專利名稱：一種電動車用鋰電池超級電容復合電源控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種控制裝置，尤其涉及一種電動車用鋰電池超級電容復合電源控制
>J-U ρ α裝直。
背景技術：
現(xiàn)代許多應用中，比如可移動電子設備、通訊裝備、航空航天電源系統(tǒng)以及電動車
輛等等，他們的負載都有一個共同特征一峰值功率明顯大于平均功率。在現(xiàn)有的電池電源當中，鉛酸電池能量密度較低、污染嚴重。燃料電池雖然能量密度高，但是它需要很長啟動時間已經(jīng)響應速度緩慢所以應用受制約。另外兩種新型電池電源一鋰離子電池與超級電容，前者有較高的能量密度，后者有很高的功率密度、長壽命。但是，目前沒有一種裝置能夠?qū)⑸鲜龈鞣N電池設備進行較佳的整合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術中存在的上述問題，提供一種電動車用鋰電池超級電容復合電源控制裝置。本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現(xiàn)一種電動車用鋰電池超級電容復合電源控制裝置，包括有盒體，所述的盒體上設置有防塵蓋，其中所述的盒體內(nèi)設置有電池供能組件，所述電池供能組件的正極端口連接有運行控制組件的輸入端，所述運行控制組件的輸出端通過電流方向控制組件連接有引擎控制端口，所述引擎控制端口通過場效應管輔助組件連接有直流升壓組件的輸入端，所述直流升壓組件的輸出端連接穩(wěn)壓組件的輸入端，所述穩(wěn)壓組件的輸出端通過電流方向控制組件然后連接至超級電容器以回收能量，所述運行控制組件設置有輔助控制端口，所述的輔助控制端口通過超級電容器連接電池供能組件的負極端口。進一步地，上述的一種電動車用鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其中所述的運行控制組件包括有能源供給端口，所述的能源供給端口一側(cè)與電池供能組件相連，所述的能源供給端口另一側(cè)連接有電路控制模塊的輸入端，所述電路控制模塊的輸出端連入運行控制組件的輸出端，所述的電路控制模塊包括有電流調(diào)節(jié)組件，所述電流調(diào)節(jié)組件上連接有N型金屬氧化物場效應管。更進一步地，上述的一種電動車用鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其中所述的運行控制組件內(nèi)設置有輔助電流方向控制模塊。更進一步地，上述的一種電動車用鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其中所述的超級電容器由單體超級電容串聯(lián)組成，或是由單體超級電容并聯(lián)所組成。再進一步地，上述的一種電動車用鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其中所述的電池供能組件包括有電池容納盒，所述的電池容納盒內(nèi)設置有單體電池串聯(lián)構(gòu)成的鋰離子電池組；或是所述的電池容納盒內(nèi)設置有單體電池并聯(lián)構(gòu)成的鋰離子電池組。更進一步地，上述的一種電動車用鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其中所述的盒體側(cè)面設置有通風孔。更進一步地，上述的一種電動車用鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其中所述的盒體內(nèi)設置有散熱組件。再進一步地，上述的一種電動車用鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其中所述的散熱組件包括有散熱片，所述的散熱片上設置有散熱風扇。再進一步地，上述的一種電動車用鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其中所述的盒體內(nèi)設置有加強筋。