專利名稱：一種增程式純電動(dòng)汽車系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種增程式純電動(dòng)汽車系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
純電動(dòng)汽車存在電池制造成本偏高、續(xù)程里程受自重的限制而偏短、充電不方便、 故障率高導(dǎo)致安全隱患等問題，這些問題不能在短時(shí)間得到很好的解決，很難真正與傳統(tǒng) 汽車抗衡，將大大影響其在市場(chǎng)上的地位。在此背景下，世界各汽車大國(guó)都在進(jìn)行新一代電 動(dòng)汽車的研發(fā)和競(jìng)賽，增程式電動(dòng)汽車被公認(rèn)為目前電動(dòng)汽車發(fā)展的主流技術(shù)方向之一?，F(xiàn)有的增程式電動(dòng)汽車，電池可由市電充電供后行駛，在一定里程范圍內(nèi)是純電 動(dòng)運(yùn)行模式，也可由車上的小型內(nèi)燃機(jī)在最佳工況下帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，既可不斷給電池充 電，又可驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，長(zhǎng)途行駛中更顯其優(yōu)勢(shì)。發(fā)電機(jī)始終在最佳工況下運(yùn)行，發(fā)電效率比 較高，其發(fā)電的功率足夠車輛在一定速度范圍下穩(wěn)定行駛，電池組提供足夠的電功率幫助 電動(dòng)機(jī)驅(qū)使車輛起動(dòng)、加速和爬坡，從而避免了常規(guī)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)“大馬拉小車”的費(fèi)油運(yùn)行 模式。此外，電池組能夠有效地回收車輛剎車和下坡的能量。這種增程式電動(dòng)汽車的節(jié)油 率可達(dá)百分之五十以上，具有廣闊的市場(chǎng)前景。上述增程式電動(dòng)汽車在超出常規(guī)運(yùn)行里程或者動(dòng)力蓄電池容量不足時(shí)仍然需要 燃料來提供動(dòng)力，嚴(yán)格意義上不屬于純電動(dòng)汽車。這種電動(dòng)汽車是在純電動(dòng)汽車上增加了 一個(gè)燃料發(fā)電機(jī)，同時(shí)還需要增配燃料儲(chǔ)存裝置。同時(shí)，還存在燃料發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的噪音大 的問題。純電動(dòng)增程模式一直沒人采用，主要原因是一、以往考慮的電池多為與動(dòng)力電池 組相同類型的電池，其作為增程電源，不如加大原有電池容量，采用大容量電池實(shí)際使用放 電深度小，壽命長(zhǎng)，因此沒必要采用增程模式；二、若采用其它類型的電池，其充電和放電技 術(shù)要求不同，在一起使用控制是一個(gè)難點(diǎn)；三、采用常規(guī)的控制方法，用增程電源增程的可 靠性比燃油增程方式可靠性和安全性差；四、傳統(tǒng)認(rèn)為的電池能量密度與燃油方式相差很 大。金屬-空氣電池具有比能量高的特點(diǎn)鋁空氣電池的理論比能量是8. lKffh/kg,目 前產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)實(shí)際比能量320-40(Mh/kg。鋅空氣電池的理論比能量是1. 3KWh/kg，目前 產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)實(shí)際比能量220 300Wh/kg。鋰空氣電池的理論比能量為13. OkWh/kg，在任 何金屬-空氣電池系統(tǒng)中最高，實(shí)際制作的鋰空氣電池的能量密度是鋰離子電池的近10倍 (約1400Wh/kg)，并且還有很大提高空間，可以提供與汽油同等的能量，鋰空氣電池從空氣 中吸收氧氣做陽(yáng)極，因此這種電池可以更小、更輕。金屬-空氣電池中金屬主要有鋁、鋅、鐵、鎂、鋰，都是對(duì)環(huán)境較友好的金屬，因此， 金屬-空氣電池也是綠色環(huán)保電池。雖然上述金屬-空氣電池有很高的能量密度，是綠色環(huán)保電池，但是，目前多數(shù)金 屬-空氣電池循環(huán)壽命還十分有限，多數(shù)只能達(dá)到幾十次到兩、三百次循環(huán)，甚至更少的循 環(huán)次數(shù)。另外，金屬-空氣電池需要采用更換金屬負(fù)極和電解液來實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用，因此，采用“換電站”模式可以實(shí)現(xiàn)快速供給的效果，業(yè)界人士也開始開發(fā)可充電金屬-空氣電池， 有望在近期有所突破。由于循環(huán)壽命不理想，加上不能充電等原因，金屬-空氣電池目前還 不能作為主流的電動(dòng)汽車動(dòng)力電池。