一种以电池为能源的机械并联模块化组合式电驱动系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种以电池为能源的机械并联模块化组合式电驱动系统，它包括至少一个电驱动单元和一个控制器，电驱动单元分别通过总线与控制器相连，每个电驱动单元的输出通过机械结构刚性连接；所述的电驱动单元包括电池、电池检测电路、电力调节器、外部电源、电动机和动力传动机构，电池检测电路检测电池的工作状态，并将检测信号传输到电力调节器；电力调节器分别与电池、外部电源和电动机相连，电动机通过动力传动机构进行动力输出。本发明的电池能量易于补充，降低了对电池管理系统设计的要求，单个电驱动单元需要的电池数量并不多，电池管理系统的复杂度大大降低，能够提高系统的可靠性和稳定性，使用灵活、维修方便。
【专利说明】—种以电池为能源的机械并联模块化组合式电驱动系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电驱动系统，特别涉及一种以电池为能源的机械并联模块化组合式电驱动系统。
【背景技术】
[0002]随着传统石油能源价格的不断上涨和由于大量使用其造成的环境污染问题，使得人们不得不思考其替代解决方案。以电池为电源的电动驱动系统由于其经济性良好，环境友好等特性获得了人们的广泛关注。这些年来也取得了一些广泛的应用，尤其在低速小功率的范围内(如电动自行车)获得了广泛的应用。但是由于一些技术问题，在较大功率场合以电池为电源的电驱系统应用就显得比较有限了。
[0003]其主要原因是存在以下技术问题:较小的功率意味着用较小的电流和电压就可以达到使用的要求，如电动自行车采用36V左右的电压级别的电池即可满足其几百W的功率需要。所需要的最大电流也不过数十A而已。比较好解决。
[0004]如果要驱动类似于小轿车和大巴车这样的大型车辆。需要上百KW的输出功率。如果还采用36V电压的话，所需要的电流将大的不可接受。所以目前所有的较大功率输出的电动车辆都采用较高的工作电压，以便把电流控制在可以接受的程度。但是大量的电池串联就会带来另外的一个不可忽视的问题，就是串联电池组整体寿命低于电池单体寿命的问题，成本太高。
[0005]一般电池厂家经常会给一个指标，如磷酸铁锂电池单体电池循环寿命1500次左右。这相当于即使每天完成一次完全的充放电，电池都能够使用3-5年，考虑到汽车行驶的里程。电池寿命基本接近汽车本身的寿命，但实际情况往往相差很远。电芯单体循环寿命即便做到千次以上，但是只要电池一成组，检测结果循环寿命大多会锐减成单体时一半或更低，这已经成为事实，难以满足新能源汽车使用要求，只有成组技术突破了，才能真正解决电动汽车产业化发展的问题。
[0006]安全性永远是第一位的，为了达到较大输出功率，电池组本身较高的直流电压也是有一定的危险性。况且电池如果用在车辆上，完全有可能发生碰撞、进水等事故。如何彻底的解决高电压带来的潜在风险，也是一个亟待解决的问题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电池能量易于补充，降低了对电池管理系统设计的要求，单个电驱动单元需要的电池数量并不多，电池管理系统的复杂度大大降低，能够提高系统的可靠性和稳定性，使用灵活，维修方便的以电池为能源的机械并联模块化组合式电驱动系统。
[0008]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种以电池为能源的机械并联模块化组合式电驱动系统，它包括至少一个电驱动单元和一个控制器，电驱动单元分别通过总线与控制器相连，每个电驱动单元的输出通过机械结构刚性连接； 所述的电驱动单元包括电池、电池检测电路、电力调节器、外部电源、电动机和动力传动机构，电池检测电路检测电池的工作状态，并将检测信号传输到电力调节器；电力调节器分别与电池、外部电源和电动机相连，电动机通过动力传动机构进行动力输出；
