一种电动车混合能源混动供电设备
阅读：264发布：2022-10-02
专利汇可以提供一种电动车混合能源混动供电设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 电动车 混合 能源 混动供电设备，连接于电动车的铅酸 蓄 电池 模 块 与负载之间，包括：锂电池储能模块；与所述锂电池储能模块连接的锂电池充电管理 电路 ；连接于所述 铅酸 蓄电池 模块和所述锂电池充电管理电路之间的 升压电路 ；分别与所述 铅酸蓄电池 模块和所述锂电池储能模块连接的汇流电路。可充分发挥两种 电池组 的优势，在瞬间大负载，如启动时，由锂电池主要提供大 电流 ，使铅酸电池保持小电流工作，提高了起步 加速 效果，同时对铅酸电池进行了保护，提高了续航能 力 和铅酸电池寿命。，下面是一种电动车混合能源混动供电设备专利的具体信息内容。
1.一种电动车混合能源混动供电设备，连接于电动车的铅酸蓄电池模块与负载之间，其特征在于，包括：
锂电池储能模块；
锂电池充电管理电路，与所述锂电池储能模块连接，用于监控所述锂电池储能模块并对所述锂电池储能模块的充放电进行调整和保护；
升压电路，连接于所述铅酸蓄电池模块和所述锂电池充电管理电路之间，用于将所述铅酸蓄电池模块的工作电压升压至与所述锂电池储能模块的额定充电电压匹配的电压，并以限流方式向所述锂电池充电管理电路提供为所述锂电池储能模块充电的电流；以及汇流电路，分别与所述铅酸蓄电池模块和所述锂电池储能模块连接，并与所述电动车的负载连接，用于将所述铅酸蓄电池模块和所述锂电池储能模块的输出合并，以无环流状态为所述负载供电。
2.根据权利要求1所述的电动车混合能源混动供电设备，其特征在于：所述锂电池储能模块的容量为所述铅酸蓄电池模块容量的2% 5%。
~
3.根据权利要求1所述的电动车混合能源混动供电设备，其特征在于：所述锂电池储能模块的额定充电电压与所述铅酸蓄电池模块的额定工作电压的差值不超过5%。
4.根据权利要求1所述的电动车混合能源混动供电设备，其特征在于：还包括：
能量回收电路，分别连接所述升压电路和所述电动车的负载，用于将所述负载在刹车/制动时候由动能转换的电能进行收集，并输送至所述升压电路以向所述锂电池储能模块存储。
5.根据权利要求4所述的电动车混合能源混动供电设备，其特征在于：所述升压电路，还用于将所述能量回收电路回收输送的电能，升压至与所述锂电池储能模块的额定充电电压匹配的电压，并以限流方式向所述锂电池充电管理电路提供为所述锂电池储能模块充电的电流。
6.根据权利要求4所述的电动车混合能源混动供电设备，其特征在于：所述负载是指所述电动车的电机及与所述电机连接的电机控制器。
7.根据权利要求6所述的电动车混合能源混动供电设备，其特征在于：所述在刹车/制动时候由动能转换的电能，是指用于使所述电机产生反向磁能以利用内部阻力进行刹车的电能。
8.根据权利要求6所述的电动车混合能源混动供电设备，其特征在于：所述能量回收电路，包括开关和能量收集电路，其中：
所述开关，配置为能够响应所述电动车的刹车/制动信号以进行导通或断开，其一端连接于所述电机控制器向所述电机供电的线路上，另一端连接所述能量收集电路；
所述能量收集电路，一端连接所述开关，另一端连接所述升压电路，用于在所述开关导通后，将所述电机控制器向所述电机供给的刹车电能进行收集，并转换后向升压电路输送；
其中，所述刹车电能，是指用于使所述电机产生反向磁能以利用内部阻力进行刹车的电能。
一种电动车混合能源混动供电设备
技术领域
[0001] 本实用新型涉及电动车能源管理，特别是一种电动车混合能源混动供电设备。
背景技术
[0002] 目前，公知的电动车是利用蓄电池串联成电池组储能经过电机控制器驱动电动机转换为动能的提供动力的。目前，主要有应用到铅酸蓄电池和锂离子电池两种电池，都是将多块电池串联成电池组后组成适合的电压来使用的。
[0003] 两种电池各有利弊：
[0004] 1、铅酸电池优势为成本低，利用现有成熟技术可以无害化回收且经过加工后材料可循环使用；缺点为能量密度相对锂离子电池较低，循环使用寿命在300次左右，充放电倍率较低，无法承受高频次的大倍率充放电；