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決上述增程式電動(dòng)汽車存在的問題，提出一種增程式純電動(dòng)汽車系統(tǒng)，無 需燃料發(fā)電機(jī)，燃料儲(chǔ)存裝置，就能實(shí)現(xiàn)預(yù)想的增程目的。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種增程式純 電動(dòng)汽車系統(tǒng)，包括整車控制器、控制電源、車載充電器、動(dòng)力電池組、DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器、操 縱控制機(jī)構(gòu)、電機(jī)控制器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、剎車系統(tǒng)、變速與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述整車控制器、控制電 源、DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器依次連接，所述剎車系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，所述電機(jī)控制器、驅(qū)動(dòng)電 機(jī)、變速與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)依次連接，所述DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器、車載充電器均與動(dòng)力電池組連接， 還包括增程電源和能量管理中心，所述增程電源與車載充電器、動(dòng)力電池組、能量管理中心 連接，所述能量管理中心與動(dòng)力電池組連接，所述整車控制器、車載充電器、能量管理中心、 操縱控制機(jī)構(gòu)、電機(jī)控制器、變速與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過通訊總線連接。優(yōu)選的，所述增程電源為鉛酸電池、鋰離子電池、鎳氫電池、金屬-空氣電池、燃料 電池中的至少一種；可以根據(jù)實(shí)際情況選用不同的電池作為增程電源。所述能量管理中心包括中央處理器模塊、荷電狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊、電量均衡控制模塊、 通訊模塊、增程電源控制模塊，所述荷電狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊、電量均衡控制模塊、通訊模塊、增程 電源控制模塊均與中央處理器模塊連接；電荷狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊控制動(dòng)力蓄電池組放電深度， 防止蓄電池過放電和過充電，同時(shí)對(duì)動(dòng)力蓄電池組進(jìn)行能量和電壓平衡，使動(dòng)力電池組達(dá) 到一致性要求，最大限度優(yōu)化和延長(zhǎng)動(dòng)力蓄電池使用壽命，通過電量均衡控制模塊達(dá)到制 造虛擬電池，以實(shí)現(xiàn)故障條件下連續(xù)運(yùn)行。所述通訊總線為CAN、RS-485、Link中的一種；通訊性能較好，技術(shù)實(shí)施較為簡(jiǎn)單 的通訊總線。還包括其他電器，所述其他電器與動(dòng)力電池組相連；其他電器包括車載音響、播放 器、空調(diào)等用電器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是通過設(shè)置增程電源、能量管理中心，有效 地延長(zhǎng)電動(dòng)汽車的續(xù)行里程，無需燃料發(fā)電機(jī)及燃料儲(chǔ)存裝置，實(shí)現(xiàn)了純電動(dòng)增程、優(yōu)化和 延長(zhǎng)動(dòng)力電池組使用壽命、提高整車可靠性和安全性能等目的；通過增程電源的能量和回 收電動(dòng)汽車剎車和下坡的能量來增加續(xù)行里程，同時(shí)，為一些高能量、循環(huán)壽命略短的蓄電 池(如金屬-空氣電池等)提供了用途，可以作為增程電源使用；在動(dòng)力電池組出現(xiàn)斷路等 故障時(shí)，能量管理中心能通過將動(dòng)力電池組中其余電池的電量或者增程電源的能量搬遷到 故障電池端的儲(chǔ)能電容中，制造出虛擬電池，以實(shí)現(xiàn)故障條件下連續(xù)運(yùn)行；能量管理中心還 具有故障應(yīng)急功能，避免動(dòng)力電池組出現(xiàn)斷路等故障后導(dǎo)致非正常停車的安全隱患；整車 控制器管理整車所有設(shè)備工作狀態(tài)，并根據(jù)所有設(shè)備在通訊總線上的傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行匯總 后，向相關(guān)的設(shè)備發(fā)出控制命令，實(shí)現(xiàn)整車的智能化，使整車處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。
