專利名稱：電力供應(yīng)單元、為電力供應(yīng)單元的蓄電池以及具有電力供應(yīng)單元的輕型電動車進(jìn)行充電 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及一種電力供應(yīng)單元以及一種用于為電力供應(yīng)單元的蓄電池充電的方法。
背景技術(shù)：
用于車輛的電力發(fā)動機(jī)通常被高壓供電，以盡可能地減少在傳輸過程中的能量損 失。如果用于提供高電壓的電能被儲存在蓄電池中，則它們通常是串聯(lián)的，每一個蓄電池只 提供全部電壓中的一部分。輕型電動車為具有2個、3個或4個車輪、并具有最大額定功率不超過4千瓦的電 力驅(qū)動的車輛。該車輛的自重除電池之外不超過350公斤。它可以是具有輔助電動機(jī)的 自行車、輪椅、摩托車、助力車或者小型摩托車，以及所有具有電力驅(qū)動的該類車輛。例如 DE202005006684U1中所公開的一種電池組驅(qū)動的輕型電動車。由于在車輛的運行中輕型電動車的電動機(jī)需要消耗能量，因此，需要特別關(guān)注于 驅(qū)動單元的節(jié)能。已經(jīng)證明，不同使用時間和不同的充電次數(shù)都會使充電器具有不同的蓄 電量。由此，一方面無法充分利用有效的蓄電量，一方面又可能對個別蓄電池造成過度充電 從而毀壞電池。例如，US5726551公開了一種電池充電單元，其中蓄電池被逐一的單獨充電 以避免電流尖脈沖。但是，該裝置存在上述問題，即個別蓄電池可能會被過度充電。

發(fā)明內(nèi)容
本申請的目的是提供一種可防止對個別蓄電池過度充電的電力供應(yīng)單元。本申請 的另一目的是提供相應(yīng)的一種用于為該種電力供應(yīng)單元的蓄電池充電的方法。本申請的目 的還在于為輕型電動車提供可防止對個別蓄電池過度充電的電力供應(yīng)單元。獨立權(quán)利要求中所述的主題達(dá)到了上述目標(biāo)。在從屬權(quán)利要求中包括了本發(fā)明的 有利的改進(jìn)。根據(jù)本發(fā)明，提供了 一種用于車輛的電力驅(qū)動系統(tǒng)。其中，提供了一種電源，優(yōu)選 為燃料電池，用于產(chǎn)生第一電壓。連接到該第一電壓的是一組串聯(lián)的蓄電池，至少具有一個 第一蓄電池和一個第二蓄電池。變壓器包括一個可磁化的磁芯，其中可磁化應(yīng)理解為該磁 芯的磁場強(qiáng)度為可變的。此外，該變壓器包括一個主線圈、一個第一副線圈和一個第二副線圈。所述第一主 線圈由主開關(guān)可切換地連接至第一電壓。第一副開關(guān)將所述第一副線圈與第一蓄電池并 聯(lián)。所述電力驅(qū)動系統(tǒng)還包括一個第二副開關(guān)，將第二副線圈與第二蓄電池并聯(lián)。所述第 一副開關(guān)和所述第二副開關(guān)可以彼此獨立地切換。所述電力供應(yīng)單元被配置為其中的蓄電池可獨立地充電或放電。此外，可以由第 一電壓供電為所有蓄電池同時充電。由于主線圈可與第一電壓相連，因此，電能可以從一個 蓄電池傳輸?shù)剿写?lián)的蓄電池。此外，來自串聯(lián)的蓄電池的電能可以被輸送至個別蓄電池或者所選定的若干蓄電池。但是，所述電力供應(yīng)單元還可以將電能從一個所述副線圈傳輸至另一副線圈，從 而可以為不同的充電狀態(tài)直接補(bǔ)償。如果所述副開關(guān)包括MOS晶體管，則可減少能量的損 失。這同樣節(jié)省了能源。在實施例中，所述電力供應(yīng)裝置包括一個測量電路，用于測量主線圈端點的電壓 或用于測量主線圈上的電流。