[0006] 因此，现有电动车无论采用哪种电池组储能都各有优劣势存在。小部分采用锂离子电池组的虽然性能优异但是成本较高，电池报废后无法无害化处理；大部分采用铅酸电池组的虽然成本相对较低，但铅酸电池能量密度较低，要达到相同的储能量需要更重的电池组，并且电动车起步和加速都需要电池组提供大电流支持，且这个过程中需求的电流大小都已经远远超过了车辆适配的铅酸电池组的安全放电电流，会导致电池组无法释放出额定的容量，还会大大缩短铅酸电池组的使用寿命，原本设计500次循环充放电使用的铅酸电池组在实际使用环境中往往都在200次循环以内电池组性能就已经达到报废的标准。实用新型内容
[0007] 为了克服现有的铅酸电池组和锂离子电池组在应用中的劣势，本发明创造提供一种电动车混合能源混动供电设备，可充分发挥两种电池组的优势，在瞬间大负载，如启动时，由锂电池主要提供大电流，使铅酸电池保持小电流工作，提高了起步加速效果，同时对铅酸电池进行了保护，提高了续航能力和铅酸电池寿命。
[0008] 为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术：
[0009] 一种电动车混合能源混动供电设备，连接于电动车的铅酸蓄电池模块与负载之间，其特征在于，包括：
[0010] 锂电池储能模块；
[0011] 锂电池充电管理电路，与所述锂电池储能模块连接，用于监控所述锂电池储能模块并对所述锂电池储能模块的充放电进行调整和保护；
[0012] 升压电路，连接于所述铅酸蓄电池模块和所述锂电池充电管理电路之间，用于将所述铅酸蓄电池模块的工作电压升压至与所述锂电池储能模块的额定充电电压匹配的电压，并以限流方式向所述锂电池充电管理电路提供为所述锂电池储能模块充电的电流；以及
[0013] 汇流电路，分别与所述铅酸蓄电池模块和所述锂电池储能模块连接，并与所述电动车的负载连接，用于将所述铅酸蓄电池模块和所述锂电池储能模块的输出合并，以无环流状态为所述负载供电。
[0014] 进一步，所述锂电池储能模块的容量为所述铅酸蓄电池模块容量的2% 5%。~
[0015] 进一步，所述锂电池储能模块的额定充电电压与所述铅酸蓄电池模块的额定最大工作电压的差值不超5%。
[0017] 更进一步，所述升压电路，还用于将所述能量回收电路回收输送的电能，升压至与所述锂电池储能模块的额定充电电压匹配的电压，并以限流方式向所述锂电池充电管理电路提供为所述锂电池储能模块充电的电流。
[0018] 进一步，所述负载是指所述电动车的电机及与所述电机连接的电机控制器。
[0019] 进一步，所述在刹车/制动时候由动能转换的电能，是指用于使所述电机产生反向磁能以利用内部阻力进行刹车的电能。
[0022] 所述能量收集电路，一端连接所述开关，另一端连接所述升压电路，用于在所述开关导通后，将所述电机控制器向所述电机供给的刹车电能进行收集，并转换后向升压电路输送；
[0023] 其中，所述刹车电能，是指用于使所述电机产生反向磁能以利用内部阻力进行刹车的电能。
[0024] 本实用新型有益效果：
[0025] 1、通过本设备的接入实施，避免了铅酸电池在电动车行驶中需要出现的大电流工作状态，以更具备提供瞬时动力锂电池模块来进行大电流输出，充分发挥了两种类型的电池特性，在面临起步加速/急加速时，铅酸电池自动会以其“擅长”的小电流工作，锂电池自动会以其“擅长”的大电流工作，可以提高电动车的续航能力和本身铅酸电池寿命，在实施中，效果明显；
[0026] 2、将电动车行驶过程中的刹车能量进行回收，将本来要用于电机产生反矩制动的由动能转换的电能进收集，在城市道路，尤其是拥堵道路和红绿灯较为频繁的区域，能量回收效果明显，进一步提高了电动车的续航能力；
[0029] 图2为本实用新型实施例二的电路结构框图。
[0030] 图3为本实用新型实施例二中的能量回收电路结构框图。
[0032] 图5为铅酸电池放电性能曲线。
[0033] 图6为本实用新型实施例具体实施方式的一种升压电路图。
[0034] 图7为本实用新型实施例具体实施方式的一种汇流电路图。
