一种双电源耦合装置及其混合动力电动汽车的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种双电源耦合装置，包括蓄电池、状态控制设备、充电控制设备、超级电容和用电设备，其中，所述状态控制设备，用于控制混合动力电动汽车处于静止、驱动、制动或充电状态；所述充电控制设备，用于检测到混合动力电动汽车处于静止状态时，控制所述超级电容给所述蓄电池充电；用于检测到混合动力电动汽车处于驱动状态时，控制所述超级电容和所述蓄电池给所述用电设备供电。本实用新型还提供一种混合动力电动汽车，包括双电源耦合装置。本实用新型与现有的DC/DC转换器相比较，所能实现的有益效果为体积缩小、结构简单、效率提升以及成本降低，且对于混合动力电动汽车的特殊用途，其效率也非常高。
【专利说明】-种双电源耦合装置及其混合动力电动汽车
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及电动汽车领域，尤其涉及一种双电源耦合装置及其混合动力电动 汽车。
【背景技术】
[0002] 电动汽车包括纯电动汽车和混合动力电动汽车，两者均需要高性能电池，即要求 电池功率性强，储能率高。但是，实际上电池的功率性和储能率是一组矛盾的两面，功率性 强，就要牺牲储能能力；而储能能力的提高，也以牺牲功率性为代价。同时，由于电池是电化 学变化，其功率性和效率特性均不如超级电容，而超级电容的储能率也远远不如电化学反 应的电池。将电池与超级电容有机地组合在一起，尤其是运用在混合动力电动汽车上，即可 很好地获得超级电容的功率特性，又可以很好获得电池的储能特性。
[0003] 但是，由于储能的蓄电地的电压外特性与超级电容的电压外特性相对比，电池电 压外特性具有不可比拟的刚性。如果直接将电池组与超级电容组并联应用，超级电容根本 发挥不了功率特性，电池倍率充放电保护也无法得以实现。现有技术中通常采用的是在两 个蓄能电源之间增加一个DC/DC转换器（双向直流转换器），这类大功率的DC/DC转换器， 不仅体积大，结构复杂，效率低，同时因元器件使用多，成本昂贵。 实用新型内容
[0004] 本实用新型的主要目的在于提供一种双电源耦合装置，旨在解决采用DC/DC转换 器对蓄电池和超级电容之间进行电压转换时所带来的体积庞大、结构复杂、效率低下以及 成本昂贵的问题。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型提供的双电源耦合装置，包括蓄电池、状态控制设 备、充电控制设备、超级电容和用电设备，其中，所述状态控制设备，与所述蓄电池的正极相 连，用于控制混合动力电动汽车处于静止、驱动、制动或充电状态；所述充电控制设备，与所 述状态控制模块、超级电容的正极和用电设备相连，用于检测到混合动力电动汽车处于静 止状态时，控制所述超级电容给所述蓄电池充电；用于检测到混合动力电动汽车处于驱动 状态时，控制所述超级电容或/和所述蓄电池给所述用电设备供电；用于检测到混合动力 电动汽车处于驱动制动状态时，控制所述用电设备将反馈制动能量存入所述超级电容或所 述蓄电池；以及用于检测到混合动力电动汽车处于充电状态时，控制所述用电设备给所述 蓄电池补电。
[0006] 优选地，所述充电控制设备包括电阻、第一开关管、第二开关管和控制回路，所述 电阻一端与所述状态控制设备和所述第二开关管的集电极相连，另一端与第一开关管的集 电极相连，第二开关管的基极与所述控制回路相连，第二开关管的发射极与所述第一开关 管的发射极、所述控制回路以及所述超级电容的正极相连，用于检测到混合动力电动汽车 处于静止状态且当所述蓄电池的端电压与所述超级电容的端电压之间的差值大于设定的 阈值电压时，所述控制回路控制第一开关管导通，所述蓄电池第一次给所述超级电容充电； 以及检测到混合动力电动汽车处于静止状态且所述蓄电池的端电压与所述超级电容的端 电压之间的差值小于或等于设定的阈值电压时，控制回路控制第二开关管导通；所述蓄电 池第二次给所述超级电容充电。
[0007] 优选地，所述充电控制设备用于检测到混合动力电动汽车处于驱动状态且超级电 容的端电压大于或等于设定的下限电压时，所述控制回路控制第一开关管和第二开关管截 止，控制所述超级电容给所述用电设备供电；还用于检测到混合动力电动汽车处于驱动状 态且超级电容的端电压小于设定的下限电压时，所述控制回路控制第一开关管导通，所述 蓄电池给所述用电设备供电；以及当所述蓄电池的端电压与所述超级电容的端电压之间的 差值小于设定的阈值电压时，所述控制回路控制第二开关管导通，所述蓄电池给所述超级 电容充电，直至所述超级电容的端电压与所述蓄电池的端电压相闯。