4[0016]


圖1為本實(shí)用新型一種增程式純電動(dòng)汽車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實(shí)用新型一種增程式純電動(dòng)汽車系統(tǒng)的控制流程圖；圖3為本實(shí)用新型一種增程式純電動(dòng)汽車系統(tǒng)的能量管理中心控制流程圖；圖4為本實(shí)用新型一種增程式純電動(dòng)汽車系統(tǒng)中能量管理中心的結(jié)構(gòu)框圖；圖5為本實(shí)用新型一種增程式純電動(dòng)汽車系統(tǒng)中電量均衡控制模塊的電路圖；圖6為本實(shí)用新型一種增程式純電動(dòng)汽車系統(tǒng)中制造虛擬電池部分的電路圖。
具體實(shí)施方式
參閱
圖1為本實(shí)用新型一種增程式純電動(dòng)汽車系統(tǒng)的實(shí)施例，一種增程式純電動(dòng) 汽車系統(tǒng)，包括整車控制器1、控制電源2、車載充電器3、動(dòng)力電池組7、DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器 8、操縱控制機(jī)構(gòu)9、電機(jī)控制器10、驅(qū)動(dòng)電機(jī)11、剎車系統(tǒng)12、變速與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)13，所述整車 控制器1、控制電源2、DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器8依次連接，所述電機(jī)控制器10、驅(qū)動(dòng)電機(jī)11、變速 與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)13依次連接，所述剎車系統(tǒng)12與驅(qū)動(dòng)電機(jī)11連接，所述DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器8、 車載充電器3均與動(dòng)力電池組7連接，還包括增程電源4和能量管理中心5，所述增程電源 4與車載充電器3、動(dòng)力電池組7、能量管理中心5連接，所述能量管理中心5與動(dòng)力電池組 7連接，所述整車控制器1、車載充電器3、能量管理中心5、操縱控制機(jī)構(gòu)9、電機(jī)控制器10、 變速與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)13通過通訊總線15連接，所述增程電源4為鉛酸電池、鋰離子電池、鎳氫 電池、金屬-空氣電池、燃料電池中的至少一種，所述能量管理中心5包括中央處理器模塊 51、荷電狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊52、電量均衡控制模塊53、通訊模塊M、增程電源控制模塊55，所述 荷電狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊52、電量均衡控制模塊53、通訊模塊M、增程電源控制模塊55均與中央 處理器模塊51連接，所述通訊總線15為CAN、RS-485、Link中的一種，還包括其他電器6， 所述其他電器6與動(dòng)力電池組7相連，其他電器6包括車載音響、播放器、空調(diào)等用電器。參閱圖2為本實(shí)用新型的控制流程圖，接通電動(dòng)汽車控制電源2的開關(guān)和動(dòng)力電 池組7的開關(guān)，動(dòng)力電池組7則通過DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器8向控制電源2進(jìn)行充電，保證控制 電源2的供電可靠性，同時(shí)控制電源2向整車控制器1提供電能。整車控制器1通過CAN 通訊總線或RS-485、Link接收來自能量管中心5、電機(jī)控制器10、操縱控制機(jī)構(gòu)的9、變速 與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)13和其它電器6自檢參數(shù)。并判斷是系統(tǒng)中是否發(fā)生故障，如果有機(jī)構(gòu)發(fā)生故 障，則立即通過顯示器和聲音光電裝置發(fā)出警示信號(hào)，等待故障排除。當(dāng)系統(tǒng)自檢后未發(fā)現(xiàn) 問題，整車可以起動(dòng)，并且可以正常行駛。手動(dòng)啟動(dòng)增程模式開關(guān)、手動(dòng)禁止增程模式開關(guān)和自動(dòng)增程開關(guān)是一個(gè)三選一開關(guān)， 所述三選一開關(guān)是指手動(dòng)機(jī)械開關(guān)、電子開關(guān)、或者是一個(gè)顯示屏上的一個(gè)菜單選項(xiàng)的一種。