所述电力调节器将电池的输出按照控制要求输送到电动机，实现电能向机械能的转化；电力调节器还将电动机被反向拖动发出的电能或外部电源的电能输送到电池，对电池充电。
[0009]所述的电驱动单元的输出之间的连接方式为:将所有电动机的转子连接在同一个转轴上，以相同的转速工作。
[0010]所述的电驱动单元的输出之间的连接方式为:链条连接。
[0011]所述的电驱动单元的输出之间的连接方式为:同步皮带连接。
[0012]所述的电驱动单元的输出之间的连接方式为:齿轮连接。
[0013]所述的电驱动单元除了输出通过机械结构刚性连接之外，每个电驱动单元相互独立，不与其他任何电驱动单元中的其他元件进行任何方式的连接。
[0014]本发明的有益效果是:
1、电池可以采用外部电源直接充电和通过外部动力直接带动电动机旋转进而通过和电机相连的电力调节器向电池充电，电池能量易于补充，降低了对电池管理系统设计的要求，单个电驱动单元需要的电池数量并不多，电池的数量的减少使得电池管理系统的复杂度大大降低，能够提高系统的可靠性和稳定性；
2、使用灵活，电驱动单元的熟练可以根据需要任意的拼接，以达到所需的能量、功率、扭矩等要求，若某个电驱动单元有损坏或电池失效，只需更换该损坏单元即可，不影响整个系统的使用，维修方便；
3、传动效率高，变电气连接为刚性机械连接，电池紧挨电机，传输距离特短，可采用电压较低的电池，相比传统高压电池，安全性大大提高，还可以节约电线等材料，降低成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明的电动机的转子连接在同一个输出轴上的连接示意图；
图3为本发明的电动机的转子连接在同一个输出轴上的侧面示意图；
图4为本发明的电动机通过齿轮连接的示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图进一步说明本发明的技术方案，但本发明所保护的内容不局限于以下所述。
[0017]如图1所示，一种以电池为能源的机械并联模块化组合式电驱动系统，它包括至少一个电驱动单元和一个控制器，电驱动单元分别通过总线与控制器相连，每个电驱动单元的输出通过机械结构刚性连接；
所述的电驱动单元包括电池、电池检测电路、电力调节器、外部电源、电动机和动力传动机构，电池检测电路检测电池的工作状态，并将检测信号传输到电力调节器；电力调节器分别与电池、外部电源和电动机相连，电动机通过动力传动机构进行动力输出； 所述电力调节器将电池的输出按照控制要求输送到电动机，实现电能向机械能的转化；电力调节器还将电动机被反向拖动发出的电能或外部电源的电能输送到电池，对电池充电。
[0018]所述的电驱动单元的输出之间的连接方式为:将所有电动机的转子连接在同一个转轴上，以相同的转速工作，如图2和图3所示。
[0019]所述的电驱动单元的输出之间的连接方式为:链条连接。
[0020]所述的电驱动单元的输出之间的连接方式为:同步皮带连接。
[0021]所述的电驱动单元的输出之间的连接方式为:齿轮连接，如图4所示。
[0022]所述的电驱动单元除了输出通过机械结构刚性连接之外，每个电驱动单元相互独立，不与其他任何电驱动单元中的其他元件进行任何方式的连接。
[0023]本发明的可靠性高，彻底解决了电池的成组效应问题。就整个系统而言，电池管理系统直接内嵌在单个电驱动单元之中，单个电驱动单元即具有完善的电池管理功能，部分电池的失效不影响整个系统使用，极大降低了对电池管理系统设计的要求。而且单个电驱动单元的电池串联数量并不多，电池的数量也较少，电池管理系统的复杂度大大降低，可靠性提闻。
[0024]电池可以采用外部电源直接充电和通过外部动力直接带动电动机旋转进而通过和电机相连的电力调节器向电池充电，电池能量易于补充。由于可以便利的使用再生制动方式进行充电，本发明的电驱动系统可以用于混合动力汽车能量回收以及重载车辆下坡能量回收等领域。