通過切換副開關(guān)之一，可以測量相應(yīng)的蓄電池的初級端的電 壓。利用該測量電路可以單獨地測量所有蓄電池的電壓，而無需在次級端再設(shè)置測量電路。 此外，相同的測量電路還可以用于測量第一電壓。可選擇的或額外的，可以提供一個測量電路，用于測量副線圈端點的電壓或副線 圈上的電流。如果主開關(guān)和副開關(guān)被適當(dāng)?shù)剡B接，則施加于主線圈和副線圈的電壓可以改 變連接到測量電路的端點的電壓。在另一實施例中，提供了一個選擇開關(guān)，用于選擇至少一個從測量電路到副線圈 之一的端點的連接?？梢岳枚嗦窂?fù)用器測量副線圈的電源，其中只需要一個測量電路進(jìn) 行多個電壓的測量?？蛇x擇的或額外的，可以提供一個測量電路，用于測量副線圈端點的電壓或副線 圈上的電流。如果主開關(guān)和副開關(guān)被適當(dāng)?shù)剡B接，則施加于主線圈和副線圈的電壓可以改 變連接到測量電路的端點的電壓。如果第一電壓被施加到一個燃料電池堆上，則不再需要通常在燃料電池中所提供 的泵。一個堆有多個金屬層。產(chǎn)生的電壓通常高度依賴于負(fù)載，但變壓器的存在允許了堆 的直接作用。該電路尤其適用于氫燃料電池。在另一實施例中，提供了一個選擇開關(guān)，用于選擇至少一個從測量裝置到副線圈 之一的端點的連接?？梢岳枚嗦窂?fù)用器測量副線圈的電壓，其中只需要一個測量電路進(jìn) 行多個電壓的測量。在一個實施例中，在燃料電池和第一電壓之間提供了一個DC/DC轉(zhuǎn)換器。這尤其 適用于當(dāng)所使用的燃料電池所提供的電壓低于最適于發(fā)動機(jī)的電壓時。例如，一個標(biāo)準(zhǔn)的 甲醇燃料電池提供24V電壓。但是，發(fā)動機(jī)工作時，為了使從能量存儲處至發(fā)動機(jī)的電力傳 輸?shù)膿p失盡可能的少，應(yīng)該使用更高的電壓。所述DC/DC轉(zhuǎn)換器可以將電壓調(diào)整至電動機(jī) 所需的工作電壓。在一個實施例中，還提供了一個充電電路，用于從外部電源向蓄電池和/或燃料 電池充電。利用該充電電路，可以有效地利用如供電網(wǎng)所提供的電能為蓄電池或燃料電池 充電。燃料電池必須為可逆式燃料電池才可將外部電能傳輸和保存在燃料電池中。如果蓄電池為鋰離子蓄電池，它可以將相對多的電能存儲在相對小的空間中。但 是，需要確保沒有蓄電池被過度充電。一個實施例中包括用于切換副開關(guān)的控制電路。本發(fā)明尤其適用于具有電力的腳踏車，特別是自行車。在這樣的車輛中，同時具有 人力驅(qū)動系統(tǒng)和電力驅(qū)動系統(tǒng)，這樣就會根據(jù)人力驅(qū)動系統(tǒng)的輸出的改變控制電力驅(qū)動系 統(tǒng)的電力輸出。在具有輔助電動機(jī)的自行車中，燃料的空間非常有限，而電能到蓄電池的節(jié) 能傳輸大大增加了車輛的行駛范圍。本發(fā)明還提供了一種用于為根據(jù)本發(fā)明的具有電力供應(yīng)單元的車輛的蓄電器進(jìn) 行充電的方法。還提供了一種根據(jù)本發(fā)明的電力供應(yīng)單元。