[0008] 优选地，所述充电控制设备还用于检测到混合动力电动汽车处于制动状态且超级 电容的端电压小于或等于设定的上限电压时，所述控制回路控制第一开关管和第二开关管 截止，所述用电设备将反馈制动能量均存入所述超级电容；当所述超级电容的端电压大于 设定的上限电压时，所述控制回路控制第一开关管导通，所述用电设备将反馈制动能量存 入所述蓄电池。
[0009] 优选地，所述充电控制设备，还用于检测到混合动力电动汽车处于充电状态，即所 述用电设备为发电机或充电器时，所述用电设备给所述蓄电池补电。
[0010] 优选地，所述第一开关管和第二开关管为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）。
[0011] 优选地，所述状态控制设备包括接触器或断路器。
[0012] 优选地，所述蓄电池的数量为两个以上，各蓄电池之间采用串联连接。
[0013] 优选地，所述超级电容数量为两个以上，各超级电容之间采用串联连接。
[0014] 本实用新型进一步提供一种混合动力电动汽车，包括双电源耦合装置。
[0015] 本实用新型提供的双电源耦合装置，包括蓄电池、状态控制设备、充电控制设备、 超级电容和用电设备，其中，所述状态控制设备，与所述蓄电池的正极相连，用于控制混合 动力电动汽车处于静止、驱动、制动或充电状态；所述充电控制设备，与所述状态控制模块、 超级电容的正极和用电设备相连，用于检测到混合动力电动汽车处于静止状态时，控制所 述超级电容给所述蓄电池充电；用于检测到混合动力电动汽车处于驱动状态时，控制所述 超级电容和所述蓄电池给所述用电设备供电；用于检测到混合动力电动汽车处于驱动制动 状态时，控制所述用电设备将反馈制动能量存入所述超级电容或所述蓄电池；以及用于检 测到混合动力电动汽车处于充电状态时，控制所述用电设备给所述蓄电池补电。本实用新 型与与现有的DC/DC转换器相比较，所能实现的有益效果为体积缩小、结构简单、效率提升 以及成本降低，且对于混合动力电动汽车的特殊用途，其效率也非常高。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1为本实用新型双电源耦合装置一实施例的结构框图；
[0017] 图2为本实用新型双电源耦合装置一实施例的电路图；
[0018] 图3为图2中等效电路图；
[0019] 图4为本实用新型双电源耦合装置检测到混合动力电动汽车处于静止状态且当 蓄电池的端电压与超级电容的端电压之间的差值大于设定的阈值电压时的电压特性曲线 图；
[0020] 图5为本实用新型混合动力电动汽车处于静止状态且当蓄电池的端电压与超级 电容的端电压之间的差值小于或等于设定的阈值电压时的电流特性曲线图；
[0021] 图6为本实用新型混合动力电动汽车处于静止状态且当蓄电池的端电压与超级 电容的端电压之间的差值大于设定的阈值电压时的充电效率图；
[0022] 图7为本实用新型混合动力电动汽车处于静止状态时整个电压特性曲线图；
[0023] 图8为本实用新型混合动力电动汽车处于静止状态时整个电流特性曲线图。
[0024] 实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
【具体实施方式】
[0025] 应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本 实用新型。
[0026] 本实用新型提供一种双电源耦合装置，参照图1，在一实施例中，该本实用新型提 供的双电源耦合装置，包括蓄电池10、状态控制设备30、充电控制设备50、超级电容20和用 电设备40,其中，
[0027] 所述状态控制设备30,与所述蓄电池10的正极相连，用于控制混合动力电动汽车 处于静止、驱动、制动或充电状态。
