时内接近匀速平稳行 驶,或加速度小于〇_3m/s2,加速度值的设定还可以电子油门输出电压模拟量的变化量并在 控制策略中定义。此过程中超级电容回收的能量根据整车控制能量管理策略可以向锂电池 提供),如图示,箭头指向为能量流动方向:动力电池100的能量流动至整车控制器300 (包括其中的高压配电柜310),再经过电机控制器510,到达同步电机500。最后电机500将能 量传输到驱动桥600,驱动电动汽车。
[0036]④再生制动模式(工况描述:车辆减速行驶、下坡行驶;回收能量先流向超级电容 200再到动力电池100,同时根据动力电池1〇〇和超级电容200的SOC状态由整车控制器来分 配回收功率。本例中超级电容30秒内最大回收电流达300A,一次最高可回收1KffH能量),如 图6所示,箭头指向为能量流动方向:制动产生的能量从驱动桥600返回电机500,电机500经 电机控制器51〇和整车控制器300回传至超级电容200,带超级电容200充满电量后,剩余的 能量分配传输至动力电池100。将回收能量储存在超级电容200和动力电池100中用于后续 的电动汽车的使用。

Claims (7)

1.一种用于纯电动车的动力系统,包括动力电池,同步电机,其特征在于,该动力系统 还包括超级电容,所述超级电容与动力电池之间连接有二极管;所述二极管使电流由超级 电容向动力电池单向流动。
2. 根据权利要求1所述的动力系统,其特征在于,超级电容单独连接在同步电机上,或 者超级电容与动力电池并联在同步电机上。
3. 根据权利要求2所述的动力系统,其特征在于,所述动力电池连接管理系统BMS,超级 电容连接管理系统CMS,BMS与CMS通过CAN线与整车集成控制器信号连接。
4. 根据权利要求3所述的动力系统,其特征在于,超级电容总电压高于动力电池总电压 50〜100V。
5. 根据权利要求4所述的动力系统,其特征在于,所述电机为三相交流永磁同步电机。
6. 根据权利要求5所述的动力系统,其特征在于,三相交流永磁同步电机还具有电机控 制器;所述电机控制器与整车集成控制器信号连接。
7. 根据权利要求1所述的动力系统,其特征在于,充电机与动力电池连接。
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CN109532564A (zh) * 2018-12-14 2019-03-29 宁波石墨烯创新中心有限公司 一种电源系统及电动汽车
CN110549872A (zh) * 2018-03-27 2019-12-10 北京华田汽车科技有限公司 采用标准电池包与集成式电力控制单元的电动汽车高压电气架构

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