本發(fā)明技術方案的優(yōu)點主要體現(xiàn)在依托于電池供能組件與超級電容器之間的配合，當電動汽車啟動、加速或者上坡需要大電流輸出時，利用超級電容器的大功率密度特性由其輸出所需的電流.當電動汽車正常行駛時，由鋰離子電池在額定輸出電流范圍內(nèi)正常供電，同時對超級電容器進行充電以備加速或者上坡所需能量。當電動汽車下坡、減速或者 剎車制動時進行能量回收，利用超級電容器進行電能回收。并且，本實用型新克服現(xiàn)有技術的不足，具有原理和結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定以及安全可靠等特點，可廣泛應用于電動車輛上。


本發(fā)明的目的、優(yōu)點和特點，將通過下面優(yōu)選實施例的非限制性說明進行圖示和解釋。這些實施例僅是應用本發(fā)明技術方案的典型范例，凡采取等同替換或者等效變換而形成的技術方案，均落在本發(fā)明要求保護的范圍之內(nèi)。這些附圖當中，圖1是本電動車用鋰電池超級電容復合電源控制裝置的構(gòu)造示意圖2是實施例一電動機工作電壓工作電流與時間的關系曲線圖3是實施例一中鋰離子電池對超級電容充電以及電力回收時超級電容回收能量電壓的變化圖4是國家汽車行業(yè)標準模擬工況試驗曲線；
圖5是實施例二中超級電容單體電壓隨放電時間的變化圖6是實施例二中鋰離子電池單體電壓隨放電時間的變化圖7是本電動車用鋰電池超級電容復合電源控制裝置的原理示意圖。
I盒體2電池供能組件
3運行控制組件4電流方向控制組件
5穩(wěn)壓組件6直流升壓組件
7加強筋8引擎控制端口
9超級電容器10電流調(diào)節(jié)組件
IlN型金屬氧化物場效12輔助電流方向控應管制模塊
13通風孔14散熱片
15散熱風扇具體實施方式
如圖1 7所示的一種電動車用鋰電池超級電容復合電源控制裝置，包括有盒體
1，在盒體I上設置有防塵蓋，其特別之處在于本發(fā)明采用的盒體I內(nèi)設置有電池供能組件2，電池供能組件2的正極端口連接有運行控制組件3的輸入端。同時，運行控制組件3的輸出端通過電流方向控制組件4連接有引擎控制端口 8，引擎控制端口 8通過場效應管輔助組件連接有直流升壓組件6的輸入端。并且，直流升壓組件6的輸出端連接穩(wěn)壓組件5的輸入端，穩(wěn)壓組件5的輸出端通過電流方向控制組件4然后連接至超級電容器9。在運行控制組件3設置有輔助控制端口，輔助控制端口通過超級電容器9連接電池供能組件2的負極端口。就本發(fā)明一較佳的實施方式來看，為了便于配合電池供能組件2的工作，運行控制組件3包括有能源供給端口，能源供給端口一側(cè)與電池供能組件2相連，能源供給端口另一側(cè)連接有電路控制模塊的輸入端。同時，在電路控制模塊的輸出端連入運行控制組件3的輸出端。具體來說，為了提高整體的調(diào)節(jié)效果，電路控制模塊包括有電流調(diào)節(jié)組件10，在電流調(diào)節(jié)組件10上連接有N型金屬氧化物場效應管11，既NMOS場效應管。采用NMOS場效應管作為開關元件的目的是可以實現(xiàn)小電流控制大流量，可以連接實現(xiàn)數(shù)字控制本實用型新中的相關電路。并且，考慮到能夠有效控制電流的流動方向，提升應用的品質(zhì)，運行控制組件3內(nèi)設置有輔助電流方向控制模塊12。當然，為了生產(chǎn)組裝的便利，電流方向控制組件4與輔助電流方向控制模塊12均可以采用二極管(DIODE)。進一步來看，考慮到整體實施的便利，可以適應不同的應用需要，滿足不同放電深度的是使用需求，提升傳輸功率，超級電容器9由單體超級電容串聯(lián)組成。或是，由單體超級電容并聯(lián)所組成。同樣的，為了提升電池供能組件2的充電放電儲能效果，本發(fā)明所采用的電池供能組件2包括有電池容納盒，在電池容納盒內(nèi)設置有單體電池串聯(lián)構(gòu)成的鋰離子電池組?；蚴?，所述的電池容納盒內(nèi)設置有單體電池并聯(lián)構(gòu)成的鋰離子電池組。再進一步來看，本實用型新采用的各種組件模塊在處理對應的超級電容器9與鋰離子電池組工作狀態(tài)時，容易產(chǎn)生熱量，造成元器件的工作疲勞，為了進行有效的散熱，盒體I側(cè)面設置有通風孔13。