首先，所述主開關(guān)閉合之后再次打開。之后所述第一副開關(guān)閉合。因而電能可以 選擇性地從串聯(lián)的蓄電池傳輸至某一個蓄電池。由于電源提供了第一電壓，所以蓄電池的 充電得以簡化。通過本發(fā)明的方法，可以相對簡單地將相應(yīng)的電力分發(fā)至單個蓄電池。在一個實施例中，在執(zhí)行閉合主開關(guān)的步驟之前執(zhí)行如下步驟-打開主開關(guān)和副開關(guān)；-測量施加到第一蓄電池的電壓和施加到第二蓄電池的電壓；由此可以測量接下來應(yīng)當(dāng)為哪一個蓄電器充電。如果施加到第一蓄電池的電壓大于施加到第二蓄電池的電壓，則應(yīng)該執(zhí)行閉合第 二副開關(guān)的步驟，而不是閉合第一副開關(guān)的步驟。這樣，具有低電壓的蓄電池被充電。在一個實施方式中，通過測量主線圈的端點電壓或測量主線圈上的電流，測量第 一蓄電池的電壓。這樣，只需要一個測量電路就可以測量所有蓄電池的電壓。相比較于具有多個測量電路的裝置而言，其優(yōu)勢在于不會產(chǎn)生由于不同測量電路 的產(chǎn)品間的差異而造成的測量錯誤。在另一實施例中，電力供應(yīng)系統(tǒng)還包括至少一組串聯(lián)的蓄電池。還包括一個連接 第一組串聯(lián)蓄電池的電壓的線圈。這樣，當(dāng)一個串行連接的電壓過低時，電壓還可以從一個 蓄電池傳輸至該串行連接。在一個實施例中，利用串行連接的蓄電池的電壓計算閾值，從而均勻地為蓄電池 充電。


結(jié)合以下的附圖，更為詳細(xì)地對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行說明。圖1顯示一輛自行車。圖2顯示圖1所示車輛的電力驅(qū)動系統(tǒng)。圖3顯示電力驅(qū)動系統(tǒng)中的蓄電池放電。圖4顯示蓄電池放電的信號曲線。圖5顯示電力驅(qū)動系統(tǒng)中的蓄電池充電。圖6顯示蓄電池充電的信號曲線。圖7顯示測量蓄電池充電狀態(tài)的原理圖。圖8顯示另一電力驅(qū)動系統(tǒng)的實施例。圖9顯示蓄電池充電和放電的電力消耗。圖10顯示傳統(tǒng)充電方法和本發(fā)明的充電方法的性能比較。圖11顯示另一實施例的電力驅(qū)動系統(tǒng)的一部分。
具體實施例方式圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的自行車的基本結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖，它帶有由人力驅(qū)動的腳踏板 以及電力驅(qū)動單元3。腳踏板2和電力驅(qū)動單元3都可以帶動鏈條4并從而帶動后輪5。腳 踏板驅(qū)動的自行車是輕型電動車的一個示例，不過也可以是輪椅或小型摩托車。圖2顯示電力驅(qū)動系統(tǒng)3的電路圖。電力驅(qū)動系統(tǒng)3包含一個AC/DC轉(zhuǎn)換器9，一 個變壓器12，一個微處理器13，一個DC/DC轉(zhuǎn)換器14，一個燃料電池10，一個電壓測量電路15，一個電流測量電路16以及一個發(fā)動機(jī)17。例如，燃料電池10可配置為甲醇燃料電池， 產(chǎn)生MV的電壓UB0從這個電壓，DC/DC轉(zhuǎn)換器14產(chǎn)生一個40V的所謂第一電壓U1，它被 施加到節(jié)點K和大地36之間。此第一電壓Ul還被施加于發(fā)動機(jī)17，這樣它就可以在需要 扭矩的時候驅(qū)動自行車。連接到第一電壓Ul還有電壓測量電路15，后者包含電力管理電路。此電壓測量電 路15測量第一電壓U1，并包含關(guān)于預(yù)期消耗的信息。電壓測量電路15導(dǎo)致燃料電池10提高電壓Ul，以保持第一電壓Ul與預(yù)期消耗水
