專利名稱：電動(dòng)車雙電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)車用電源系統(tǒng)，尤其是以鉛酸蓄電池組和鋰離子蓄電池組作 為動(dòng)力的電動(dòng)車雙電源系統(tǒng)，鉛酸蓄電池組和鋰離子蓄電池組為電動(dòng)機(jī)供電時(shí)呈并聯(lián)關(guān) 系，價(jià)格較高的鋰離子蓄電池組工作電流限制在一定值之內(nèi)，起步加速階段超過鋰離子蓄 電池組限定值的那部分大電流由價(jià)格低廉的鉛酸蓄電池組提供，從而達(dá)到避免大電流及大 的電流波動(dòng)對(duì)鋰離子蓄電池組的損傷，延長(zhǎng)鋰離子蓄電池組循環(huán)使用壽命、降低整車壽命 范圍內(nèi)使用鉛酸蓄電池和鋰離子蓄電池總體成本目的。屬于電動(dòng)車電源技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，市面上所售的電動(dòng)車動(dòng)力源有鉛酸蓄電池組或者鋰離子蓄電池組。鉛酸蓄 電池比能量?jī)H為35Wh/kg、比功率僅能達(dá)到250W/kg，單體循環(huán)使用壽命在大于70D0D%情 況下為500次，車輛單次充電行駛里程僅為150公里，整車自重極大。但是鉛酸蓄電池可靠 性好，具100多年的應(yīng)用歷史，電動(dòng)車目前有80% 90%的采用率，原材料易得，價(jià)格便宜 (鉛酸電池和鋰離子電池的材料費(fèi)比值為1 23)，放電電壓大于極限值時(shí)的內(nèi)阻變化不 大，大電流充、放電對(duì)起動(dòng)型鉛酸蓄電池組壽命影響不大。鋰離子蓄電池能量密度高達(dá)180W · h/L，功率密度高達(dá)778W/L，平均輸出電壓 3. 2V，能在-30 65°C較寬的工作溫度范圍寬工作，無記憶效應(yīng)，在急充電狀態(tài)下能夠在十 幾分鐘內(nèi)充80%左右的電量，對(duì)環(huán)境污染極小，鋰離子蓄電池單體在小電流恒流以及大于 70D0D%情況下循環(huán)使用壽命高達(dá)2000次左右，自放電率僅為3% 等優(yōu)點(diǎn)，是純電動(dòng) 汽車首選動(dòng)力源。但是市區(qū)中運(yùn)行的純電動(dòng)汽車由于受數(shù)目眾多的交通信號(hào)燈及交通擁 擠的限制，迫使其頻繁制動(dòng)停車、起步加速。雖然鋰離子蓄電池單體的循環(huán)使用壽命在大 于70D0D%的情況下高達(dá)2000次，但是當(dāng)把超過一定節(jié)數(shù)的鋰離子蓄電池單體串聯(lián)成組之 后，因?yàn)楦麟姵氐碾妷?、?nèi)阻、溫度和容量的不一致等多重因素，導(dǎo)致一部分蓄電池單體使 用過程中會(huì)比其他蓄電池單體先達(dá)到充滿或放空的狀態(tài)，從而使得這部分電池容易處于過 充電或過放電的狀態(tài)。鋰離子蓄電池組的實(shí)車使用壽命僅能達(dá)到500次，其中起步加速過 程中的大電流是導(dǎo)致鋰離子蓄電池組過早損壞的主要原因。本項(xiàng)目擬采用鉛酸蓄電池組和鋰離子蓄電池組相配合使用，使價(jià)格較低的鉛酸 蓄電池組工作于起步加速階段大電流及大的電流波動(dòng)、對(duì)電池組損傷較大的工況，而價(jià)格 較高的鋰離子蓄電池組始終工作于一定的放電電流范圍、對(duì)鋰離子蓄電池組損壞較小的工 況。鉛酸蓄電池組和鋰離子蓄電池組配合使用過程中，由于總的電流被兩電池組共同承擔(dān)， 因此，雙電源系統(tǒng)的比功率能輕松地滿足車輛起步加速要求。