自動(dòng)增程模式運(yùn)行流程電動(dòng)汽車在正常運(yùn)行過程中，能量管理中心5的程序循 環(huán)的對(duì)動(dòng)力電源組7電量進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)動(dòng)力蓄電池組7容量高于設(shè)定的最低值Qt時(shí)，整車 繼續(xù)由動(dòng)力電池組7供電，在當(dāng)動(dòng)力蓄電池組7容量低于設(shè)定的最低值0〒時(shí)，檢測(cè)自動(dòng)增 程模式是否有效，如果自動(dòng)增程模式無效時(shí)，能量管理中心5不能自動(dòng)起用增程模式，系統(tǒng) 直接進(jìn)入電量不足的警示程序，電機(jī)控制器10在一定的條件下切斷動(dòng)力電池組7的供電回 路。自動(dòng)增程模式有效時(shí)，則自動(dòng)起動(dòng)增程運(yùn)行模式，能量管理中心5接通增程電源4，將增 程電源4的電量傳輸?shù)絼?dòng)力蓄電池組7中，即電動(dòng)汽車處于自動(dòng)增程模式下運(yùn)行。
5[0026]手動(dòng)增程模式運(yùn)行電動(dòng)汽車在正常運(yùn)行過程中，手動(dòng)增程模式被選中時(shí)，系統(tǒng)直 接進(jìn)入增程運(yùn)行模式，能量管理中心5接通增程電源4，將增程電源4的電量傳輸?shù)絼?dòng)力蓄 電池組7中，即電動(dòng)汽車處于手動(dòng)增程模式下運(yùn)行。手動(dòng)禁止增程模式運(yùn)行電動(dòng)汽車在任意狀態(tài)下都不會(huì)進(jìn)入增程模式，即始終處 于普通模式下運(yùn)行，當(dāng)動(dòng)力電池組7電壓低于設(shè)定保護(hù)電壓時(shí)，則提示能量不足的警示。電動(dòng)汽車運(yùn)行在增程模式下，能量管理中心5循環(huán)測(cè)試增程電源4和動(dòng)力電池組 7的電量，在兩個(gè)電源中有低于設(shè)定的保護(hù)電壓時(shí)，即提示能量不足的警示。電動(dòng)汽車無論處于何種模式下運(yùn)行，電機(jī)控制器10只要接收到操縱控制系統(tǒng)的 剎車信號(hào)后，則立即停止動(dòng)力電池組7向驅(qū)動(dòng)電機(jī)11輸出電能，轉(zhuǎn)成由驅(qū)動(dòng)電機(jī)11作為發(fā) 電機(jī)，電機(jī)控制器10作為升壓裝置，動(dòng)力電池組7作為負(fù)載的蓄電池充電回路，消耗由電動(dòng) 汽車停車時(shí)產(chǎn)生的慣性能量，優(yōu)化電動(dòng)汽車的剎車12的性能，并具有節(jié)能效果，達(dá)到能量 反饋效果，能量管理中心對(duì)回收電流、時(shí)間等數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)。具體說明如下A.整車控制所述整車控制器1的作用是管理整車所有設(shè)備工作狀態(tài)，并根據(jù)所 有設(shè)備在通訊總線上的傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行匯總后，向相關(guān)的設(shè)備發(fā)出控制命令。整車控制器 1內(nèi)置液晶顯示器，可顯示整車的運(yùn)行狀態(tài)?？刂齐娫?為一個(gè)電壓為12V的蓄電池，用于 電動(dòng)汽車的整車控制器1和整車照明、指示等設(shè)備的供電。DC/DC電壓變換器8以動(dòng)力電池 組7作供電電源，內(nèi)置對(duì)控制電源2充電模式，能優(yōu)先獲得動(dòng)力電池組的電能，為控制電源 2充電，保證控制電源2的可靠運(yùn)行。B.整車充電所述車載充電器3是安裝在整車上，采用高頻隔離式開關(guān)電源變換 技術(shù)，使用民用交流220V作為電源，輸出直流電流為動(dòng)力電池組7和增程電源4充電，增程 電源4也可以不使用車載充電器3充電，而使用車外充電或補(bǔ)充能量。動(dòng)力電池組7與增 程電源4的充電模式有兩種方式一種方式是車載充電器3本生設(shè)置的充電模式，充電按照 車載充電器3本身設(shè)置的充電模式進(jìn)行充電；另一種方式是受控于能量管理中心5的充電 指令，能量管理中心5采集動(dòng)力電池組7和增程電源4的電壓、電流、溫度后，經(jīng)能量管理中 心5的內(nèi)置程序通過通訊總線，對(duì)車載充電器3發(fā)出控制命令，使車載充電器3輸出合適的 電壓和電流。另外，在停車狀態(tài)下還可以啟動(dòng)增程電源4對(duì)動(dòng)力電池組7充電，充電控制由 能量管理中心5控制。C.