[0035] 图8为本实用新型实施例具体实施方式的一种锂电池充电管理电路图。
[0036] 图9为本实用新型实施例具体实施方式的一种能量回收电路图。
具体实施方式
[0037] 下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细说明。
[0038] 如图1所示，为本实用新型实施例一的电路结构框图。
[0039] 本实施例提供的电动车混合能源混动供电设备，连接于电动车的铅酸蓄电池模块与负载之间。
[0040] 所述电动车，主要是指电动汽车、电动三轮车等，其动力源为铅酸蓄电池模块。
[0041] 所述负载，主要是指所述电动车的电机及与所述电机连接的电机控制器。
[0042] 具体的，本实施例提供的所述设备包括：锂电池储能模块、锂电池充电管理电路、升压电路、汇流电路。
[0043] 锂电池储能模块的容量选择，为所述铅酸蓄电池模块容量的2% 5%。从而可以很好~的利用所述铅酸蓄电池模块的特点，小电流工作，且也不需要过高的电能量为所述锂电池储能模块充电和提供足够的电能。
[0044] 锂电池储能模块的额定充电电压选择，尽量与所述铅酸蓄电池模块的额定工作电压匹配，以便于升压电路进行升压匹配，一般的，选择与所述铅酸蓄电池模块的额定工作电压的差值不超5%。
[0045] 现有12V铅酸电池的正常的充电和工作电压区间为10.5V-14.1V（单元电压1.75V-2.35V）之间，正常有效放电电压在12.6V-10.5V（单元电压2.1V-1.75V）之间。现有的电机控制器均是依据这个电压标准后适当加宽电压区间设计的，每一节12V的铅酸电池我们与之匹配4节串联的磷酸铁锂动力锂电，其正常的充电和工作电压区间为10V-14.6（单节电压
2.5V-3.65V），正常有效放电电压在13.2V-10V（单节电压3.3V-2.5V）之间，并且磷酸铁锂电池的80%以上的SOC容量区间的电压在13.2V-12V之间；这样与之匹配后磷酸铁锂电池组的带负载工作电压区间会一直高于铅酸电池组的带负载的工作电压区间，且磷酸铁锂会在工作和闲置时候一直接受铅酸电池组的经过升压后的充电，使其电压会一直高于铅酸电池组，这样保证了需要大电流时候锂电池组优先放电的需求。上述说明参考图4和图5。
2.5V-3.65V），正常有效放电电压在13.2V-10V（单节电压3.3V-2.5V）之间，并且磷酸铁锂电池的80%以上的SOC容量区间的电压在13.2V-12V之间；这样与之匹配后磷酸铁锂电池组的带负载工作电压区间会一直高于铅酸电池组的带负载的工作电压区间，且磷酸铁锂会在工作和闲置时候一直接受铅酸电池组的经过升压后的充电，使其电压会一直高于铅酸电池组，这样保证了需要大电流时候锂电池组优先放电的需求。上述说明参考图4和图5。
[0046] 具体的，本实施例针对的所述电动车为60V快递专用电三轮（以这个为例介绍），其铅酸蓄电池模块的为5串的12V45ah组成60V45ah的电池组，具体单个/整体 额定放电工作电压分别为12.6V-10.5V和 63V-52.5V，单个/整体额定容量为12V45AH和60V45AH。
[0047] 对应选择的锂电池储能模块为20串3.2V1.1AH动力电芯组成的64V1.1AH电池组，其额定持续放电性能为30C（1.1*30A的电流持续放电），具体单个/整体 额定充电电压分别为3.65V/73V，额定单个/整体放电电压区间为3.3-2.5V/66V-50V，单个/整体容量为3.2V1.1AH/64V1.1AH。
[0048] 锂电池充电管理电路，与所述锂电池储能模块连接，用于监控所述锂电池储能模块并对所述锂电池储能模块的充放电进行调整，防止对所述锂电池储能模块的过高充电和放电情况，对所述锂电池储能模块进行保护。如图8所示，为锂电池充电管理电路图的一种具体实施方式的实际电路图，通过采用MOS管Q1、MOS管Q2、保护芯片U1及相关电阻、电容等元件，按照图8所示的电气连接关系设置，U1的OC管脚连接Q1的G2管脚，U1的GSI管脚通过R2接地，U1的QD管脚连接Q2的G1管脚，U1的VDD通过C1接BAT-，U1的VSS接BAT-，U1的VDD通过R1接BAT+，BAT+连接BAT，BAT连接BAT-，BAT-连接Q1的S1和Q2的S1，Q1的S2和Q2的S2接GND，Q1的G1接Q2的G1，Q1的G2接Q2的G2。此实例电路可实现锂电池充电管理电路的功能。此实施例电路仅为具体实施方式的一种，但不应该只限于此种。