[0025]使用灵活，可以灵活配置连接电驱动单元的数量，以达到所需的体积、能量、功率、扭矩等要求，可以方便的配置需求。尤其适合在某些车辆大体已经完成，需要配置动力系统的，或者是需要灵活设计车辆结构等领域。由于电驱动单元的结构已经完全模块化，可以完全不需要定制就可以直接装配出符合要求的组合是电驱动系统，极大的提高了产品的开发速度，降低了研发成本。而且维修方便，如有电驱动单元损坏，只需更换即可。
[0026]本发明在有的场合可有效平衡不均匀的转矩脉动，尤其是采用开关磁阻电动机传动系统的时候。开关磁阻电动机传动系统综合了感应电动机传动系统和直流电动汽车电机传动系统的优点，是这些传动系统的有力竞争者，但是开关磁阻电动机驱动系统SRD系统仍然存在有转矩脉动。从工作原理可知，开关磁阻电动机转子上产生的转矩是由一些列脉冲转矩叠加而成的，由于双凸极结构和磁路饱和非线性的影响，合成转矩不是一个恒定转矩，而有一定的谐波分量，这影响了 SR电动机低速运行性能。SR电动机传动系统的噪声与震动比一般电动机大。上述缺点通过对电机进行精心设计，采取适当措施，并从控制角度考虑采用合理策略可以得到改进，但是很难完全消除，通过大量多个电机在一起并联则可以有效减少电磁脉动转矩，使得转矩更加平滑。
[0027]在多个电动机机械连接的基础下，如果采用开关磁阻电机，每一个单元可以做成单相电机，连接时，每个电机错开一定的相位角，由于采用了单相的设计结构，电机的驱动部分可以做到最简单，可靠性大大提高。
[0028]本发明的传动效率高，将电气连接为刚性机械连接，每个电驱动单元内电池紧挨电动机，传输距离更短，可采用电压较低的电池，如36V或者更低。相比传统高压电池，安全性大大提高，而且仍然可以满足需要，还可以节约电线等材料，获得更高的传动效率。
【权利要求】
1.一种以电池为能源的机械并联模块化组合式电驱动单元，其特征在于:它包括至少一个电驱动单元和一个控制器，电驱动单元分别通过总线与控制器相连，每个电驱动单元的输出通过机械结构刚性连接； 所述的电驱动单元包括电池、电池检测电路、电力调节器、外部电源、电动机和动力传动机构，电池检测电路检测电池的工作状态，并将检测信号传输到电力调节器；电力调节器分别与电池、外部电源和电动机相连，电动机通过动力传动机构进行动力输出； 所述电力调节器将电池的输出按照控制要求输送到电动机，实现电能向机械能的转化；电力调节器还将电动机被反向拖动发出的电能或外部电源的电能输送到电池，对电池充电。
2.根据权利要求1所述的一种以电池为能源的机械并联模块化组合式电驱动单元，其特征在于:所述的电驱动单元的输出之间的连接方式为:将所有电动机的转子连接在同一个转轴上，以相同的转速工作。
3.根据权利要求1所述的一种以电池为能源的机械并联模块化组合式电驱动单元，其特征在于:所述的电驱动单元的输出之间的连接方式为:链条连接。
4.根据权利要求1所述的一种以电池为能源的机械并联模块化组合式电驱动单元,其特征在于:所述的电驱动单元的输出之间的连接方式为:同步皮带连接。
5.根据权利要求1所述的一种以电池为能源的机械并联模块化组合式电驱动单元，其特征在于:所述的电驱动单元的输出之间的连接方式为:齿轮连接。
6.根据权利要求1所述的一种以电池为能源的机械并联模块化组合式电驱动单元，其特征在于:所述的电驱动单元除了输出通过机械结构刚性连接之外，每个电驱动单元相互独立，不与其他任何电驱动单元中的其他元件进行任何方式的连接。
【文档编号】H02J7/00GK103888032SQ201410070994
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】毛珂, 陈乃邦, 许平, 武建新 申请人:成都宇能通能源开发有限公司