平相一致。由燃料電池10提供的能量存儲在蓄電池Cl到Cn的串行連接中。其中，蓄電池Cl 的第一端點連接到大地36，而它的第二端點連接到第二蓄電池C2的第一端點。第二蓄電 池C2的第二端點連接到蓄電池C3的第一端點，余下串聯(lián)的蓄電池也連接到此處。在所選 的實施例中，蓄電池的數(shù)量是η = 10，而且蓄電池Cl到Cn每個都存儲電壓為4V的電力。對于某些類型的蓄電池，如鋰離子蓄電池，要特別注意確保每個電池都不會被過 度充電。如果施加于某個蓄電池的電壓過高，蓄電池將會失效，能量也無法存儲在蓄電池的 整個串行連接中。變壓器12可確保蓄電池Cl到Cn被均等充電。變壓器12包含一個可磁化的磁芯 11。磁芯11外繞著主線圈Np，在實施例中它包含90圈繞線。主線圈Np的第一端點Al連 接到節(jié)點K，主線圈的第二端點Α2連接到主開關(guān)Spl的第一端點。主開關(guān)有第二端點，連接 到大地36。主開關(guān)Spl還包含一個切換輸入。第一端點和第二端點之間的連接根據(jù)此切換 輸入閉合或打開。此外，變壓器12還包含η個副線圈。第一副線圈Ni、第二副線圈Ν2、第三副線圈 Ν3以及第η個副線圈Nn都在圖2中明確地標(biāo)識了出來。這些副線圈，Nl到Νη，在磁芯11 上包含3圈繞線。磁芯11是可磁化的，可以將電力從主線圈Np傳輸?shù)揭粋€副線圈或多個 副線圈m到Νη。每個副線圈都可以切換為與蓄電池Cl到Cn并聯(lián)。副線圈m到Nn每個都包含第一和第二端點，這兩個端點分別位于繞線的兩端。 副線圈的第一端點連接到蓄電池的第二端點，而副線圈的第二端點連接到副開關(guān)的第一端 點，副開關(guān)的第二端點連接到蓄電池的第一端點。副開關(guān)的切換輸入控制副開關(guān)的第一端 點和第二端點之間的電力連接是否閉合。第一蓄電池Cl的第二端點連接到第一線圈m的第一端點，第一線圈的第二端點 連接到第一開關(guān)Sl的第一端點。開關(guān)Sl的第二端點連接到蓄電池Cl的第一端點。類似 地，第二蓄電池C2的第二端點連接到第二副線圈N2的第一端點。第二開關(guān)S2的第一端點 連接到第二副線圈N2的第二端點，S2的第二端點則連接到第二蓄電池C2的第一端點。余 下的蓄電池C3到Cn以同樣的方式進(jìn)行蓄電池、副線圈和開關(guān)之間的連接。微控制器13驅(qū) 動變壓器12的開關(guān)Spl以及Sl到Sn。通過閉合副開關(guān)Sl到Sn之中的一個，一個副線圈 被并聯(lián)到一個蓄電池?；蛘撸铍姵乜梢杂沙潆婋娐?來充電，后者通過插頭連接到例如110或230V的 外部電力網(wǎng)。為此，充電開關(guān)SLl閉合，于是由充電開關(guān)SLl和充電電路11組成的串行連 接就會連接到由蓄電池Cl到Cn組成的串行連接，后者得到充電。同時，燃料電池10被關(guān) 上。如果來自電源插座的能量比燃料電池的能量便宜，那么這種充電方式就是可行的。
如果燃料電池10是可逆式燃料電池，也可以將燃料電池10中多余的電能轉(zhuǎn)換為 燃料電池10中的化學(xué)能量，以進(jìn)行存儲。圖3顯示了一個蓄電池的放電過程，分為兩個階段。蓄電池Cl到C6的充電狀態(tài)顯 示在蓄電池的右側(cè)。蓄電池C1、C3、C4和C6都充電到了 90%，第二蓄電池C2充電到70%， 第五蓄電池C5充電到100%。第五蓄電池C5充電如果超過100%，會失效的危險。首先，Cl到C6每個蓄電池的充電狀態(tài)是由微處理器13測量的，方法是閉合一個 副開關(guān)Sl到Sn。之后在主線圈的第二端點A2測量電壓，從而可以確定蓄電池Cl到C6各 自的充電狀態(tài)。在測量中確定必須對蓄電池C5進(jìn)行放電。在左側(cè)圖顯示的第一階段中，第五副開 關(guān)S5閉合，由此增大了第五副線圈N5中的電流。這將改變磁芯11中的磁場，于是第五副 線圈N5中的能量將傳輸?shù)酱判?1。