一种动力电池的电-电混合供电系统的制作方法

本实用新型属于混合供电技术领域，涉及一种动力电池的电-电混合供电系统。

背景技术：

能源短缺和环境污染是当今世界面临的两大问题，世界各国在战略上越来越重视能源安全和环境保护。我国政府把节能与减排，发展包括新能源、新材料、新能源汽车等战略新兴产业作为调整经济结构，转变经济发展方式的重要实施路径。

蓄电池作为能量储存和输出媒介，是新能源的重要组成部分。当下发展过程中面临的一大问题是电池技术的限制。单一蓄电池还不能满足大部分设备对能量密度、功率密度、安全性、使用寿命、成本等的要求。随着技术进步，电池能量密度会逐步提高，几年之内，电池续航能力将不再是主要问题，而安全性、可靠性、使用寿命及成本问题将更加凸显。采用电-电混合供电系统能够降低对单一蓄电池的要求，实现高功率密度和高能量密度，能快速响应负载变化，循环使用寿命也相对较长，有利于产品商业化推广和应用，是新能源的重要发展方向。

目前，电-电混合供电系统的构成主要有以下形式：蓄电池或燃料电池+超级电容+DCDC控制器、蓄电池或燃料电池+超级电容+切换装置。在蓄电池或燃料电池为连续运行提供稳定能量的同时，超级电容提供短时间内出现的峰值电流和电压。

现有技术中，电-电混合供电系统存在结构和控制复杂，能量转换效率相对较低，成本较高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：提供了一种动力电池的电-电混合供电系统，解决了电-电混合供电系统存在结构和控制复杂，能量转换效率相对较低，成本较高的问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种动力电池的电-电混合供电系统，包括高能量型电池系统、高功率型电池系统、单向DC/DC控制器，所述高能量型电池系统的输出正、负极与单向DC/DC控制器的输入正、负极连接，所述单向DC/DC控制器的输出正、负极分别与高功率型电池系统和负载的输入正、负极连接，所述高功率型电池系统的输出正、负极与负载的输入正、负极连接。

进一步地，所述高能量型电池系统设置有第一电池管理系统BMS，所述第一电池管理系统BMS与单向DC/DC控制器通过CAN总线通信连接。

进一步地，所述高能量型电池系统为三元锂电池、能量型磷酸铁锂电池或燃料电池中的任意一种。

进一步地，所述高能量型电池系统为能量型磷酸铁锂电池。

进一步地，所述高功率型电池系统设置有第二电池管理系统BMS，所述第二电池管理系统BMS与第一电池管理系统BMS通过CAN总线通信连接。

进一步地，所述高功率型电池系统为钛酸锂电池或功率型磷酸铁锂电池。

进一步地，所述高功率型电池系统为钛酸锂电池。

进一步地，所述单向DC/DC控制器包括控制器、第一驱动器、第二驱动器、第一反相器、开关管Q1、开关管Q2、电感L1、分流器Rs、电阻R1、电阻R2，所述高能量型电池系统的输出正极依次串联开关管Q1、电感L1和分流器Rs后分别与高功率型电池系统和负载的输入正极连接，所述高能量型电池系统的输出负极分别与高功率型电池系统和负载的输入负极连接，所述控制器的第一信号输出端串联第一驱动器与后与开关管Q1的信号输入端连接，所述控制器的第一信号输出端串联依次串联第一反相器和第二驱动器后与开关管Q2的信号输入端连接，所述开关管Q2的输入端与高能量型电池系统的输出负极连接、输出端与开关管Q1输出端连接，所述分流器Rs两端分别与控制器的信号输入端连接，所述电阻R1和电阻R2串联后一端与分流器Rs的输出端连接、另一端与高能量型电池系统的输出负极连接。

进一步地，还包括至少一路分流电路，所述分流电路包括第三驱动器、第四驱动器、第二反相器、开关管Q3、开关管Q4、电感L2，所述高能量型电池系统的输出正极依次串联开关管Q3、电感L2和分流器Rs后分别与高功率型电池系统和负载的输入正极连接，所述控制器的第二信号输出端串联第三驱动器与后与开关管Q3的信号输入端连接，所述控制器的第二信号输出端串联依次串联第二反相器和第四驱动器后与开关管Q4的信号输入端连接，所述开关管Q4的输入端与高能量型电池系统的输出负极连接、输出端与开关管Q3输出端连接。

进一步地，所述电阻R1和电阻R2之间任意一点与控制器的第二信号输入端连接。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型一种动力电池的电-电混合供电系统，高能量型电池系统和高功率型电池系统通过单向DC/DC控制器连接向负载供电，可以弥补供电系统输出功率不足，提高能量利用率，降低系统的结构和控制复杂度，实现电-电混合供电系统的高可靠、低成本的目的。