整車啟動(dòng)整車控制電源2接通后，整車控制器1對(duì)各部件進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)部件 包括能量管理中心5、動(dòng)力電池組7、增程電源4、電機(jī)控制器7、其它電器6是否處于正常 狀態(tài)，處于正常狀態(tài)則可以開始運(yùn)行，進(jìn)入常規(guī)運(yùn)行模式，否則則要進(jìn)行故障排除。故障排 除后仍然要重復(fù)上述整車啟動(dòng)過程。D.常規(guī)運(yùn)行模式整車啟動(dòng)后，操作操縱控制機(jī)構(gòu)9，調(diào)整變速與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)13，在 需要減速或者停車時(shí)，操作剎車12，使之符合駕駛需要的位置運(yùn)行；在常規(guī)運(yùn)行模式下，當(dāng) 整車處于剎車、下坡運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)11發(fā)電，通過電機(jī)控制器10和動(dòng)力電池組7，進(jìn) 行能量回收。E.增程運(yùn)行模式啟動(dòng)整車控制器1未發(fā)出增程指令或者動(dòng)力電池組7容量未達(dá) 到設(shè)定的最低值Qt時(shí)，增程電源4處于斷開狀態(tài)。能量管理中心5監(jiān)測(cè)動(dòng)力電池組7荷電 狀態(tài)，并與設(shè)定的最低值Qt比較，當(dāng)動(dòng)力電池組7容量低于設(shè)定的最低值QT，或者手動(dòng)啟 動(dòng)增程指令時(shí)，能量管理中心5接通增程電源4，整車進(jìn)入增程模式運(yùn)行。手動(dòng)啟動(dòng)可以在任何情況下啟動(dòng)。F.增程運(yùn)行模式運(yùn)行和截止增程運(yùn)行模式整車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制與常規(guī)模運(yùn)行式 相同。增程模式過程中，增程電源4通過能量管理中心5使增程電源4的電能傳輸給動(dòng)力 電池組7，或者直接傳輸給驅(qū)動(dòng)電機(jī)11及其它電器6，能量管理中心5監(jiān)測(cè)動(dòng)力電池組7容 量，并與動(dòng)力電池組7容量的設(shè)定上限值Q±比較，當(dāng)動(dòng)力蓄電池組7容量>設(shè)定上限值Q 上，或者手動(dòng)截止增程運(yùn)行模式時(shí)，則發(fā)出截止增程運(yùn)行模式指令，截止增程運(yùn)行模式并進(jìn) 入常規(guī)運(yùn)行模式。增程運(yùn)行模式下，當(dāng)整車處于剎車、下坡運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)11發(fā)電， 進(jìn)行能量回收。G.停車狀態(tài)下增程電源充電模式在必要時(shí)，需要在停車狀態(tài)下手動(dòng)啟動(dòng)控制增 程電源充電模式對(duì)動(dòng)力電池組7進(jìn)行充電，充電過程中由能量管理中心5對(duì)充電進(jìn)行控制， 當(dāng)動(dòng)力電池組7容量>設(shè)定上限值Q±，或者手動(dòng)截止增程充電模式時(shí)，則發(fā)出截止增程充 電模式指令，截止增程電源4，并結(jié)束程序。參閱圖3為本實(shí)用新型能量管理中心控制流程圖，接通電源管理中心的供電電 源，檢測(cè)動(dòng)力電池和增程電源的電壓、荷電狀態(tài)，并進(jìn)入普通工作模式，內(nèi)置程序循環(huán)判斷 動(dòng)力電池組的各電池間的電壓差是否大于VI，如果動(dòng)力電池組的各電池電壓差未大于Vl 時(shí)，則平衡器停止工作并返回普通工作模式。當(dāng)如果動(dòng)力電池組的電壓差大于Vl時(shí)，能量 管理中心開啟能量平衡電路，在動(dòng)力電池組各電池之間進(jìn)行能量搬遷，將電壓較高或是電 量較多的單只電池的能量搬遷到電壓較低或是電量較少的電池中，使動(dòng)力電池組中的各個(gè) 電池間的電壓和電量都趨向一致，并檢測(cè)動(dòng)力電池組的各個(gè)單體電壓，如果各電池間的壓 差大于V2時(shí)則繼續(xù)進(jìn)行能量平衡搬遷過程，如果動(dòng)力電池組各電池之間的電壓差小于V2 時(shí)，能量管理中心退出能量搬遷過程，并返回普通工作模式。動(dòng)力電池組的電量小于設(shè)定的最低值Qt時(shí)或者手動(dòng)直接啟動(dòng)增程電源時(shí)，管理 中心進(jìn)入增程模式運(yùn)行。如果動(dòng)力電池組的電量大于設(shè)定上限值時(shí)或手動(dòng)禁止增程模 式時(shí)，能量管量中心則先停止增程運(yùn)行模式，后返回普通運(yùn)行模式，否則直接返回普通運(yùn)行 模式。