在右側(cè)圖顯示的第二階段中，第五副開關(guān)S5首先被重新打開，然后主開關(guān)Spl閉 合。磁芯11的磁場在主線圈Np中產(chǎn)生電壓，從而提高由串行連接的蓄電池Cl到C6施加 的第一電壓U1。由于蓄電池Cl到C6中只有一個放電，因此只有相對較小的電量發(fā)生移動， 而第一電壓Ul的提高也并不會大到足以給電力驅(qū)動系統(tǒng)3造成危險。圖4顯示圖3的電壓和電流的所選信號形狀。所示信號曲線為40微秒的時長 tcycle (t周期)。該時長被分為一個副階段PS，一個主階段PP和一個暫停。主開關(guān)SPl和第五副開關(guān)S5都被設(shè)計為NMOS晶體管。當(dāng)它們的控制輸入電壓超 過2V，它們各自的連接都是閉合的。在副脈沖PS期間，由于在第五副開關(guān)S5的門施加了 5V的電壓，第五副開關(guān)S5閉合。這導(dǎo)致通過第五副線圈N5的電流IDS從OA提高到大約 18A。這會將能量傳輸?shù)酱判?1。在副階段之后的主階段開始時，第五開關(guān)S5的門的電壓 降低到0V。此外，主開關(guān)SPl的門的電壓從0提高到5V，因此主開關(guān)SPl閉合。之后主線圈NP中會產(chǎn)生電壓，從而產(chǎn)生一個最初為5A、隨后線性下降到OA的電 流。這會提高第一電壓U1。在主脈沖結(jié)束時，主開關(guān)SPl的門的電壓也降為0V，因此在暫 停期間開關(guān)SP、Sl到S6都不會打開。如果蓄電池Cl到C6中有另一個要放電，則暫停之后是另一個副階段。圖5顯示一個蓄電池的充電，分為兩個階段。在第一階段，蓄電池Cl到C6都通過 圖3第一階段所示的同一方式充電?？刂齐娐诽綔y到第二蓄電池C2充電不足。于是蓄電 池C2的選擇性充電過程開始。在第一階段中，第一主開關(guān)SPl閉合，通過主線圈NP導(dǎo)致電 壓下降。由此產(chǎn)生的電流造成磁芯11中的磁場變化，于是能量傳輸?shù)酱判?1。在圖5的右側(cè)圖顯示的第二階段中，起初主開關(guān)SPl打開，第二副開關(guān)S2閉合。于 是第二副線圈N2并聯(lián)到第二蓄電池C2。在第二副線圈N2中，生成一個電壓，隨后因放電電 流而降低。此放電電流12導(dǎo)致第二蓄電池C2被充電到充電能力的70% +χ。圖6顯示圖5所示階段中所選節(jié)點的信號曲線。時長tcycle被分為一個主階段， 一個副階段和一個暫停，它們逐一出現(xiàn)。在主階段中，主開關(guān)SPl的門受到一個5V電壓的激發(fā)，閉合主開關(guān)SPl。這導(dǎo)致通 過主線圈Np的電流從OA提高到大約4A。當(dāng)副階段開始時，主開關(guān)SPl的門的電壓降為0， 之后第二副開關(guān)S2的門的電壓提高到5V。產(chǎn)生的電流最初為15A，隨后在12微秒內(nèi)下降 到OA。
通過電路，能量可以從串行連接的蓄電池Cl到Cn傳輸?shù)叫铍姵谻l到Cn中的某 一個。其中只需要一個變壓器12，這一點非常有益。多個變壓器會增加能量損失。這非常 有好處，因為由燃料電池10提供的電力首先從串行連接的蓄電池Cl到Cn提供，因此就可 以快速高效地將能量傳輸?shù)侥硞€蓄電池Cl到Cn。另一個好處是，能量可以雙向傳輸。比如，從某個蓄電池到串行連接，以及從串行 連接到某個蓄電池，使用的是同一個電路和主開關(guān)Spl。圖7顯示測量蓄電池Cl到Cn的充電能力的電路。微控制器13選擇性地逐個驅(qū) 動副開關(guān)S1、S2、S3到Sn，將它們逐一打開一段很短的時間。