[0049] 升压电路，连接于所述铅酸蓄电池模块和所述锂电池充电管理电路之间。由于所述铅酸蓄电池模块和所述锂电池储能模块属于两种完全不同类型的电池模块，要根据前者的工作电压和后者的充电电压进行直接选择，以实现完全匹配对接，并不现实，并且，在实际使用中，一般的实际工作电压和实际充电电压均与额定值有冲突，因此需要增加升压电路，用于将所述铅酸蓄电池模块的工作电压升压至与所述锂电池储能模块的额定充电电压匹配的电压，并以限流方式向所述锂电池充电管理电路提供为所述锂电池储能模块充电的电流。如图6所示，为升压电路的一种具体实施方式的实际电路图，通过采用驱动芯片U1、辅助供电芯片U2、MOS管Q1、及相关电阻、电容、电感、二极管等元件，按照图中视出的电气关系进行连接设置，U1的VCC连接U2的OUT，U1的GND接地，U1的MISO通过R1接地，U1的MISO连接Q1，U1的ADC3通过R3接地，U1的ADC2连接R2的变阻端，R2一端接地，另一端连接U1的VCC，U1的ADC3通过R4连接VOUT73V3A，R2的接地端通过C1连接+30V-70V，Q1一端连接U1的MISO，一端接地，一端通过L1连接+30V-70V，D2一端通过L1连接+30V-70V，另一端分别通过D1、C2、C3接地，D1、C2、C3一端接地，另一端连接VOUT73V3A，U2的IN连接+30V-75V，U2的IN和GND之间连接C5，U2的OUT通过C4接地，U2的GND接地。本电路实施例实施后实现升压电路的相关功能。此实施例电路仅为具体实施方式的一种，但不应该只限于此种。
[0050] 汇流电路，分别与所述铅酸蓄电池模块和所述锂电池储能模块连接，并与所述电动车的负载连接，用于将所述铅酸蓄电池模块和所述锂电池储能模块的输出合并，以无环流状态为所述负载供电。具体的，所述无环流状态，是指在所述铅酸蓄电池模块和所述锂电池储能模块均处于工作状态时，避免所述锂电池储能模块工作电流向所述铅酸蓄电池模块反向充电。如图7所示，为汇流电路的一种具体实施方式的实际电路图，包括分别设置的若干二极管，按照图中视出的电气关系进行连接设置，分别一端连接于锂电池储能模块输出端/铅酸蓄电池模块输出端，另一端连接至VOUT，至负载，通过此电路图的实施实现汇流电路的相关功能。此实施例电路仅为具体实施方式的一种，但不应该只限于此种。
[0051] 接入本实施例所述的设备后，所述升压电路将所述铅酸蓄电池模块的工作电压升压至与所述锂电池储能模块的额定充电电压匹配的电压，并以限流方式向所述锂电池充电管理电路提供为所述锂电池储能模块充电的电流，所述锂电池充电管理电路接收所述升压电路输送的限流电流，对所述所述锂电池储能模块充电，并监控所述锂电池储能模块并对所述锂电池储能模块的充放电进行调整，防止对所述锂电池储能模块的过高充电和放电情况，对所述锂电池储能模块进行保护。
[0052] 放电工作，为负载提供动力时，通过汇流电路将所述铅酸蓄电池模块和所述锂电池储能模块的输出合并，以无环流状态为所述负载供电。由于所述铅酸蓄电池模块本身的电池特性，其内阻较大，在面临大负载量，如所述电动车的启动瞬间时，压降很大；而所述锂电池储能模块本身的特性则是内阻较小，在面临同样情况时，压降小。因此，在所述电动车进行启动/起步加速瞬间时，或者瞬间急加速时，由于所述铅酸蓄电池模块由于压降大，将继续以小电流进行工作，启动瞬间或急加速瞬间需要的大电流，自然的由所述锂电池储能模块提供。从而，有效的避免了所述铅酸蓄电池模块面临需要大电流工作的状态，根据所述铅酸蓄电池模块本身的电池特性，其以小电流持续工作状态下，可输出的电能远大于在具有大电流工作下可输出的电能，这就保护并提高了所述铅酸蓄电池模块的续航能力，也对提高所述铅酸蓄电池模块的寿命有很大帮助。