[0028] 混合动力电动汽车的运动状态包括静止、运行和充电状态，其中，运行状态又包括 驱动和制动状态，其中驱动为混合动力电动汽车正常运行的状态，混合动力电动汽车的制 动状态是指抬起油门踏板，但不踏下离合器，利用发动机的压缩行程产生的压缩阻力，内摩 擦力和进排气阻力对驱动轮形成制动作用，比如说在下陡坡或连续下坡时将车辆换入一个 较低的档位，以此来控制车速的驾驶方式。因为下坡时长时间的使用刹车，会使刹车片、刹 车盘的温度急剧升高，温度越高制动效果越差，甚至会有刹车失灵的危险。运用制动状态可 较好的控制车速，减少刹车片的刹车时间，延长制动系统的使用寿命，当然，最主要的还是 可以提高驾驶安全性，避免安全事故的发生。
[0029] 所述充电控制设备50,与所述状态控制模块30、超级电容20的正极和用电设备40 相连，用于检测到混合动力电动汽车处于静止状态时，控制所述超级电容20给所述蓄电池 10充电。
[0030] 本实施例所述充电控制设备50,用于检测到混合动力电动汽车处于静止状态且当 所述蓄电池10的端电压与所述超级电容20的端电压之间的差值大于设定的阈值电压Λ V 时，控制所述蓄电池10第一次给所述超级电容20充电；以及检测到混合动力电动汽车处于 静止状态且所述蓄电池10的端电压与所述超级电容20的端电压之间的差值小于或等于设 定的阈值电压时，控制所述蓄电池10第二次给所述超级电容20充电。
[0031] 所述充电控制设备50用于检测到混合动力电动汽车处于驱动状态时，控制所述 超级电容20或/和所述蓄电池10给所述用电设备40供电。
[0032] 本实施例所述充电控制设备50用于检测到混合动力电动汽车处于驱动状态且超 级电容20的端电压大于或等于设定的下限电压时，控制所述超级电容20给所述用电设备 40供电；还用于检测到混合动力电动汽车处于驱动状态且超级电容20的端电压小于设定 的下限电压时，控制所述蓄电池10给所述用电设备供电；以及当所述蓄电池10的端电压与 所述超级电容20的端电压之间的差值小于设定的阈值电压时，控制所述蓄电池10给所述 超级电容20充电，直至所述超级电容20的端电压与所述蓄电池10的端电压相闯。
[0033] 所述充电控制设备50用于检测到混合动力电动汽车处于驱动制动状态时，控制 所述用电设备40将反馈制动能量存入所述超级电容20或所述蓄电池10。
[0034] 本实施例所述充电控制设备50还用于检测到混合动力电动汽车处于制动状态且 超级电容20的端电压小于或等于设定的上限电压时，控制所述用电设备将反馈制动能量 均存入所述超级电容20 ;当所述超级电容20的端电压大于设定的上限电压时，控制所述用 电设备40将反馈制动能量存入所述蓄电池10。
[0035] 以及所述充电控制设备50用于检测到混合动力电动汽车处于充电状态时，控制 所述用电设备40给所述蓄电池10补电。
[0036] 本实施例所述充电控制设备50用于检测到混合动力电动汽车处于充电状态，即 所述用电设备为发电机或充电器时，所述用电设备给所述蓄电池10反向补充电量。
[0037] 本实施例提供的双电源耦合装置，包括蓄电池10、状态控制设备30、充电控制设 备50、超级电容20和用电设备40,其中，所述状态控制设备30,与所述蓄电池10的正极相 连，用于控制混合动力电动汽车处于静止、驱动、制动或充电状态；所述充电控制设备50， 与所述状态控制模块30、超级电容20的正极和用电设备40相连，用于检测到混合动力电 动汽车处于静止状态时，所述超级电容20给所述蓄电池10充电；用于检测到混合动力电动 汽车处于驱动状态时，所述超级电容20和所述蓄电池10给所述用电设备40供电；用于检 测到混合动力电动汽车处于驱动制动状态时，所述用电设备40将反馈制动能量存入所述 超级电容20或所述蓄电池10 ;以及用于检测到混合动力电动汽车处于充电状态时，所述用 电设备40给所述蓄电池10补电。与DC/DC转换器相比较，所能实现的有益效果为体积缩 小、结构简单、效率提升以及成本降低，且对于混合动力电动汽车的特殊用途，其效率也非 常1?。
