專利名稱：分級(jí)驅(qū)動(dòng)電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分級(jí)驅(qū)動(dòng)電池系統(tǒng)，具體地說(shuō)，涉及一種油電混合動(dòng)力和電動(dòng)汽 車分級(jí)多相大功率電池系統(tǒng)，特別是控制從副電池組流入用電設(shè)備(如油電混合動(dòng)力車和 電動(dòng)車)的電能釋放率，從而構(gòu)成的分級(jí)多相大功率電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
全球溫室效應(yīng)和石油儲(chǔ)量下降近年成為大眾關(guān)注的重要問(wèn)題，人們積極開(kāi)發(fā)電動(dòng) 車和油電混合動(dòng)力車(混動(dòng)車)，這類汽車都使用超過(guò)一千瓦時(shí)的大功率電池組。大功率電 池組是電動(dòng)車的主要?jiǎng)恿υ春突靹?dòng)車的輔助動(dòng)力源。電池組通常由多組或多節(jié)電池加上電 池管理系統(tǒng)組成。電池管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)電壓、電流，并測(cè)算電池組的充放電狀況?；靹?dòng)車和電動(dòng)車使用的大功率電池大部分是鉛酸電池和鎳氫電池。這些電池在深 循環(huán)(deep cycling)中和在突變高倍率電流下充放電，使用壽命會(huì)受到很大限制。例如， 豐田普銳斯(Toyota Prius)汽車的電池充放狀態(tài)維持在40%到80%的范圍，使其保持較 長(zhǎng)設(shè)計(jì)使用壽命(160，000至240，000公里)。如此，60%的電池容量在日常駕駛中未被使 用。有些新電池化學(xué)原料(如鈷酸鋰、磷酸鐵鋰和錳酸鋰)在有監(jiān)控的情況下能達(dá)到 更長(zhǎng)的使用壽命，它們重量輕，能量密度更高。然而，如果在高倍率電流放電和充電過(guò)壓等 情況下它們壽命同樣變得短暫，在車速瞬變導(dǎo)致電流需求劇烈波動(dòng)的情況下，它們甚至還 不及鉛酸電池和鎳氫電池耐用。目前，把混動(dòng)車轉(zhuǎn)換成較大能量?jī)?chǔ)備的“插充電混動(dòng)電動(dòng)車”(Plug-in HybridElectric Vehicle)的一種通用方法是在原配電池組(主電池)中直接增加和并 聯(lián)上另一路電池組(副電池)，并加上繼電控制電路。由于電池化學(xué)成分和標(biāo)稱電壓水平 各異，這會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的不平衡，并會(huì)縮短電池使用壽命；這樣的組合電池模塊只能在汽車生 產(chǎn)商設(shè)定的范圍內(nèi)充放電，因此，很大一部分的容量也不會(huì)被充分使用。部分實(shí)驗(yàn)技術(shù)提出 “欺騙”原廠汽車控制器，迫使它使用更大電池容量、發(fā)揮更大優(yōu)勢(shì)，但是，由于需要改動(dòng)出 廠控制程序，這樣做的副作用是高成本和對(duì)原廠部件的影響，同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高于原設(shè)計(jì)的廢 氣排放量，這顯然與控制廢氣排放的初衷相背離。另一個(gè)把混動(dòng)車改裝成“插充電混合動(dòng)力電動(dòng)車”的方法是把原廠電池組全部換 成大容量電池。這樣可以解決電池間不均衡的問(wèn)題，但由于要延長(zhǎng)電池使用數(shù)年，仍然受使 用容量的限制；同時(shí)，這樣做成本很高，還會(huì)造成舊電池的廢棄所造成的環(huán)境問(wèn)題。在1993年6月29日發(fā)布的美國(guó)5，223，351號(hào)專利中，Wruck提出雙電池系統(tǒng)不 隔離和不通過(guò)轉(zhuǎn)換器控制而直接連通兩個(gè)不同標(biāo)稱電壓的電池系統(tǒng)，但其弊病是電壓較 高的主電池會(huì)反充副電池，造成能量從主電池流向副電池。隨著時(shí)間推移，兩組電池的電壓 會(huì)趨同，成為一標(biāo)稱兩并聯(lián)串電池組。