能量管理中心5具體控制說明如下a、動(dòng)力電池組7和增程電源4荷電狀態(tài)監(jiān)測(cè)能量管理中心5通過其配備的電壓 傳感器、電流傳感器、溫度傳感器，運(yùn)用與動(dòng)力電池組7及增程電源4對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型測(cè)算 出各時(shí)刻的荷電狀態(tài)即電量多少。同時(shí)，還通過通訊總線將數(shù)據(jù)發(fā)送給整車控制器1，按照 能量管理中心控制流程進(jìn)行控制。b、動(dòng)力電池組7和增程電源4充電控制一種方式是車載充電器3內(nèi)置的充電模 式，充電按照車載充電器3本生設(shè)置的充電模式進(jìn)行充電；另一種方式是受控于能量管理 中心5的充電指令，能量管理中心5采集動(dòng)力電池組7和增程電源4的電壓、電流、溫度后， 經(jīng)能量管理中心5的內(nèi)置程序通過通訊總線，對(duì)車載充電器3發(fā)出控制命令，使車載充電器 3輸出合適的電壓和電流。另外，在停車狀態(tài)下還可以啟動(dòng)增程電源4對(duì)動(dòng)力電池組7充 電，充電控制由能量管理中心5控制。C、動(dòng)力電池組7和增程電源4放電控制在整車運(yùn)行過程中即動(dòng)力電池組7放電 過程中，當(dāng)動(dòng)力電池組7及增程電源4容量低于設(shè)定的最低值QT，并且增程電源4電量達(dá) 到工作保護(hù)點(diǎn)時(shí)，能量管理中心5可以通過通訊總線發(fā)出警示。d、動(dòng)力電池組7的能量和電壓均衡能量管理中心5根據(jù)動(dòng)力電池組7中各只電池的電壓狀態(tài)，當(dāng)電壓差> Vl時(shí)，采用能量搬遷平衡方式對(duì)動(dòng)力電池組7中單只電池進(jìn)行 電池能量和電壓均衡控制，而當(dāng)電壓差小于等于V2時(shí)，停止電池能量和電壓均衡控制，使 動(dòng)力電池組在常規(guī)模式及增程模式以及靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)達(dá)到一致性要求，避免引起單只電池過 放電和過充電，延長(zhǎng)電池組的壽命。在動(dòng)力電池組7出現(xiàn)斷路等故障時(shí)，能量管理中心5能 通過將動(dòng)力電池組7中其余電池的電量或者增程電源4的能量搬遷到故障電池端的儲(chǔ)能電 容中，制造虛擬電池應(yīng)急使用，以實(shí)現(xiàn)故障條件下連續(xù)運(yùn)行，避免非正常停車的安全隱患。e、能量搬遷平衡方式有三種優(yōu)選一是采用電容式能量搬遷方式，即由兩組或兩 組以上的開關(guān)和一個(gè)或一個(gè)以上的電容組成的電荷泵電路，將蓄電池組中電壓較高的蓄電 池電量搬遷到電壓較低蓄電池中不，并且該方案可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)動(dòng)力電池組中個(gè)別電池出現(xiàn)斷 路時(shí)，能將其余電池的電量或者增程電源4的能量搬遷到故障電池端的儲(chǔ)能電容中，制造 虛擬電池應(yīng)急使用，以實(shí)現(xiàn)故障條件下連續(xù)運(yùn)行，避免非正常停車的安全隱患。二是采用電 感斬波升降壓方式均衡器，即采用電感升降壓電路，將一個(gè)蓄電池的電能搬遷到相鄰的蓄 電池中。三是采用高頻開關(guān)電磁變換技術(shù)將蓄電池組中電量較多蓄電池的電量搬遷到電量 較低的蓄電池中。f、運(yùn)行過程中能量回收電動(dòng)汽車無論處于何種模式下運(yùn)行，電機(jī)控制器10只要 接收到操縱控制機(jī)構(gòu)9的剎車信號(hào)或者處于下坡時(shí)，能量管理中心5控制動(dòng)力電池組7停 止向驅(qū)動(dòng)電機(jī)11輸出電能，轉(zhuǎn)成由驅(qū)動(dòng)電機(jī)11作為發(fā)電機(jī)，電機(jī)控制器10作為能量回收 控制裝置，動(dòng)力電池組7作為負(fù)載的蓄電池充電回路，消耗由電動(dòng)汽車停車時(shí)慣性能量，優(yōu) 化電動(dòng)汽車的剎車12的性能，并具節(jié)能，達(dá)到能量反饋效果。參閱圖4為本實(shí)用新型能量管理中心結(jié)構(gòu)框圖，能量管理中心是一個(gè)帶有通訊功 能，可以獨(dú)立運(yùn)行的嵌入系統(tǒng)，其中包括中央處理器模塊、荷電狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊、電量均衡控 制模塊、通訊模塊。中央處理器模塊的硬件是由工業(yè)級(jí)單片機(jī)或ARM處理器、多種形式的存儲(chǔ)芯片、 接口電路構(gòu)成。主要是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析、存儲(chǔ)、控制輸出功能。荷電狀態(tài)監(jiān)測(cè)、電壓、 電流、溫度采集模塊是一個(gè)由電流霍爾傳感器或電阻分流器構(gòu)成的充電和放電電流檢測(cè)單 元，一個(gè)電由分壓電阻組成的電壓采集電路，一個(gè)由溫度傳感集成電路組成模擬放大電路。 