专利名称：电动车双电源系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电动车用电源系统，尤其是以铅酸蓄电池组和锂离子蓄电池组作 为动力的电动车双电源系统，铅酸蓄电池组和锂离子蓄电池组为电动机供电时呈并联关 系，价格较高的锂离子蓄电池组工作电流限制在一定值之内，起步加速阶段超过锂离子蓄 电池组限定值的那部分大电流由价格低廉的铅酸蓄电池组提供，从而达到避免大电流及大 的电流波动对锂离子蓄电池组的损伤，延长锂离子蓄电池组循环使用寿命、降低整车寿命 范围内使用铅酸蓄电池和锂离子蓄电池总体成本目的。属于电动车电源技术领域。
背景技术：
目前，市面上所售的电动车动力源有铅酸蓄电池组或者锂离子蓄电池组。铅酸蓄 电池比能量仅为35Wh/kg、比功率仅能达到250W/kg，单体循环使用寿命在大于70D0D%情 况下为500次，车辆单次充电行驶里程仅为150公里，整车自重极大。但是铅酸蓄电池可靠 性好，具100多年的应用历史，电动车目前有80% 90%的采用率，原材料易得，价格便宜 (铅酸电池和锂离子电池的材料费比值为1 23)，放电电压大于极限值时的内阻变化不 大，大电流充、放电对起动型铅酸蓄电池组寿命影响不大。锂离子蓄电池能量密度高达180W · h/L，功率密度高达778W/L，平均输出电压 3. 2V，能在-30 65°C较宽的工作温度范围宽工作，无记忆效应，在急充电状态下能够在十 几分钟内充80%左右的电量，对环境污染极小，锂离子蓄电池单体在小电流恒流以及大于 70D0D%情况下循环使用寿命高达2000次左右，自放电率仅为3% 等优点，是纯电动 汽车首选动力源。但是市区中运行的纯电动汽车由于受数目众多的交通信号灯及交通拥 挤的限制，迫使其频繁制动停车、起步加速。虽然锂离子蓄电池单体的循环使用寿命在大 于70D0D%的情况下高达2000次，但是当把超过一定节数的锂离子蓄电池单体串联成组之 后，因为各电池的电压、内阻、温度和容量的不一致等多重因素，导致一部分蓄电池单体使 用过程中会比其他蓄电池单体先达到充满或放空的状态，从而使得这部分电池容易处于过 充电或过放电的状态。锂离子蓄电池组的实车使用寿命仅能达到500次，其中起步加速过 程中的大电流是导致锂离子蓄电池组过早损坏的主要原因。本项目拟采用铅酸蓄电池组和锂离子蓄电池组相配合使用，使价格较低的铅酸 蓄电池组工作于起步加速阶段大电流及大的电流波动、对电池组损伤较大的工况，而价格 较高的锂离子蓄电池组始终工作于一定的放电电流范围、对锂离子蓄电池组损坏较小的工 况。铅酸蓄电池组和锂离子蓄电池组配合使用过程中，由于总的电流被两电池组共同承担， 因此，双电源系统的比功率能轻松地满足车辆起步加速要求。在车辆起步加速阶段，由于铅 酸蓄电池组和锂离子蓄电池组呈并联关系，使得总的电源内阻远远小于两种电池组中的任 何一种内阻，从而使得起步加速阶段的内阻消耗极大地减少，达到有效地延长纯电动汽车 行驶里程目的。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有以铅酸蓄电池组为动力的电动车自重太重、行驶里 程极短，而以锂离子蓄电池组为动力的电动车起步加速阶段大电流及大的电流波动使得锂 离子蓄电池组的使用寿命极大地缩短的缺点，设计出一种在电动车上配置铅酸蓄电池组和 锂离子蓄电池组的双电源系统。本发明的技术方案是所述的铅酸蓄电池组(4)，包括铅酸蓄电池单体Al、A2.......An,铅酸蓄电池单
体Al An呈串联关系。所述的锂离子蓄电池组O)，包括锂离子蓄电池单体Bi、B2.......to，锂离子蓄