當然，為了更好的提升散熱效果，盒體I內(nèi)設置有散熱組件。具體來說，本實用型新所采用的散熱組件包括有散熱片14，在散熱片14上設置有散熱風扇15。有此，可以提聞空氣交換效率，降溫的同時，提升壽命。再者，為了提升本實用型新的整體強度，適應不同的安裝工位需要，防止跌落或者出現(xiàn)意外開裂，能夠提高盒體I抗應力的能力，在盒體I內(nèi)設置有加強筋7。這樣，可以有效提升盒體I牢固程度。再者，依托于加強筋7的存在，能夠?qū)畜wI內(nèi)的組件進行適當?shù)亩ㄎ?，防止出現(xiàn)震動位移，提高使用壽命。結(jié)合本發(fā)明的實際使用情況來看實施例一鋰離子電池單體標稱電壓為3. 6V，采用3節(jié)串聯(lián)，初始實際電壓總和約11. 9V。超級電容器單體標稱電壓為2. 5V，采用5節(jié)串聯(lián)，初始實際電壓在11. 8V左右。圖2中電壓電流分別為電動機電壓和電流隨時間的變化。其中I 60s、120 180s為超級電容對電動機供電，所以在此時間段內(nèi)電壓值也為超級電容電壓值，電流值也為超級電容放電電流值。60 120s、180 300s為鋰離子電池對電動機供電，所以此時間段內(nèi)電流值也為鋰離子電池放電電流值，而由于鋰離子電池總能量很高(以一節(jié)2Ah鋰離子電池為例，2A電流放電時，需Ih才能放電電壓降低到截止電壓)，所以在300s放電時間內(nèi)鋰離子電池組電壓穩(wěn)定在11. 8v。圖3中，O 250s為鋰離子電池對超級電容充電，超級電容電壓隨時間逐漸升高。250 300s為超級電容靜止電壓。300 310s為系統(tǒng)制動時電動機回收能量對超級電容恒壓充電。310 360s為充電完成后靜置超級電容電壓恢復平穩(wěn)最終穩(wěn)定。工作過程如下參考圖7，當電動車啟動時，輸入端輸入高電平使NMOSl開啟導通工作。第二輸入端、第三輸入端、第四輸入端輸入低電平，因而NM0S2、NM0S3、NM0S4截止，相當于斷開。此時，超級電容器輸出大電流到電機。電機工作電壓在Ilv左右。如圖2所示，O 60s，超級電容器對電機提供大電流(負值表示放電)，隨著超級電容器放電，其電壓降低。當啟動完畢時電動車應工作在正常巡航模式，此時對第一輸入端輸入低電平使NMOSl截止(相當于斷開)，對第二輸入端輸入高電平使NM0S2導通工作，3、第四輸入端仍然是低電平NM0S3、NM0S4不導通狀態(tài)。巡航模式時鋰離子電池組對電機正常供電，使其穩(wěn)定行駛，調(diào)節(jié)電阻Rl能在小范圍內(nèi)改變電機轉(zhuǎn)速。如圖2所示，60 120s，鋰離子電池對電機正常供電，電機工作電壓約為9v,低轉(zhuǎn)速。加速或上坡時，對第二輸入端、第三輸入端、第四輸入端輸入低電平使NM0S2、NM0S3、NM0S4不導通，對第一輸入端輸入高電平使其導通工作，超級電容器對電機輸出大電流以實現(xiàn)加速或上坡。如圖2所示，120 180s，超級電容器對電機提供大電流，并且超級電容器電壓繼續(xù)降低。加速或上坡后電動車又進入正常巡航模式，此時對第二輸入端、第三輸入端、第四輸入端輸入低電平使NMOSl、NM0S3、NM0S4不導通，對第二輸入端輸入高電平使NM0S2導通工作。如圖2所示，180s以后相當長的時間，鋰離子電池組能對電機提供穩(wěn)定電流。行駛的時間由鋰離子電池組的總?cè)萘繘Q定，若只有單組2000mA · h鋰離子電池組成12v，則大約提供Ih穩(wěn)定行駛時間；相應地，當10組這樣的電池組并聯(lián)則大約提供IOh穩(wěn)定行駛時間。由圖2中可看出，超級電容器隨著使用，電壓降低比較明顯，當超級電容器串聯(lián)電壓小于9v后對電機啟動會產(chǎn)生明顯影響，因此在當超級電容器端電壓小于9v后，對第三輸入端輸入高電平使NM0S3開啟導通，這樣，鋰離子電池組對超級電容器進行充電。電阻R2對充電有限流作用，防止12v鋰離子電池組對9v超級電容器直接充電造成大電流而破壞鋰離子電池的結(jié)構(gòu)。二極管Dl保證電流方向。實際上二極管導通后自身也有電壓降，加上、NM0S3分壓等原因，當超級電容器充電至11. 