本發(fā)明的主要目標(biāo)是，通過(guò)管理分級(jí)多相大功率電池系統(tǒng)，延長(zhǎng)電池使用壽命和 達(dá)到更大容量，其中主電池組應(yīng)對(duì)瞬變負(fù)載，而副電池組在給主電池組造成最小沖擊的前提下承擔(dān)恒定負(fù)載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種分級(jí)驅(qū)動(dòng)電池系統(tǒng)，以延長(zhǎng)電池使用壽命和加大原配 大功率電池系統(tǒng)(主電池組)的功率，延長(zhǎng)電池使用壽命和達(dá)到更大容量。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種分級(jí)驅(qū)動(dòng)電池系統(tǒng)，包括一主驅(qū)動(dòng)電池組，連接電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；多個(gè)與所 述主驅(qū)動(dòng)電池組分隔的副驅(qū)動(dòng)電池組；一個(gè)直流轉(zhuǎn)直流轉(zhuǎn)換器和控制器，帶有調(diào)節(jié)輸出電 力限量和從所述副驅(qū)動(dòng)電池組向所述主驅(qū)動(dòng)電池組轉(zhuǎn)移能量的裝置；一種測(cè)量所述主驅(qū)動(dòng) 電池組充放電狀態(tài)的裝置；一種測(cè)量所述副驅(qū)動(dòng)電池組充放電狀態(tài)的裝置。本發(fā)明把電池分成分級(jí)電池組，通過(guò)直流轉(zhuǎn)直流轉(zhuǎn)換器及控制器(直流轉(zhuǎn) 換控制器)相互連接，延長(zhǎng)電池使用壽命和增加可用容量。汽車加減速時(shí)，在淺循環(huán) (shallowcycling)和設(shè)定的充放狀態(tài)水平中運(yùn)作的主電池模塊(組)承擔(dān)瞬變負(fù)載供電， 而副電池模塊(組)則以深循環(huán)(de印cycling)輔助恒定負(fù)載?？?cè)萘枯^小的主電池組由多個(gè)電池排列而成，在汽車加速時(shí)釋放大沖量電力，在 汽車剎車時(shí)回收大沖量重新發(fā)電的能量。主電池充放狀態(tài)水平保持在設(shè)定的范圍，如40% 到80%之間，這樣就可以在剎車時(shí)，在不過(guò)充主電池的情況下回收電力，同時(shí)還可以在不過(guò) 放的情況下產(chǎn)生大沖量電流?？?cè)萘枯^大的副電池組由多個(gè)電池排列而成，通過(guò)“直流轉(zhuǎn)換控制器”與主電池 匹配，供給較小恒定電力驅(qū)動(dòng)汽車，或者在汽車停頓或小驅(qū)動(dòng)功率需求階段給主電池充電， 例如在低速行駛和定速巡航等時(shí)候。副電池幾乎完全放電，至接近當(dāng)時(shí)充放狀態(tài)的零值 (0% )；同時(shí)，幾乎滿充到當(dāng)時(shí)充放狀態(tài)的100%。電池過(guò)充和過(guò)放會(huì)嚴(yán)重?fù)p害電池，縮短其使用壽命，而副電池由于充放都是定量 和可預(yù)判的，電池容量可以被完全充分地使用，而不會(huì)出現(xiàn)過(guò)充過(guò)放現(xiàn)象?！爸绷鬓D(zhuǎn)換控制器”同時(shí)監(jiān)測(cè)主、副電池的電壓電流，并測(cè)評(píng)兩組電池的充放電狀 態(tài)。如果主電池的充放電狀態(tài)達(dá)到控制范圍的上限，或者副電池下降到控制范圍的下限，它 就停止向主電池充電。“直流轉(zhuǎn)換控制器”從副電池吸取電能并把它轉(zhuǎn)換成與主電池匹配的 電壓?！爸绷鬓D(zhuǎn)換控制器”的直流電輸出被限定在可調(diào)整的范圍內(nèi)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的分級(jí)電池系統(tǒng)圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明測(cè)算的主電池和副電池組之間的充放電狀態(tài)比對(duì)圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的、說(shuō)明“直流轉(zhuǎn)換控制器”控制邏輯的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)圖1至圖3，給出本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并予以詳細(xì)描述，使能更好地理 解本發(fā)明的功能、特點(diǎn)。