在車輛起步加速階段，由于鉛 酸蓄電池組和鋰離子蓄電池組呈并聯(lián)關(guān)系，使得總的電源內(nèi)阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于兩種電池組中的任 何一種內(nèi)阻，從而使得起步加速階段的內(nèi)阻消耗極大地減少，達(dá)到有效地延長(zhǎng)純電動(dòng)汽車 行駛里程目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有以鉛酸蓄電池組為動(dòng)力的電動(dòng)車自重太重、行駛里 程極短，而以鋰離子蓄電池組為動(dòng)力的電動(dòng)車起步加速階段大電流及大的電流波動(dòng)使得鋰 離子蓄電池組的使用壽命極大地縮短的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種在電動(dòng)車上配置鉛酸蓄電池組和 鋰離子蓄電池組的雙電源系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案是所述的鉛酸蓄電池組(4)，包括鉛酸蓄電池單體Al、A2.......An,鉛酸蓄電池單
體Al An呈串聯(lián)關(guān)系。所述的鋰離子蓄電池組O)，包括鋰離子蓄電池單體Bi、B2.......to，鋰離子蓄
電池單體Bl ail呈串聯(lián)關(guān)系。所述的鉛酸蓄電池組充電器(5)的“ + ”極和“_”極分別和鉛酸蓄電池組⑷的正 極和負(fù)極相連。所述的鋰離子蓄電池組充電器(3)的“ + ”極和“_”極分別和鋰離子蓄電池組(2) 的正極和負(fù)極相連。所述的鉛酸蓄電池組輸出電壓調(diào)節(jié)電路(7)，包括電阻1 6、光偶肌、電阻1 7、1 )5管 Ql 二極管Dl和二極管D2。電阻R6的一端與單片機(jī)的一個(gè)PWM腳相連，比如PWMl腳。電 阻R6的另一端與光偶U2發(fā)射管的出線端相連。光偶U2發(fā)射管的出線端接地，光偶U2接 收管的出線端接下拉電阻R7的一端。下拉電阻R7的另一端接地。MOS管Ql的1腳接光偶 U2接收管出線端，MOS管Ql的2腳和3腳分別與二極管Dl的負(fù)極和正極相連接。二極管 D2的正極與MOS管Ql的3腳相連。所述的鋰離子蓄電池組輸出電壓調(diào)節(jié)電路(1)，包括電阻附3、光偶似、電阻1 14、 MOS管Q2、二極管D3和二極管D4。電阻R13的一端與單片機(jī)的一個(gè)PWM腳相連，比如PWM2 腳。電阻R13的另一端與光偶U2發(fā)射管的出線端相連。光偶U2發(fā)射管的出線端接地，光 偶U2接收管的出線端接下拉電阻R14的一端。下拉電阻R14的另一端接地。MOS管Q2的 1腳接光偶U2接收管出線端，MOS管Q2的2腳和3腳分別與二極管D3的負(fù)極和正極相連 接。二極管D4的正極與MOS管Q2的3腳相連。所述的鉛酸電池組輸出電流檢測(cè)電路(6)，包括電阻Rl、電阻R2、電阻R3、電阻R4、 電阻R5。電阻R5的一端與鉛酸蓄電池組(4)的正極相連，另一端與MOS管Ql的2腳相連。 電阻Rl和電阻R2串聯(lián)，電阻Rl和電阻R2連接點(diǎn)與單片機(jī)的一個(gè)AD腳相連，比如PADO腳， 電阻R2的另一端與鉛酸蓄電池組的正極相連，電阻Rl的另一端接地。電阻R3和電阻R4 串聯(lián)，電阻R3和電阻R4連接點(diǎn)與單片機(jī)的一個(gè)AD腳相連，比如PADl腳，電阻R4的另一端 與MOS管Ql的2腳相連，電阻R3的另一端接地。所述的鋰離子蓄電池組輸出電流檢測(cè)電路(8)，包括電阻1 8、電阻1 9、電阻1 10、電 阻R11、電阻R12。電阻R12的一端與鋰離子蓄電池組組O)的正極相連，另一端與MOS管 Q2的2腳相連。電阻R8和電阻R9串聯(lián)，電阻R8和電阻R9連接點(diǎn)與單片機(jī)的一個(gè)AD腳 相連，比如PAD2腳，電阻R9的另一端與鋰離子蓄電池組組的正極相連，電阻R8的另一端接 地。電阻RlO和電阻Rll串聯(lián)，電阻RlO和電阻Rll連接點(diǎn)與單片機(jī)的一個(gè)AD腳相連，比 如PAD3腳，電阻Rll的另一端與MOS管Q2的2腳相連，電阻RlO的另一端接地。