電量均衡控制模塊是由多個(gè)電容和電子開關(guān)管組成的電池能量轉(zhuǎn)移電路，并具有當(dāng)其中一 個(gè)電池因某種原因，不能進(jìn)行供電時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)虛擬電池來代替已壞或被取下的電池。所述 虛擬電池是指通過電子電路的形式，從其他電池或供電裝置上獲取能量，并輸出一定的電 壓和電流，達(dá)到一個(gè)性能與電池相仿效果的裝置。通訊模塊集成了 USB通訊接口、CAN通訊 接口、RS_485通訊接口等，主要是用于能量管理中心與商用電腦、子模塊和整車控制器進(jìn)行 通訊。電量均衡控制模塊包括由兩組或兩組以上的開關(guān)和一個(gè)或一個(gè)以上的電容組成 的電荷泵電路，將蓄電池組中電壓較高的蓄電池電量轉(zhuǎn)移到電壓較低的蓄電池中的一個(gè)電 子電路。參閱圖5為電量均衡控制模塊的電路圖，通過微處理器的輸出控制信號(hào)，接通其 中的一組開關(guān)，例如接通第一組開關(guān)的第二開關(guān)KBl和第二組開關(guān)的第二開關(guān)KB2，使第 一蓄電池BATTl與第一電容Cl并聯(lián)。電壓較高的一器件向電壓較低的器件進(jìn)行充電，例 如第一蓄電池BATTl電壓較高，則第一蓄電池BATTl向第一電容Cl充電，經(jīng)過一定時(shí)間，將電池中的電能充入電容中，并關(guān)閉以上所述的一組開關(guān)，接通第一電容Cl與相鄰第二蓄 電池BATT2連接的第一組開關(guān)的第一開關(guān)KAl和第二組開關(guān)的第一開關(guān)KA2，使第一蓄電池 BATT2與第一電容Cl并聯(lián)，如第一電容Cl電壓較高，則第一電容Cl向第一蓄電池BATTl 充電，將電容中的電能充入蓄電池。實(shí)現(xiàn)在相鄰串聯(lián)的兩只蓄電池中，把電壓較高的蓄電池 中的電量向電壓較低的蓄電池轉(zhuǎn)移。同理，當(dāng)?shù)诙铍姵谺ATT2電壓較高時(shí)，也可以通過第 一電容Cl給第一蓄電池BATTl充電。同理，利用電容和組合開關(guān)電路，可以實(shí)現(xiàn)將n(n ^ 2)只串聯(lián)蓄電池組的電量轉(zhuǎn) 移到任意一只電池中串聯(lián)蓄電池組中。電路圖5中的開關(guān)和二極管的功能可以用場(chǎng)效應(yīng)管來代替，可以方便自動(dòng)、快速 的控制方案實(shí)施。連接于電池組中電壓最低的蓄電池負(fù)極的場(chǎng)效應(yīng)管采用N型場(chǎng)效應(yīng)管， 其他所有場(chǎng)效應(yīng)管采用P型場(chǎng)效應(yīng)管。參閱圖6為制造虛擬電池部分的電路圖，通過能量轉(zhuǎn)移電路，將電池的電量轉(zhuǎn)移 到與相鄰電池并聯(lián)的儲(chǔ)能電容之中暫時(shí)存儲(chǔ)起來，此時(shí)若動(dòng)力電池組在對(duì)整車負(fù)載供電 (放電)，則由該電容供電，能量轉(zhuǎn)移電路具有高速切換功能，能實(shí)現(xiàn)電池中的電量反復(fù)快 速地向相鄰儲(chǔ)能電容轉(zhuǎn)移，使儲(chǔ)能電容在放電的同時(shí)也被充電，并保持電壓，實(shí)現(xiàn)一個(gè)虛擬 電池的效果，例如假定第二電池BATT2不存在或者斷路，能量轉(zhuǎn)移電路將第一電池BATTl 中的能量轉(zhuǎn)移到與第二電池BATT2并聯(lián)的儲(chǔ)能電容CC2中，在第二電池BATT2兩端即實(shí)現(xiàn) 一個(gè)虛擬電池的效果。采用上述技術(shù)方案，一輛純電動(dòng)增程式電動(dòng)汽車，其整車重量為400Kg，安裝 48V120Ah(5760ffh)動(dòng)力鉛酸蓄電池重量為160Kg，同時(shí)，安裝增程電源為鋅-空氣電池為 lOOOOWh，其重量約40Kg，當(dāng)動(dòng)力電池組充足電后，未啟動(dòng)增程運(yùn)行模式時(shí)，在平坦道路上以 巡航速度50km/h的速度運(yùn)行，行駛里程為80km，而當(dāng)啟動(dòng)增程模式后，假設(shè)增程電源傳輸 效率為0. 9，則其行駛里程可達(dá)205km。如果將增程電源改為重量約40Kg鋰-空氣電池，其能量為56000Wh，則其行駛里程 可達(dá)780km。如果將增程電源改為重量約40Kg鋰離子電池，其能量為5600Wh，則其行駛里程可 達(dá) 150km。以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，但本實(shí)用新型的技術(shù)特征并不局限于 此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型的領(lǐng)域內(nèi)，所作的變化或修飾皆涵蓋在本實(shí)用新 型的專利范圍之中。