[0053] 本实施例所述设备的接入，将可充分发挥两种电池的优势，利用铅酸电池的造价低，可无害化回收，锂离子高能量密度，高倍率充放电性能；且能将两种电池的劣势控制到尽量小，具备较强的实用性，尤其适合物流电动车等。
[0054] 本实施例的实施，当在电动车车辆长时间保持匀速行驶中，锂电池储能模块的容量小，电压会逐步降低到和铅酸蓄电池模块平衡，此时锂电池储能模块将停止放电，待车辆停车后，本设备会自动迅速对锂电池储能模块充电让其电压高于铅酸蓄电池模块以备下一次车辆起步或加速使用。
[0055] 如图2为本实用新型实施例二的电路结构框图。
[0056] 作为实施例一的优选实施方式，实施例二中所提供的所述设备，在实施例一的基础上，还包括能量回收电路。
[0057] 所述能量回收电路分别连接所述升压电路和所述电动车的负载，用于将所述负载在刹车/制动时候由动能转换的电能进行收集，并输送至所述升压电路以向所述锂电池储能模块存储。所述在刹车/制动时候由动能转换的电能，是指用于使所述电机产生反向磁能以利用内部阻力进行刹车的电能，这也是大部分电动车进行制动时候的基本/常用原理，先响应于刹车信号利用动能转换电能，产生反矩进行制动，再是刹车片的贴合。本实施例，就是要将此部分刹车时候原本转换的电能进行收集。同时，增加了刹车性能，原本车辆都带有刹车触发感应开关，磁能刹车没有机械摩擦，辅助原有的摩擦式刹车能进一步提升刹车性能和车辆安全性。此实施例电路仅为具体实施方式的一种，但不应该只限于此种。
[0058] 在此实施例中，所述升压电路，还用于将所述能量回收电路回收输送的电能，升压至与所述锂电池储能模块的额定充电电压匹配的电压，并以限流方式向所述锂电池充电管理电路提供为所述锂电池储能模块充电的电流。
[0059] 具体的，如图3所示，为所述能量回收电路的实施方式电路结构框图，能量回收电路包括开关和能量收集电路。
[0060] 所述开关，配置为能够响应所述电动车的刹车/制动信号以进行导通或断开，其一端连接于所述电机控制器向所述电机供电的线路上，另一端连接所述能量收集电路。具体的开关采用国家强制标准电动车车辆自带的开关，即刹车灯感应开关，可以获取所述的电动车的刹车/制动信号，并根据所述刹车/制动信号进行导通或断开。
[0061] 所述能量收集电路，一端连接所述开关，另一端连接所述升压电路，用于在所述开关导通后，将所述电机控制器向所述电机供给的刹车电能进行收集，并转换后向升压电路输送。其中，所述刹车电能，是指用于使所述电机产生反向磁能以利用内部阻力进行刹车的电能。
[0062] 更加具体的，作为能量回收电路模块具体实施方式的一种实例电路，如图9所示。
[0063] 包括若干继电器开关、整流桥堆，通过如图中所示的电气关系进行连接关系的配置，比如是：各继电器一端分别连接整流桥堆AC1、AC2、AC3，整流桥堆的DC连接升压电路，继电器分别用于响应连接原车/电动车刹车状态开关信号，同时，继电器的通断开关连接于电机绕组S和电机控制器之间。
[0064] 具体的，在所述电动车进行刹车/制动时，一般的，电机控制器首先切断与电机的供电，并且将此时由动能转换电能用于使电机产生反矩。在本实施例应用后，所述开关采用国家强制标准电动车车辆自带的开关，即刹车灯感应开关，响应到刹车/制动信号，导通开关，从而将能量收集电路与电机控制器向电机的供电电路连通，从而将本来要用于使电机产生反矩的由动能转换电能进行收集，并进行初步转换，然后由能量收集电路输送至升压电路。将所述能量回收电路回收输送的电能，升压至与所述锂电池储能模块的额定充电电压匹配的电压，并以限流方式向所述锂电池充电管理电路提供为所述锂电池储能模块充电的电流。从而实现了对能量的有效回收利用。在城市道路行驶中，所述电动车面临的刹车/制动次数越多，对于这部分能量的收集也就越明显，尤其是在道路拥堵及红绿灯较为频繁的区域。
[0065] 通过本实用新型提供的优选实施例，可进一步提高所述电动车的续航能力。
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