所述的直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)壓電路(14)，包括電感Li、電容Cl、直流電動(dòng)機(jī)M。電感Ll與二極管D2的負(fù)極和二極管D4的負(fù)極相連，另一端與直流電動(dòng)機(jī)M的一端相連。直流電 動(dòng)機(jī)M的另一端接地。電容Cl的“ + ”極接在電感Ll的任意一端，另一端接地。所述的交流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)壓與電壓調(diào)節(jié)電路(1 ，包括電感Li、電容Cl、逆變器 DC-AC、交流電動(dòng)機(jī) M。電感Ll與二極管D2的負(fù)極和二極管D4的負(fù)極相連，另一端與逆變 器DC-AC的1腳相連。交流電動(dòng)機(jī) M的一端與逆變器DC-AC的2腳相連。逆變器DC-AC 的3腳接地。交流電動(dòng)機(jī) M的另一端接地。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明能夠使得電動(dòng)車雙電源系統(tǒng)中價(jià)格昂貴的鋰離子蓄電池組工作電流始終 限制在一定值之內(nèi)，車輛起步加速階段超出鋰離子限定值的大電流由價(jià)格低廉的鉛酸蓄電 池組提供，從而極大地延長(zhǎng)鋰離子蓄電池組使用壽命，降低電動(dòng)車壽命范圍內(nèi)蓄電池使用 成本。


圖1是電動(dòng)車雙電源系統(tǒng)原理圖。圖2是交流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)壓與電壓調(diào)節(jié)電路。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。如圖1所示。(一 )鉛酸蓄電池組和鋰離子蓄電池組電壓匹配要求單節(jié)鉛酸蓄電池標(biāo)稱電壓值為2. IV，在電動(dòng)車上通常都是6節(jié)串聯(lián)在一起構(gòu)成鉛 酸蓄電池單體，然后封裝，封裝接線端電壓標(biāo)稱值為12. 6V。單節(jié)鋰離子蓄電池標(biāo)稱電壓值 隨著鋰離子蓄電池極性材料的不同而變化，大概在2. 5V 3. 2V范圍，在電動(dòng)車上通常都是 單節(jié)封裝，封裝接線端電壓標(biāo)稱值在2. 5V 3. 2V范圍。在設(shè)計(jì)雙電源系統(tǒng)時(shí)，要匹配好鉛 酸蓄電池組的單體數(shù)η和鋰離子蓄電池組的單體數(shù)m值，使鉛酸蓄電池組端電壓和鋰離子 蓄電池組端電壓大致相等。(二)充電器充電方法鉛酸蓄電池組的端電壓和鋰離子蓄電池組的端電壓值不等，以及鉛酸蓄電池單體 的充電電流特性和鋰離子蓄電池單體的充電電流特性不同，需要用不同的充電器。鉛酸蓄 電池組充電器( 與鉛酸蓄電池組(4)連接。鋰離子蓄電池組充電器C3)與鋰離子蓄電池 組⑵連接。(三)蓄電池輸出電流檢測(cè)鉛酸蓄電池組輸出電壓檢測(cè)電路(6)中，假設(shè)PADO的值對(duì)應(yīng)電阻Rl和電阻R2之 間的電壓值為X1, PADl的值對(duì)應(yīng)電阻R3和電阻R4之間的電壓值為&，則鉛酸蓄電池組的
,R、+ R’ R-, -I- Ra …
放電電流為鋰離子蓄電池組輸出電壓檢測(cè)電路(8)與上述鉛酸蓄電池組輸出電壓檢測(cè)電路 (6)相同。(四)蓄電池輸出電流控制
5