电池单体Bl ail呈串联关系。所述的铅酸蓄电池组充电器(5)的“ + ”极和“_”极分别和铅酸蓄电池组⑷的正 极和负极相连。所述的锂离子蓄电池组充电器(3)的“ + ”极和“_”极分别和锂离子蓄电池组(2) 的正极和负极相连。所述的铅酸蓄电池组输出电压调节电路(7)，包括电阻1 6、光偶肌、电阻1 7、1 )5管 Ql 二极管Dl和二极管D2。电阻R6的一端与单片机的一个PWM脚相连，比如PWMl脚。电 阻R6的另一端与光偶U2发射管的出线端相连。光偶U2发射管的出线端接地，光偶U2接 收管的出线端接下拉电阻R7的一端。下拉电阻R7的另一端接地。MOS管Ql的1脚接光偶 U2接收管出线端，MOS管Ql的2脚和3脚分别与二极管Dl的负极和正极相连接。二极管 D2的正极与MOS管Ql的3脚相连。所述的锂离子蓄电池组输出电压调节电路(1)，包括电阻附3、光偶似、电阻1 14、 MOS管Q2、二极管D3和二极管D4。电阻R13的一端与单片机的一个PWM脚相连，比如PWM2 脚。电阻R13的另一端与光偶U2发射管的出线端相连。光偶U2发射管的出线端接地，光 偶U2接收管的出线端接下拉电阻R14的一端。下拉电阻R14的另一端接地。MOS管Q2的 1脚接光偶U2接收管出线端，MOS管Q2的2脚和3脚分别与二极管D3的负极和正极相连 接。二极管D4的正极与MOS管Q2的3脚相连。所述的铅酸电池组输出电流检测电路(6)，包括电阻Rl、电阻R2、电阻R3、电阻R4、 电阻R5。电阻R5的一端与铅酸蓄电池组(4)的正极相连，另一端与MOS管Ql的2脚相连。 电阻Rl和电阻R2串联，电阻Rl和电阻R2连接点与单片机的一个AD脚相连，比如PADO脚， 电阻R2的另一端与铅酸蓄电池组的正极相连，电阻Rl的另一端接地。电阻R3和电阻R4 串联，电阻R3和电阻R4连接点与单片机的一个AD脚相连，比如PADl脚，电阻R4的另一端 与MOS管Ql的2脚相连，电阻R3的另一端接地。所述的锂离子蓄电池组输出电流检测电路(8)，包括电阻1 8、电阻1 9、电阻1 10、电 阻R11、电阻R12。电阻R12的一端与锂离子蓄电池组组O)的正极相连，另一端与MOS管 Q2的2脚相连。电阻R8和电阻R9串联，电阻R8和电阻R9连接点与单片机的一个AD脚 相连，比如PAD2脚，电阻R9的另一端与锂离子蓄电池组组的正极相连，电阻R8的另一端接 地。电阻RlO和电阻Rll串联，电阻RlO和电阻Rll连接点与单片机的一个AD脚相连，比 如PAD3脚，电阻Rll的另一端与MOS管Q2的2脚相连，电阻RlO的另一端接地。所述的直流电动机稳压电路(14)，包括电感Li、电容Cl、直流电动机M。电感Ll与二极管D2的负极和二极管D4的负极相连，另一端与直流电动机M的一端相连。直流电 动机M的另一端接地。电容Cl的“ + ”极接在电感Ll的任意一端，另一端接地。所述的交流电动机稳压与电压调节电路(1 ，包括电感Li、电容Cl、逆变器 DC-AC、交流电动机 M。电感Ll与二极管D2的负极和二极管D4的负极相连，另一端与逆变 器DC-AC的1脚相连。交流电动机 M的一端与逆变器DC-AC的2脚相连。逆变器DC-AC 的3脚接地。交流电动机 M的另一端接地。本发明的有益效果本发明能够使得电动车双电源系统中价格昂贵的锂离子蓄电池组工作电流始终 限制在一定值之内，车辆起步加速阶段超出锂离子限定值的大电流由价格低廉的铅酸蓄电 池组提供，从而极大地延长锂离子蓄电池组使用寿命，降低电动车寿命范围内蓄电池使用 成本。