3v后，充電電流已經(jīng)很小，繼續(xù)對其充電效果不明顯，因此當充電至11.3v后對第三輸入端輸入低電平使NM0S3截止。如圖3所示，O 250s內(nèi)，超級電容器電壓由8. 9v充至11. 3v。電動汽車需要制動時，1、2、第三輸入端輸入低電平使NM0S1、NM0S2、NM0S3不導通，第四輸入端輸入高電平使NM0S4導通工作。此時制動能量由電機發(fā)電經(jīng)過直流升壓器、穩(wěn)壓器后對超級電容器充電進行能量回收。使其二極管D2保證制動時電流流向超級電容，確保超級電容不會對電機進行放電。調(diào)節(jié)升壓器穩(wěn)壓器其輸出端口電壓為12v。如圖3中300 360s所示。在制動的十秒鐘內(nèi)(300 310s)對超級電容器進行12v恒壓充電，充電結(jié)束后超級電各器電壓下降并最終穩(wěn)定在11. 8v左右。實施例二 按照中華人民共和國汽車行業(yè)標準(QC/T743-2006)中的簡單模擬工況，如圖4為其中蓄電池簡單模擬工況放電曲線。此實驗采用三節(jié)鋰離子電池串聯(lián)，五節(jié)超級電容器串聯(lián)。按照標準中規(guī)定的I3我們計算了此實驗的I3約為O. 5A，按照標準中小電流放電時放電電流為等于O. 5A,大電流放電時放電電流為913等于4. 5A。實驗采用Arbin電池測試儀對鋰離子電池與超級電容器的單體電壓進行實時記錄。如圖5所示，五節(jié)超級電容器的電壓隨時間變化(三條實線和兩條點畫線)。如圖6所示，三節(jié)鋰離子電池的電壓隨時間變化(兩條實線和一條點畫線)。按照國家標準中規(guī)定，圖4中I 11分別為模擬工況放電階段的步驟I 步驟11。此實驗采用原系統(tǒng)的裝置，因為不考慮回收能量并且Arbin電池測試儀可以提供恒流負載模式，所以未加入電動機和升壓穩(wěn)壓模塊。鋰離子電池組以及超級電容器組的接入電路方式不變。參考圖7 :步驟I時，系統(tǒng)NM0S2的端口 2輸入高電平使NM0S2導通，Arbin電池測試儀對鋰離子電池組進行II3放電，從圖6可以看到鋰離子電池單體的電壓都在下降，由于超級電容自身特性，其電壓略有下降。步驟2時，系統(tǒng)NM0S2的端口 2輸入低電平使NM0S2不導通，NMOSl的第一端口輸入高電平使NMOSl導通，Arbin電池測試儀對超級電容器組進行913放電，從圖5可以看到超級電容器單體的電壓明顯下降。步驟3時，系統(tǒng)第一端口輸入低電平使NMOSl不導通，第三端口輸入高電平使NM0S3導通，此時鋰離子電池組對超級電容進行充電，從圖5可看到超級電容單體電壓在緩慢上升，由于充電電流很小，所以圖6中鋰離子電池單體電壓降低不明顯。當步驟4開始時第三端口輸入低電平使NM0S3不導通，端口 2輸入高電平使NM0S2導通。步驟4 6，步驟7 9重復步驟I 3，步驟10 11重復步驟I 2。從圖5和圖6中鋰離子電池單體電壓和超級電容單體電壓隨放電時間的變化可以看出，本實用型新的電源控制系統(tǒng)滿足國家汽車行業(yè)標準制定的模擬工況要求。在不同低電流和大電流階段，鋰離子電池單體電壓和超級電容單體電壓都達到很好的一致性。通過上述的文字表述可以看出，采用本發(fā)明后，依托于電池供能組件與超級電容器之間的配合，當電動汽車啟動、加速或者上坡需要大電流輸出時，利用超級電容器的大功率密度特性由其輸出所需的電流.當電動汽車正常行駛時，由鋰離子電池在額定輸出電流范圍內(nèi)正常供電，同時對超級電容器進行充電以備加速或者上坡所需能量。當電動汽車下坡、減速或者剎車制動時進行能量回收，利用超級電容器進行電能回收。并且，本實用型新克服現(xiàn)有技術的不足，具有原理和結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定以及安全可靠等特點，可廣泛應用于電動車輛上。
權利要求