打開它們可以在副線圈m到 Nn中的某一個上產(chǎn)生電壓，從而導(dǎo)致主線圈Np的第二端點A2上的電壓變化。電壓被施加 于低通濾波器22的輸入，后者的輸出連接到微控制器13的輸入ADCin。此輸入是模擬/數(shù) 字轉(zhuǎn)換器的輸入，經(jīng)過濾波的電壓先被從模擬轉(zhuǎn)換過來，然后以數(shù)字方式進(jìn)行處理。取決于蓄電池的電壓電平，主線圈NP的第二端點A2的電壓電平更小或更大。使 用所述裝置測量電壓并與蓄電池Cl到Cn相比較。如果某個電壓高于所有電壓的平均值的 5%，對應(yīng)的蓄電池就放電。另一種情況，如果某個蓄電池處的電壓低于蓄電池處所有電壓 的平均值的5 %，此蓄電池充電。這可以確保在所有充電放電過程中所有蓄電池都保持相近 的充電水平，從而防止某個蓄電池過度充電，并確保蓄電池均等充電。除了單個充電過程外，還可以同時將所有蓄電池Cl到Cn充電或放電，方法是同時 閉合所有副開關(guān)Sl到Sn。在所選實施例中，這只在很短的時間內(nèi)可用。在這些很短的時間 之后，會再次測量電壓，并根據(jù)需要有選擇地對蓄電池進(jìn)行充電或放電。圖2所示的一組10個蓄電池的能力為10到20Ah。變壓器的尺寸大約為 4cmx4cmxlcm,可以傳輸大約10A。效率是98%，即只有2%的能量變成了熱能損耗。圖8顯示變壓器的另一個實施例。磁芯11上還纏繞了額外的第三線圈Nhv。這樣 就可以將能量傳輸?shù)狡渌羞B接的蓄電池。在下文中，串行連接的蓄電池也稱為一個電 池組。在這種方式中，主線圈Np的能量可以傳輸?shù)降谌€圈Nhv，反之亦然。或者，電力 也可以從副線圈附到Nn連接到第三線圈。圖9顯示一個實施例，其中有兩個電池組120和121，它們都包含串行連接的蓄電 池Cl到Cn以及并聯(lián)到蓄電池的變壓器12。電池組120的負(fù)極連接到大地36，正極連接到 電池組121的負(fù)極，后者的正極連接到節(jié)點K。還可以將更多的電池組串行連接到電池組 120 和 121。電池組120提供電壓U120，而電池組121提供電壓U121。電壓U120和U121加 起來成為第一電壓U1。主線圈Np的作用是將能量從一個蓄電池傳輸?shù)秸麄€電池組120或 121。電池組121包含一個第三開關(guān)M1，一個副線圈Ntl以及一個二極管D1。第三開關(guān) Stl的第一端點連接到大地36，第二端點則連接到第三線圈Ntl的第一端點，后者的第二端 點連接到二極管Dl的陽極。二極管的陰極連接到節(jié)點K。串行連接到一起的還有第三開關(guān)M2、第三線圈Nt2以及二極管D2。開關(guān)M2的 第一端點連接到大地。它的第二端點連接到第三線圈Nt2的第一端點。第三線圈Nt2的第 二端點連接到二極管D2的陽極，二極管的陰極保持在電壓Ul的電勢。
通過第三線圈Ntl和Nt2，可以將第一電壓提供的電能輸入到電池組120和121的 單個蓄電池Cl到Cn。圖10顯示一個本領(lǐng)域已知的充電電路與本發(fā)明的活動充電電路的能量損耗對 比。單個蓄電池的目標(biāo)電壓是3. 6V。標(biāo)為I的充電電路包含電阻與連接節(jié)點(選擇性地連 接到一個蓄電池的一個端點)的串行連接。蓄電池充電和放電的能量損耗都很大，因為模 擬的能量損耗是18. 5W，其中18W是由實際的重新充電過程造成的，0. 5W是由控制電路消耗 的。所示標(biāo)為Π的充電電路表示前文所述的電力驅(qū)動系統(tǒng)的活動充電電路?；顒映潆婋娐返哪芰繐p耗是2W，其中0.5W是由控制電路消耗的，它對于微控制器 非常重要。圖11顯示另一實施例的電力驅(qū)動系統(tǒng)的一部分。圖中顯示了串行連接的蓄電池 Cl到Cru副開關(guān)Sl到Sn以及副線圈m到Nn，如圖2中已知的示例。測量電路13有所不 同。提供了一個η :1復(fù)用器，它將電容Cl到Cn之間的一個中間節(jié)點切換成低通濾波器22 的輸入，后者的輸出連接到微處理器13的輸入ADCin。在微處理器13中以圖7所述的相同