2.本实用新型一种动力电池的电-电混合供电系统，第一电池管理系统BMS通过CAN总线与单向DC/DC控制器进行通信，便于通过第一电池管理系统BMS对单向DC/DC控制器进行间接控制。

3.本实用新型一种动力电池的电-电混合供电系统，高能量型电池系统可以采用多种电池，便于根据需要进行选择，适用范围较广。

4.本实用新型一种动力电池的电-电混合供电系统，高能量型电池系统优选能量型磷酸铁锂电池，具有较高的稳定性，便于保证整个混合供电系统的稳定性。

5.本实用新型一种动力电池的电-电混合供电系统，第二电池管理系统BMS通过CAN总线与第一电池管理系统BMS进行通信，便于第一电池管理系统BMS智能调节高能量型电池系统的充放电电流、功率等。

6.本实用新型一种动力电池的电-电混合供电系统，高功率型电池系统可以采用多种电池，便于根据需要进行选择，适用范围较广。

7.本实用新型一种动力电池的电-电混合供电系统，高功率型电池系统优选钛酸锂电池，负载工作模式转变产生再生回馈能量时，钛酸锂电池可以完全吸收再生制动反馈能量，能源利用率高。

8.本实用新型一种动力电池的电-电混合供电系统，高能量型电池系统通过单向DC/DC控制器给高功率型电池系统及负载供电，当单向DC/DC控制器输出电流超过设置的最大电流值时，控制器内部进行限流控制，以限制高能量型电池系统的输出电流，达到对高能量型电池系统的放电保护运行，影响电池性能及安全性的温升得以抑制，系统安全性和使用寿命得以保障，另外，单向DC/DC控制器结构简单，功耗低，散热系统简单，可靠性高，经济性好。

9.本实用新型一种动力电池的电-电混合供电系统，通过分流电路进行分流，采用两相交错并联形式，以减小开关管Q1、Q2、Q3、Q4的电流应力，提升电路效率，其效率可达98％左右。

10.本实用新型一种动力电池的电-电混合供电系统，可以采集电阻R1和电阻R2之间任意一点的电压信号，便于控制器获取电压信号的数据进行分析。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：

图1是本实用新型一种动力电池的电-电混合供电系统的结构示意图；

图2是本实用新型一种动力电池的电-电混合供电系统的单向DC/DC控制器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

实施例

如图1所示，本实用新型一种动力电池的电-电混合供电系统，包括高能量型电池系统、高功率型电池系统、单向DC/DC控制器，所述高能量型电池系统的输出正、负极与单向DC/DC控制器的输入正、负极连接，所述单向DC/DC控制器的输出正、负极分别与高功率型电池系统和负载的输入正、负极连接，所述高功率型电池系统的输出正、负极与负载的输入正、负极连接。

如图2所示，优选地，所述高能量型电池系统设置有第一电池管理系统BMS，所述第一电池管理系统BMS与单向DC/DC控制器通过CAN总线通信连接。实施时，第一电池管理系统BMS用于获取高能量型电池系统的荷电状态SOC值、电压、电流及温度等信息，所述第一电池管理系统BMS通过CAN总线与单向DC/DC控制器进行通信，便于通过第一电池管理系统BMS对单向DC/DC控制器进行间接控制。

另外，所述高能量型电池系统为三元锂电池、能量型磷酸铁锂电池或燃料电池中的任意一种。实施时，高能量型电池系统可以采用多种电池，便于根据需要进行选择，适用范围较广。

优选地，所述高能量型电池系统为能量型磷酸铁锂电池。实施时，能量型磷酸铁锂电池具有较高的稳定性，便于保证整个混合供电系统的稳定性。

如图2所示，优选地，所述高功率型电池系统设置有第二电池管理系统BMS，所述第二电池管理系统BMS与第一电池管理系统BMS通过CAN总线通信连接。实施时，第二电池管理系统BMS用于获取高功率型电池系统的荷电状态SOC值、电压、电流及温度等信息，第二电池管理系统BMS通过CAN总线与第一电池管理系统BMS进行通信，便于第一电池管理系统BMS智能调节高能量型电池系统的充放电电流、功率等。

另外，所述高功率型电池系统为钛酸锂电池或功率型磷酸铁锂电池。实施时，高能量型电池系统可以采用多种电池，便于根据需要进行选择，适用范围较广。

优选地，所述高功率型电池系统为钛酸锂电池。实施时，钛酸锂电池具有循环寿命长、耐高低温、安全稳定、快速充放电、无记忆效应、自放电率低、绿色环保等优点。当负载工作模式转变产生再生回馈能量时，钛酸锂电池可以完全吸收再生制动反馈能量，能源利用率高。