1.一種電動車用鋰電池超級電容復合電源控制裝置，包括有盒體，所述的盒體上設置有防塵蓋，其特征在于所述的盒體內(nèi)設置有電池供能組件，所述電池供能組件的正極端口連接有運行控制組件的輸入端，所述運行控制組件的輸出端通過電流方向控制組件連接有引擎控制端口，所述引擎控制端口通過場效應管輔助組件連接有直流升壓組件的輸入端，所述直流升壓組件的輸出端連接穩(wěn)壓組件的輸入端，所述穩(wěn)壓組件的輸出端通過電流方向控制組件然后連接至超級電容器，所述運行控制組件設置有輔助控制端口，所述的輔助控制端口通過超級電容器連接電池供能組件的負極端口。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種電動車用鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其特征在于所述的運行控制組件包括有能源供給端口，所述的能源供給端口一側(cè)與電池供能組件相連，所述的能源供給端口另一側(cè)連接有電路控制模塊的輸入端，所述電路控制模塊的輸出端連入運行控制組件的輸出端，所述的電路控制模塊包括有電流調(diào)節(jié)組件，所述電流調(diào) 節(jié)組件上連接有N型金屬氧化物場效應管。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種電動車用鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其特征在于所述的運行控制組件內(nèi)設置有輔助電流方向控制模塊。
4.根據(jù)權利要求I所述的一種電動車用鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其特征在于所述的超級電容器由單體超級電容串聯(lián)組成，或是由單體超級電容并聯(lián)所組成。
5.根據(jù)權利要求I所述的一種電動車用鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其特征在于所述的電池供能組件包括有電池容納盒，所述的電池容納盒內(nèi)設置有單體電池串聯(lián)構(gòu)成的鋰離子電池組；或是所述的電池容納盒內(nèi)設置有單體電池并聯(lián)構(gòu)成的鋰離子電池組。
6.根據(jù)權利要求I所述的一種電動車用鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其特征在于所述的盒體側(cè)面設置有通風孔。
7.根據(jù)權利要求I所述的一種電動車用鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其特征在于所述的盒體內(nèi)設置有散熱組件。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種電動車用鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其特征在于所述的散熱組件包括有散熱片，所述的散熱片上設置有散熱風扇。
9.根據(jù)權利要求I所述的一種電動車用鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其特征在于所述的盒體內(nèi)設置有加強筋。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動車用鋰電池超級電容復合電源控制裝置，包括有盒體，盒體上設置有防塵蓋，其特點是盒體內(nèi)設置有電池供能組件，電池供能組件的正極端口連接有運行控制組件的輸入端，運行控制組件的輸出端通過電流方向控制組件連接有引擎控制端口。同時，引擎控制端口通過場效應輔助組件連接有直流升壓組件的輸入端，直流升壓組件的輸出端連接穩(wěn)壓組件的輸入端，穩(wěn)壓組件的輸出端通過電流方向控制組件然后連接至超級電容器以回收能量。有此，滿足電動汽車各種工況下是用能需求。并且，本發(fā)明原理和結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、安全可靠。
文檔編號H02J7/00GK102983608SQ20121054842
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月17日 優(yōu)先權日2012年12月17日
發(fā)明者王永琛, 高立軍 申請人:蘇州大學