方式進(jìn)行測量。
附圖標(biāo)記表
1自行車
2腳踏板
3電力驅(qū)動單元
9磁芯
10燃料電池
11AC/DC轉(zhuǎn)換器
12變壓器
13微控制器
14DC/DC轉(zhuǎn)換器
15電壓測量電路
16電流測量電路
17發(fā)動機(jī)
22低通濾波器
Cl第一蓄電池
C2第二蓄電池
C3第三蓄電池
Sl第一開關(guān)
S2第二開關(guān)
S3第三開關(guān)
Nl第一副線圈
N2第二副線圈
N3第三副線圈
Np主線圈
Spl主開關(guān)
Ul 第—-電壓
U120 第--部分電壓
U121 第二二部分電壓
UB燃料電池電壓
SLl充電電路開關(guān)
權(quán)利要求
1.一種用于車輛的電力供應(yīng)單元(3)，包含如下-一個電源(10)，用于產(chǎn)生第一電壓(Ul)，-一組連接到第一電壓(Ul)的串行連接的蓄電池(Cl、C2、C3、Cn)，至少包括一個第一 蓄電池(Cl)和一個第二蓄電池(C2)，-一個變壓器(12)，包含一個可磁化的磁芯(11)，一個主線圈(Np)，一個第一副線圈 (Ni)和第二副線圈(m)，其中主線圈(Np)可切換地通過主開關(guān)(Spl)連接到第一電壓 (Ul)，-一個第一副開關(guān)(Si)，用于將第一副線圈(Ni)并聯(lián)到第一蓄電池(Cl)，以及一個第二副開關(guān)(S2)，用于將第二副線圈(N2)并聯(lián)到第二蓄電池(C2)，其中第一 副開關(guān)(Si)和第二副開關(guān)(S2)可以彼此獨立地切換。
2.如權(quán)利要求1所述的電力供應(yīng)單元，其特征在于，電源包含一個燃料電池(10)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電力供應(yīng)單元，其特征在于，每個副開關(guān)被指定為MOS晶體管。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的電力供應(yīng)單元，其特征在于，包含測量電路，在主線圈 (Np)的一個端點測量電壓，或測量主線圈(Np)中的電流。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的電力供應(yīng)單元，其特征在于，包含測量電路，在副線圈 (N1、N2)的一個端點測量電壓，或測量副線圈(N1、N2)中的電流。
6.如權(quán)利要求5所述的電力供應(yīng)單元，其特征在于，包含選擇開關(guān)(110)，用于選擇從 測量電路到某個副線圈(N1、N2)的一個端點的連接。
7.如權(quán)利要求1到6中任一所述的電力供應(yīng)單元，其特征在于，在燃料電池(10)和第 一電壓(Ul)之間提供了一個DC/DC轉(zhuǎn)換器(14)。
8.如權(quán)利要求1到7中任一所述的電力供應(yīng)單元，其特征在于，提供了一個充電電路 (9)，用于通過外部電源為蓄電池(Cl、C2、C3、Cn)和/或燃料電池(10)充電。
9.如權(quán)利要求1到8中任一所述的電力供應(yīng)單元，其特征在于，所述的蓄電池(C1、C2、 C3、Cn)每個都是鋰離子蓄電池。