在圖1中，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的分級(jí)電池系統(tǒng)1的組成部分包括主電池組2、副電 池組3、充電器4、手動(dòng)操控面板7、電動(dòng)車控制器8、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)組件6、直流轉(zhuǎn)直流轉(zhuǎn)換器和控制器9，以及電源5。外接電源5通過(guò)充電器4向副電池組3充電，直到接近充滿。當(dāng)電動(dòng)車控制器8 發(fā)出開(kāi)動(dòng)信號(hào)，副電池組3通過(guò)“直流轉(zhuǎn)換控制器” 9供給恒定直流電，輔助電動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn) 作；或者，當(dāng)主電池組的充放電狀態(tài)低于可調(diào)控的上限時(shí)，向主電池組2充電。如果主電池 組2滿電，或者剎車重新發(fā)電的能量正在流入主電池組2，“直流轉(zhuǎn)換控制器” 9停止輸出直 流電。當(dāng)副電池組3的充放電狀態(tài)下降至接近零值，“直流轉(zhuǎn)換控制器” 9開(kāi)啟低電量指示 燈，并關(guān)停向主電池組和電池動(dòng)力系統(tǒng)的輸出。圖2描述了主電池和副電池的充放電狀態(tài)指標(biāo)。主電池組的控制方略是充電 放電，使充放狀態(tài)指標(biāo)保持在一定范圍內(nèi)的設(shè)定目標(biāo)水平。在這個(gè)例子中，目標(biāo)水平設(shè)在 60%，范圍是目標(biāo)水平的上下20%。副電池組的控制方略是充電放電，使輸出電力水平被限 制在接近充放狀態(tài)的100%到接近零值。這些控制方略同時(shí)延長(zhǎng)了主、副電池組的使用壽 命。圖3描述了“直流轉(zhuǎn)換控制器”的控制邏輯。副電池組滿充后，“直流轉(zhuǎn)換控制器” 等待電動(dòng)車控制器的開(kāi)動(dòng)指令，然后檢查副電池組的充放電狀態(tài)。如果副電池組的充放電 狀態(tài)未在設(shè)定的下限、主電池組未超過(guò)設(shè)定的上限、剎車發(fā)電不在向主電池組充電，“直流 轉(zhuǎn)換控制器”則以限定的電力水平向主電池組輸出電壓和直流電?！爸绷鬓D(zhuǎn)換控制器”采用類似于但不局限于分壓器、數(shù)字羅盤(digital dial)等方 式調(diào)節(jié)輸出電流和電壓水平，使其與用電設(shè)備(如插充電混動(dòng)或電動(dòng)車)匹配。駕駛員通 過(guò)手動(dòng)操控面板7開(kāi)啟或關(guān)?！爸绷鬓D(zhuǎn)換控制器”?！爸绷鬓D(zhuǎn)換控制器”送電時(shí)，一指示燈會(huì) 告知駕駛員；而當(dāng)副電池組電力過(guò)低時(shí)，另一指示燈則會(huì)顯示。如果副電池組電力不足，“直 流轉(zhuǎn)換控制器”會(huì)關(guān)停以防止過(guò)放，保護(hù)電池。由于主、副兩組電池被分置并由“直流轉(zhuǎn)換控制器”連接，各自之間可以存在不同 的標(biāo)稱電壓，并可使用不同類型、不同化學(xué)物的電池，譬如，豐田的普銳斯混動(dòng)車用鎳氫電 池作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源，根據(jù)本發(fā)明加放多個(gè)磷酸鋰電池和一“直流轉(zhuǎn)換控制器”，就可以把混 動(dòng)車改換成插充電混動(dòng)車，可以在家或者單位的標(biāo)準(zhǔn)交流電插座充電。前面提供了對(duì)較佳實(shí)施例的描述，以使本領(lǐng)域內(nèi)的任何技術(shù)人員可使用或利用本 發(fā)明。對(duì)該較佳實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明原理的基礎(chǔ)上，可以作出各種 修改或者變換。