[0038] 具体地，如图2所示，所述充电控制设备50包括电阻R1、第一开关管Q1、第二开关 管Q2和控制回路51，所述电阻R1 -端与所述状态控制设备30和所述第二开关管Q2的集 电极相连，另一端与第一开关管Q1的集电极相连，第二开关管Q2的基极与所述控制回路51 相连，第二开关管Q2的发射极与所述第一开关管Q1的发射极、所述控制回路51以及所述 超级电容20的正极相连。控制回路51为触发回路，这是常见线路，选用不同的触发1C元 件和IGBT可以组成不同的回路，均可在1C元件器应用中查到，本实施例的充电控制设备50 用于检测到混合动力电动汽车处于静止状态且当所述蓄电池10的端电压与所述超级电容 20的端电压之间的差值大于设定的阈值电压Λ V时，控制回路51控制第一开关管Q1导通， 蓄电池10通过电阻R1第一次给所述超级电容20充电；当检测到混合动力电动汽车处于静 止状态且蓄电池10的端电压与超级电容20的端电压之间的差值小于或等于设定的阈值电 压Λ V时，控制回路51控制第二开关管Q2导通；蓄电池10通过电阻R1第二次给超级电容 20充电。
[0039] 进一步参见图2,所述充电控制设备50用于检测到混合动力电动汽车处于驱动状 态且超级电容20的端电压大于或等于设定的下限电压时，所述控制回路51控制第一开关 管Q1和第二开关管Q2截止，控制所述超级电容20给所述用电设备40供电；还用于检测到 混合动力电动汽车处于驱动状态且超级电容20的端电压小于设定的下限电压时，所述控 制回路51控制第一开关管Q1导通，所述蓄电池10给所述用电设备40供电；以及当所述蓄 电池10的端电压与所述超级电容20的端电压之间的差值小于设定的阈值电压AV时，所 述控制回路51控制第二开关管Q2导通，所述蓄电池10给所述超级电容20充电，直至超级 电容20的端电压与蓄电池10的端电压相闯。
[0040] 所述充电控制设备30还用于检测到混合动力电动汽车处于制动状态且超级电容 的端电压小于或等于设定的上限电压时，所述控制回路控制第一开关管和第二开关管截 止，所述用电设备将反馈制动能量均存入所述超级电容；当所述超级电容的端电压大于设 定的上限电压时，所述控制回路控制第一开关管导通，所述用电设备将反馈制动能量存入 所述蓄电池。
[0041] 所述的双电源耦合装置，用于检测到混合动力电动汽车处于充电状态，即所述用 电设备为发电机或充电器时，所述用电设备给所述蓄电池补电。
[0042] 具体地，所述第一开关管和第二开关管为IGBT。
[0043] 本实施例的第一开关管Q1和第二开关管Q1均采用IGBT，IGBT综合了 BJT (双极 型三极管）和M0S(绝缘栅型场效应管）的优点，驱动功率小而饱和压降低，非常适合于混 合动力电动汽车中双电源耦合装置的蓄电池和超级电容两者之间充放电的控制。
[0044] 具体地，所述状态控制设备包括接触器31或断路器。
[0045] 本实施例的状态控制设备30采用接触器31或断路器的断开或闭合控制整个双电 源耦合装置处于静止、驱动、制动或充电状态。
[0046] 具体地，所述蓄电池10的数量为两个以上，各蓄电池10之间采用串联连接。本实 施例的蓄电池10采用串联这种连接方式组成蓄电池组，在设计上很灵活，可以用标准的蓄 电池10达到所需要的额定电压和电流。对蓄电池10而言，串联的连接方法很常见。最常 用的一种蓄电池组串联方式是把几个蓄电池串联起来使用。注意蓄电池10使用时不要混 用，蓄电池10。在串联使用时，要选用同一种类型且性能一致的蓄电池10。并注意蓄电池 10的极性，如果有一节蓄电池10的极性装反了，就会减少整串电池的蓄电池10的电压，而 不是增加电压。蓄电池10串联使用，容量不变，电压叠加，得到所需要的工作电压。
[0047] 具体地，所述超级电容20数量为两个以上，各超级电容20之间采用串联连接。本 实施例超级电容20的容量都非常大，一般都在几百法拉以上，几个超级电容20串联使用组 成超级电容组，超级电容组连接线短而粗，线路直流电阻极小，仅为毫欧级或更低，充满电 的情况下，不适合拆装，因为容易发生短路，烧毁电极或连接线，而应在线进行充放电，为确 保各超级电容的端电压相同或相近，最理想的方法是加装一套电压均衡器，通过电压均衡 器让所有超级电容的电压相等或相近。
[0048] 本实施例进一步提供一种混合动力电动汽车，包括上述所述的双电源耦合装置。
[0049] 本实施例双电源耦合装置的工作原理如下所示：
[0050] -、初始状态：即混合动力电动汽车处于静止状态
[0051] 接触器31处于断开状态，控制回路51将第一开关管Q1处于关闭状态，第二开关 管Q2处于截止状态。此时，蓄电池10的端电压值为VI，超级电容20的端电压值为V。