鉛酸蓄電池組輸出電流控制電路(7)中，控制器根據(jù)車輛的不同速度要求，PWMl 輸出不同的脈寬，使得光偶Ul發(fā)射管處于輪流導(dǎo)通或截止?fàn)顟B(tài)，光偶Ul的接受管也處于相 同的導(dǎo)通或截止?fàn)顟B(tài)，從而控制MOS管Ql的導(dǎo)通和截止。二極管D2是為了防止電流倒流。鋰離子蓄電池組輸出電流控制電路(1)的工作原理與上述鉛酸蓄電池組輸出電 流控制電路(7)工作原理相同，在工作過程中，控制系統(tǒng)通過PWMl值限制鋰離子蓄電池組 的工作電流。電感Ll和電容Cl對(duì)鉛酸蓄電池組⑷和鋰離子蓄電池組⑵輸出的電壓進(jìn)行濾 波和穩(wěn)壓。濾波和穩(wěn)壓后的直流電直接送到直流電動(dòng)機(jī)M。濾波和穩(wěn)壓后的直流電需要經(jīng) 過逆變器DC-AC逆變之后，送到交流電動(dòng)機(jī) M。電動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力經(jīng)過傳動(dòng)軸(1 、連軸器(1 、驅(qū)動(dòng)橋(9)，傳至電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)輪 (10)。速度傳感器(11)布置在傳動(dòng)軸(1 上。
權(quán)利要求
1.電動(dòng)車雙電源系統(tǒng)，包括鉛酸蓄電池組G)、鋰離子蓄電池組O)、鉛酸蓄電池組充 電器(5)、鋰離子蓄電池組充電器(3)、鉛酸蓄電池組輸出電壓調(diào)節(jié)電路(7)、鋰離子蓄電池 組輸出電壓調(diào)節(jié)電路(1)、鉛酸蓄電池組輸出電流檢測(cè)電路(6)、鋰離子蓄電池組輸出電流 檢測(cè)電路(S)0
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)車雙電源系統(tǒng)，其最主要的特征是本系統(tǒng)包括鉛酸蓄電 池組⑷和鋰離子蓄電池組O)，鉛酸蓄電池組⑷正極經(jīng)過Ql和D2、鋰離子蓄電池組⑵ 正極經(jīng)過Q2和D4給直流電動(dòng)機(jī)M供電或交流電動(dòng)機(jī) M供電時(shí)呈并聯(lián)連接關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)車雙電源系統(tǒng)，其特征在于鉛酸蓄電池組充電器(5)的 “ + ”極和“_”極分別和鉛酸蓄電池組⑷的正極和負(fù)極相連，鋰離子蓄電池組充電器(5)的 “ + ”極和“_”極分別和鋰離子蓄電池組(3)的正極和負(fù)極相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)車雙電源系統(tǒng)，其特征在于鉛酸蓄電池組輸出電壓調(diào)節(jié) 電路7由電阻R6、光偶U 1、電阻R7、MOS管Ql 二極管Dl和二極管D2組成，鋰離子蓄電池 組輸出電壓調(diào)節(jié)電路(1)由電阻R13、光偶U2、電阻R14、M0S管Q2 二極管D3和二極管D4 組成。
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的以鋰離子蓄電池為動(dòng)力電動(dòng)車中鋰離子電池組使用壽命短的缺點(diǎn)，公開了一種電動(dòng)車雙電源系統(tǒng)，屬于電動(dòng)車電源技術(shù)領(lǐng)域。本電動(dòng)車雙電源系統(tǒng)的動(dòng)力源包括鉛酸電池組和鋰離子電池組。價(jià)格較高的鋰離子電池組工作電流限制在一定值之內(nèi)，起步加速階段超過鋰離子電池組限定值的那部分大電流由價(jià)格低廉的鉛酸電池組提供，從而達(dá)到避免大電流及大的電流波動(dòng)對(duì)鋰離子電池組的損傷，延長(zhǎng)鋰離子電池組循環(huán)使用壽命、降低整車壽命范圍內(nèi)使用鉛酸蓄電池和鋰離子蓄電池總體成本目的。
文檔編號(hào)H02J7/34GK102130490SQ20111008545
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者丁左武, 屈敏, 王書林 申請(qǐng)人:南京工程學(xué)院