應(yīng)當(dāng)理解，這些修改或者變換都不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種分級(jí)驅(qū)動(dòng)電池系統(tǒng)，包括一主驅(qū)動(dòng)電池組，連接電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；多個(gè)與所述主驅(qū)動(dòng)電池組分隔的副驅(qū)動(dòng)電池組；一個(gè)直流轉(zhuǎn)直流轉(zhuǎn)換器和控制器，帶有調(diào)節(jié)輸出電力限量和從所述副驅(qū)動(dòng)電池組向所述主驅(qū)動(dòng)電池組轉(zhuǎn)移能量的裝置；一種測(cè)量所述主驅(qū)動(dòng)電池組充放電狀態(tài)的裝置；一種測(cè)量所述副驅(qū)動(dòng)電池組充放電狀態(tài)的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的一種分級(jí)驅(qū)動(dòng)電池系統(tǒng)，其特征在于，在所述主、副驅(qū)動(dòng)電池組 中含有不同類型化學(xué)物質(zhì)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種分級(jí)驅(qū)動(dòng)電池系統(tǒng)，其特征在于，在所述主、副驅(qū)動(dòng)電池組 中具備不同的標(biāo)稱電壓。
4.如權(quán)利要求1所述的一種分級(jí)驅(qū)動(dòng)電池系統(tǒng)，其特征在于，在所述主、副驅(qū)動(dòng)電池組 中具備平衡電池能量水平的裝置。
5.如權(quán)利要求1所述的一種分級(jí)驅(qū)動(dòng)電池系統(tǒng)，其特征在于，包括關(guān)停所述直流轉(zhuǎn)直 流轉(zhuǎn)換器和控制器的裝置。
6.如權(quán)利要求1所述的一種分級(jí)驅(qū)動(dòng)電池系統(tǒng)，其特征在于，包括顯示所述直流轉(zhuǎn)直 流轉(zhuǎn)換器和控制器開(kāi)啟的裝置。
7.如權(quán)利要求1所述的一種分級(jí)驅(qū)動(dòng)電池系統(tǒng)，其特征在于，包括顯示所述副驅(qū)動(dòng)電 池組能量水平低的裝置。
8.如權(quán)利要求1所述的一種分級(jí)驅(qū)動(dòng)電池系統(tǒng)，其特征在于，包括從外接電源向副電 池組充電的裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種分級(jí)驅(qū)動(dòng)電池系統(tǒng)，包括一主驅(qū)動(dòng)電池組，連接電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；多個(gè)與所述主驅(qū)動(dòng)電池組分隔的副驅(qū)動(dòng)電池組；一個(gè)直流轉(zhuǎn)直流轉(zhuǎn)換器和控制器，帶有調(diào)節(jié)輸出電力限量和從所述副驅(qū)動(dòng)電池組向所述主驅(qū)動(dòng)電池組轉(zhuǎn)移能量的裝置；一種測(cè)量所述主驅(qū)動(dòng)電池組充放電狀態(tài)的裝置；一種測(cè)量所述副驅(qū)動(dòng)電池組充放電狀態(tài)的裝置。本發(fā)明把電池分成分級(jí)電池組，通過(guò)直流轉(zhuǎn)直流轉(zhuǎn)換器及控制器相互連接，延長(zhǎng)電池使用壽命和增加可用容量。汽車加減速時(shí)，在淺循環(huán)和設(shè)定的充放狀態(tài)水平中運(yùn)作的主電池模塊承擔(dān)瞬變負(fù)載供電，而副電池模塊則以深循環(huán)輔助恒定負(fù)載。
文檔編號(hào)H01M10/00GK101879899SQ200910195110
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2009年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者陳亞杰, 陳冠豪 申請(qǐng)人:上海安駿能環(huán)?？萍加邢薰?br>