權(quán)利要求1.一種增程式純電動(dòng)汽車系統(tǒng)，包括整車控制器(1)、控制電源O)、車載充電器(3)、 動(dòng)力電池組(7)、DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器(8)、操縱控制機(jī)構(gòu)(9)、電機(jī)控制器(10)、驅(qū)動(dòng)電機(jī) (11)、剎車系統(tǒng)(12)、變速與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(13)，所述整車控制器⑴、控制電源(2)、DC/DC電壓 轉(zhuǎn)換器(8)依次連接，所述電機(jī)控制器(10)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)(11)、變速與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(1 依次連 接，所述剎車系統(tǒng)(12)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)(11)連接，所述DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器(8)、車載充電器(3) 均與動(dòng)力電池組(7)連接，其特征在于還包括增程電源⑷和能量管理中心(5)，所述增 程電源⑷與車載充電器(3)、動(dòng)力電池組(7)、能量管理中心(5)連接，所述能量管理中心 (5)與動(dòng)力電池組(7)連接，所述整車控制器(1)、車載充電器(3)、能量管理中心(5)、操縱 控制機(jī)構(gòu)(9)、電機(jī)控制器(10)、變速與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(13)通過通訊總線(15)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種增程式純電動(dòng)汽車系統(tǒng)，其特征在于所述增程電源(4) 為鉛酸電池、鋰離子電池、鎳氫電池、金屬-空氣電池、燃料電池中的至少一種。
3.如權(quán)利要求1所述的一種增程式純電動(dòng)汽車系統(tǒng)，其特征在于所述能量管理中心 (5)包括中央處理器模塊(51)、荷電狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊(5 、電量均衡控制模塊(5 、通訊模塊 (M)、增程電源控制模塊(55)，所述荷電狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊(52)、電量均衡控制模塊(53)、通訊 模塊(M)、增程電源控制模塊(5 均與中央處理器模塊(51)連接。
4.如權(quán)利要求1所述的一種增程式純電動(dòng)汽車系統(tǒng)，其特征在于所述通訊總線(15) 為 CAN、RS-485、Link 中的一種。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種增程式純電動(dòng)汽車系統(tǒng)，整車控制器、控制電源、DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器依次連接，剎車系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，電機(jī)控制器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、變速與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)依次連接，DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器、車載充電器均與動(dòng)力電池組連接，增程電源與車載充電器、動(dòng)力電池組、能量管理中心連接，能量管理中心與動(dòng)力電池組連接，整車控制器、車載充電器、能量管理中心、操縱控制機(jī)構(gòu)、電機(jī)控制器、變速與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過通訊總線連接。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是有效地延長(zhǎng)電動(dòng)汽車的續(xù)行里程，無需燃料發(fā)電機(jī)及燃料儲(chǔ)存裝置，實(shí)現(xiàn)了純電動(dòng)增程、優(yōu)化和延長(zhǎng)動(dòng)力電池組使用壽命、提高整車可靠性和安全性能等目的。
文檔編號(hào)B60R16/02GK201872629SQ201020560458
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月14日
發(fā)明者劉孝偉, 周明明, 周龍瑞, 蔣林林 申請(qǐng)人:超威電源有限公司