[0052] 当蓄电池10的端电压值与超级电容20的端电压值的差值大于阈值电压AV(此 处的AV的大小根据蓄电池10和超级电容20直接短接时的最大允许的电压差所设定）时， 接触器31闭合，并通过控制回路51将第一开关管Q1导通并保持第二开关管Q2处于截止 状态，蓄电池10通过功率电阻R1，给超级电容20充电。其充电电压，即超级电容20的端压 电为V，如图4所示，图4中显示了在时间Ο-t Λ区间，超级电容10的端电压与时间的特 性曲线，超级电容20的端电压的大小如下公式所示：
[0053] 超级电容20的端电压为
【权利要求】
1. 一种双电源耦合装置，其特征在于，包括蓄电池、状态控制设备、充电控制设备、超级 电容和用电设备，其中， 所述状态控制设备，与所述蓄电池的正极相连，用于控制混合动力电动汽车处于静止、 驱动、制动或充电状态； 所述充电控制设备，与所述状态控制模块、超级电容的正极和用电设备相连，用于检测 到混合动力电动汽车处于静止状态时，控制所述超级电容给所述蓄电池充电； 用于检测到混合动力电动汽车处于驱动状态时，控制所述超级电容或/和所述蓄电池 给所述用电设备供电； 用于检测到混合动力电动汽车处于驱动制动状态时，控制所述用电设备将反馈制动能 量存入所述超级电容或所述蓄电池；以及 用于检测到混合动力电动汽车处于充电状态时，控制所述用电设备给所述蓄电池补 电。
2. 如权利要求1所述的双电源耦合装置，其特征在于，所述充电控制设备包括电阻、第 一开关管、第二开关管和控制回路，所述电阻一端与所述状态控制设备和所述第二开关管 的集电极相连，另一端与第一开关管的集电极相连，第二开关管的基极与所述控制回路相 连，第二开关管的发射极与所述第一开关管的发射极、所述控制回路以及所述超级电容的 正极相连，用于检测到混合动力电动汽车处于静止状态且当所述蓄电池的端电压与所述超 级电容的端电压之间的差值大于设定的阈值电压时，所述控制回路控制第一开关管导通， 所述蓄电池第一次给所述超级电容充电；以及检测到混合动力电动汽车处于静止状态且所 述蓄电池的端电压与所述超级电容的端电压之间的差值小于或等于设定的阈值电压时，控 制回路控制第二开关管导通；所述蓄电池第二次给所述超级电容充电。
3. 如权利要求2所述的双电源耦合装置，其特征在于，所述充电控制设备用于检测到 混合动力电动汽车处于驱动状态且超级电容的端电压大于或等于设定的下限电压时，所述 控制回路控制第一开关管和第二开关管截止，控制所述超级电容给所述用电设备供电；还 用于检测到混合动力电动汽车处于驱动状态且超级电容的端电压小于设定的下限电压时， 所述控制回路控制第一开关管导通，所述蓄电池给所述用电设备供电；以及当所述蓄电池 的端电压与所述超级电容的端电压之间的差值小于设定的阈值电压时，所述控制回路控制 第二开关管导通，所述蓄电池给所述超级电容充电，直至所述超级电容的端电压与所述蓄 电池的端电压相闯。
4. 如权利要求2所述的双电源耦合装置，其特征在于，所述充电控制设备还用于检测 到混合动力电动汽车处于制动状态且超级电容的端电压小于或等于设定的上限电压时，所 述控制回路控制第一开关管和第二开关管截止，所述用电设备将反馈制动能量均存入所述 超级电容；当所述超级电容的端电压大于设定的上限电压时，所述控制回路控制第一开关 管导通，所述用电设备将反馈制动能量存入所述蓄电池。
5. 如权利要求2所述的双电源耦合装置，其特征在于，所述充电控制设备还用于检测 到混合动力电动汽车处于充电状态，即所述用电设备为发电机或充电器时，所述用电设备 给所述蓄电池补电。
6. 如权利要求2所述的双电源耦合装置，其特征在于，所述第一开关管和第二开关管 为 IGBT。
7. 如权利要求1所述的双电源耦合装置，其特征在于，所述状态控制设备包括接触器 或断路器。
8. 如权利要求1所述的双电源耦合装置，其特征在于，所述蓄电池的数量为两个以上， 各蓄电池之间采用串联连接。
9. 如权利要求1所述的双电源耦合装置，其特征在于，所述超级电容数量为两个以上， 各超级电容之间采用串联连接。
10. -种混合动力电动汽车，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的双电源 奉禹合装置。
【文档编号】H02J7/34GK203840047SQ201420231176
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月7日 优先权日:2014年5月7日
【发明者】苗华强 申请人:上海浩锐动力科技有限公司