如图2所示，具体地，所述单向DC/DC控制器包括控制器、第一驱动器、第二驱动器、第一反相器、开关管Q1、开关管Q2、电感L1、分流器Rs、电阻R1、电阻R2，所述高能量型电池系统的输出正极依次串联开关管Q1、电感L1和分流器Rs后分别与高功率型电池系统和负载的输入正极连接，所述高能量型电池系统的输出负极分别与高功率型电池系统和负载的输入负极连接，所述控制器的第一信号输出端串联第一驱动器与后与开关管Q1的信号输入端连接，所述控制器的第一信号输出端串联依次串联第一反相器和第二驱动器后与开关管Q2的信号输入端连接，所述开关管Q2的输入端与高能量型电池系统的输出负极连接、输出端与开关管Q1输出端连接，所述分流器Rs两端分别与控制器的信号输入端连接，所述电阻R1和电阻R2串联后一端与分流器Rs的输出端连接、另一端与高能量型电池系统的输出负极连接。实施时，高能量型电池系统通过单向DC/DC控制器给高功率型电池系统及负载供电，当单向DC/DC控制器输出电流超过设置的最大电流值时，控制器内部进行限流控制，以限制高能量型电池系统的输出电流，达到对高能量型电池系统的放电保护运行，影响高能量型电池系统性能及安全性的温升得以抑制，系统安全性和使用寿命得以保障。另外，单向DC/DC控制器结构简单，功耗低，散热系统简单，可靠性高，经济性好。

如图2所示，其中，还包括至少一路分流电路，所述分流电路包括第三驱动器、第四驱动器、第二反相器、开关管Q3、开关管Q4、电感L2，所述高能量型电池系统的输出正极依次串联开关管Q3、电感L2和分流器Rs后分别与高功率型电池系统和负载的输入正极连接，所述控制器的第二信号输出端串联第三驱动器与后与开关管Q3的信号输入端连接，所述控制器的第二信号输出端串联依次串联第二反相器和第四驱动器后与开关管Q4的信号输入端连接，所述开关管Q4的输入端与高能量型电池系统的输出负极连接、输出端与开关管Q3输出端连接。实施时，通过分流电路进行分流，采用两相交错并联形式，以减小开关管Q1、Q2、Q3、Q4的电流应力，提升电路效率，其效率可达98％左右。

如图2所示，优选地，所述电阻R1和电阻R2之间任意一点与控制器的第二信号输入端连接。实施时，可以采集电阻R1和电阻R2之间任意一点的电压信号，便于控制器获取电压信号的数据进行分析。

本实用新型的工作原理为：单向DC/DC控制器输入电压等级与高能量型电池系统电压等级相匹配，输出电压等级与高功率型电池系统和负载电压等级相匹配。高能量型电池系统通过单向DC/DC控制器给高功率型电池系统及负载供电，高功率型电池系统给负载供电。

使用时，单向DC/DC控制器输出电流超过设置的最大电流值，单向DC/DC控制器内部进行限流控制，以限制高能量型电池系统的输出电流，达到对高能量型电池系统的放电保护运行。具体的，控制器的第一信号输入端实时采集分流器Rs两端的差分电压信号并进行处理，当单向DC/DC控制器输出电流超过控制设置的最大电流值时，控制器输出一个第一PWM控制信号。此时，第一驱动器接收到高电平信号驱动开关管Q1的导通时间减小，同时，第二驱动器通过反相器接收到低电平信号驱动开关管Q2的导通时间增大，因此，单向DC/DC控制器输出电流钳制在设置的最大电流值。

使用时，负载电流小于单向DC/DC控制器设置的输出电流限制值，高能量型电池系统通过单向DC/DC控制器向负载供电，并向高功率型电池系统充电。负载电流大于单向DC/DC控制器设置的输出电流限制值，单向DC/DC控制器将输出电流钳制在设置值，高能量型电池系统同时与高功率型电池系统向负载供电。可以弥补供电系统输出功率不足，提高能量利用率，降低系统的结构和控制复杂度，实现电-电混合供电系统的高可靠、低成本的目的。

其中，本系统应用于叉车上时，高能量型电池系统可以选用动力梯次电池进行动力电池梯次利用(所谓动力电池梯次利用，是指在发展电动汽车过程中，对动力电池生命周期以及可再使用性进行估测后，将电池系统从车上拆下来为一个个单体，并重组“再就业”，成为一个新的电池储能系统)，通过单向DC/DC控制器达到对动力梯次电池的放电保护运行，用于正常支撑叉车供电。便于梯次电池的合理二次利用，节省大量的资源。

另外，单向DC/DC控制器需要输出较大电流时，可以根据输出电流的大小灵活设置至少一路分流电路，采用两相(或多相)交错并联形式，以减小开关管Q1、Q2、Q3、Q4的电流应力，提升电路效率，其效率可达98％左右。通过电感L1和电感L2并联降低单个电感的电感量要求，从而规避使用单个电感需要满足一定电感量出现的生产难度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型的保护范围，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。