图1是电动车双电源系统原理图。图2是交流电动机稳压与电压调节电路。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。如图1所示。(一 )铅酸蓄电池组和锂离子蓄电池组电压匹配要求单节铅酸蓄电池标称电压值为2. IV，在电动车上通常都是6节串联在一起构成铅 酸蓄电池单体，然后封装，封装接线端电压标称值为12. 6V。单节锂离子蓄电池标称电压值 随着锂离子蓄电池极性材料的不同而变化，大概在2. 5V 3. 2V范围，在电动车上通常都是 单节封装，封装接线端电压标称值在2. 5V 3. 2V范围。在设计双电源系统时，要匹配好铅 酸蓄电池组的单体数η和锂离子蓄电池组的单体数m值，使铅酸蓄电池组端电压和锂离子 蓄电池组端电压大致相等。(二)充电器充电方法铅酸蓄电池组的端电压和锂离子蓄电池组的端电压值不等，以及铅酸蓄电池单体 的充电电流特性和锂离子蓄电池单体的充电电流特性不同，需要用不同的充电器。铅酸蓄 电池组充电器( 与铅酸蓄电池组(4)连接。锂离子蓄电池组充电器C3)与锂离子蓄电池 组⑵连接。(三)蓄电池输出电流检测铅酸蓄电池组输出电压检测电路(6)中，假设PADO的值对应电阻Rl和电阻R2之 间的电压值为X1, PADl的值对应电阻R3和电阻R4之间的电压值为&，则铅酸蓄电池组的
,R、+ R’ R-, -I- Ra …
放电电流为锂离子蓄电池组输出电压检测电路(8)与上述铅酸蓄电池组输出电压检测电路 (6)相同。(四)蓄电池输出电流控制
5
铅酸蓄电池组输出电流控制电路(7)中，控制器根据车辆的不同速度要求，PWMl 输出不同的脉宽，使得光偶Ul发射管处于轮流导通或截止状态，光偶Ul的接受管也处于相 同的导通或截止状态，从而控制MOS管Ql的导通和截止。二极管D2是为了防止电流倒流。锂离子蓄电池组输出电流控制电路(1)的工作原理与上述铅酸蓄电池组输出电 流控制电路(7)工作原理相同，在工作过程中，控制系统通过PWMl值限制锂离子蓄电池组 的工作电流。电感Ll和电容Cl对铅酸蓄电池组⑷和锂离子蓄电池组⑵输出的电压进行滤 波和稳压。滤波和稳压后的直流电直接送到直流电动机M。滤波和稳压后的直流电需要经 过逆变器DC-AC逆变之后，送到交流电动机 M。电动机输出的动力经过传动轴(1 、连轴器(1 、驱动桥(9)，传至电动车驱动轮 (10)。速度传感器(11)布置在传动轴(1 上。
权利要求
1.电动车双电源系统，包括铅酸蓄电池组G)、锂离子蓄电池组O)、铅酸蓄电池组充 电器(5)、锂离子蓄电池组充电器(3)、铅酸蓄电池组输出电压调节电路(7)、锂离子蓄电池 组输出电压调节电路(1)、铅酸蓄电池组输出电流检测电路(6)、锂离子蓄电池组输出电流 检测电路(S)0
2.根据权利要求1所述的电动车双电源系统，其最主要的特征是本系统包括铅酸蓄电 池组⑷和锂离子蓄电池组O)，铅酸蓄电池组⑷正极经过Ql和D2、锂离子蓄电池组⑵ 正极经过Q2和D4给直流电动机M供电或交流电动机 M供电时呈并联连接关系。
3.根据权利要求1所述的电动车双电源系统，其特征在于铅酸蓄电池组充电器(5)的 “ + ”极和“_”极分别和铅酸蓄电池组⑷的正极和负极相连，锂离子蓄电池组充电器(5)的 “ + ”极和“_”极分别和锂离子蓄电池组(3)的正极和负极相连。
4.根据权利要求1所述的电动车双电源系统，其特征在于铅酸蓄电池组输出电压调节 电路7由电阻R6、光偶U 1、电阻R7、MOS管Ql 二极管Dl和二极管D2组成，锂离子蓄电池 组输出电压调节电路(1)由电阻R13、光偶U2、电阻R14、M0S管Q2 二极管D3和二极管D4 组成。
全文摘要
本发明针对现有的以锂离子蓄电池为动力电动车中锂离子电池组使用寿命短的缺点，公开了一种电动车双电源系统，属于电动车电源技术领域。本电动车双电源系统的动力源包括铅酸电池组和锂离子电池组。价格较高的锂离子电池组工作电流限制在一定值之内，起步加速阶段超过锂离子电池组限定值的那部分大电流由价格低廉的铅酸电池组提供，从而达到避免大电流及大的电流波动对锂离子电池组的损伤，延长锂离子电池组循环使用寿命、降低整车寿命范围内使用铅酸蓄电池和锂离子蓄电池总体成本目的。
文档编号H02J7/34GK102130490SQ20111008545
公开日2011年7月20日 申请日期2011年4月7日 优先权日2011年4月7日
发明者丁左武, 屈敏, 王书林 申请人:南京工程学院