10.如權(quán)利要求1到9中任一所述的電力供應(yīng)單元，其特征在于，包括一個控制電路 (13)，用于切換副開關(guān)(Si、S2、S3、Sn)。
11.如權(quán)利要求1到10中任一所述的電力供應(yīng)單元，其特征在于，包括一個電壓測量電 路(15)，用于測量第一電壓(Ul)。
12.如權(quán)利要求1到11中任一所述的電力供應(yīng)單元，其特征在于，至少包含另一組串行 連接的蓄電池(121)以及另一個線圈(Npl)，該線圈可以連接到部分電壓(U120)，該電壓施 加于第一組串行連接的蓄電池。
13.如權(quán)利要求1到12中任一所述的電力供應(yīng)單元，其特征在于，在燃料電池堆上施加 第一電壓(UI)。
14.一種帶有如權(quán)利要求1到13中任一所述的電力供應(yīng)單元(3)的輕型電動車。
15.如權(quán)利要求14所述的輕型電動車，其特征在于，為腳踏板驅(qū)動的、帶有電力支持的 車輛，具體而言就是具有人力驅(qū)動系統(tǒng)以及電力驅(qū)動系統(tǒng)的自行車，其中電力驅(qū)動系統(tǒng)的 輸出根據(jù)人力驅(qū)動系統(tǒng)的變化而控制。
16.一種操作車輛的驅(qū)動單元的電力供應(yīng)單元的方法，步驟如下-提供如權(quán)利要求1到13中任一所述的電力供應(yīng)單元， -閉合主開關(guān)(Spl)， -打開主開關(guān)(Spl)， -順序閉合第一副開關(guān)(Si)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，在主開關(guān)閉合步驟(Spl)之前采取以下步驟-打開主開關(guān)(Spl)和副開關(guān)(S1、S2)，-測量第一蓄電池(Cl)的電壓，以及測量第二蓄電池的電壓(C2)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，-如果第一蓄電池的電壓大于第二蓄電池的電壓，則執(zhí)行順序閉合第二副開關(guān)的步驟， 而不是順序閉合第一副開關(guān)。
19.如權(quán)利要求17或18所述的方法，其特征在于，對第一蓄電池的電壓的測量是通過測量主線圈(Np)的端點(A1、A》處的電壓來進(jìn)行
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于車輛的電力驅(qū)動系統(tǒng)。其中，提供了一個燃料電池，用于產(chǎn)生第一電壓。連接到該第一電壓的是一組串聯(lián)的蓄電池，至少具有一個第一蓄電池和一個第二蓄電池。變壓器包括一個可磁化的磁芯，其中可磁化應(yīng)理解為該磁芯的磁場強(qiáng)度為可變的。此外，該變壓器包括一個主線圈、一個第一副線圈和一個第二副線圈。所述第一主線圈由主開關(guān)可切換地連接至第一電壓。第一副開關(guān)將所述第一副線圈與第一蓄電池并聯(lián)。所述電力驅(qū)動系統(tǒng)還包括一個第二副開關(guān)，將第二副線圈與第二蓄電池并聯(lián)。所述第一副開關(guān)和所述第二副開關(guān)可以彼此獨立地切換。
文檔編號B60L11/18GK102089179SQ200980127483
公開日2011年6月8日 申請日期2009年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月13日
發(fā)明者羅伯特·哈斯 申請人:清潔車輛有限公司