一種用于純電動車的智能動力電源系統的制作方法

本發明屬于電動汽車電源技術領域，具體涉及一種用于純電動車的智能動力電源系統。

背景技術：

環境污染和石化類能源的緊缺迫使人們開發使用各種新型能源。由于空氣中60％的含碳排放來自于燃油汽車尾氣，同時石化類能源即將枯竭，迫使人們開發新型電動車來解決目前及將來的車用能源問題。

目前除了占80～90％以上的燃油車、還有混合電動車、增程式電動車及純電動車。純電動車由于脫離了石化類能源的制約，將成為未來主要發展趨勢之一。

目前電動車主要以電池類動力能源為主，但是由于電池類動力能源充放電速度慢(小時量級)、功率密度小，致使電動汽車在續航、多檔變速(包括啟動、剎車等)等方面與燃油車相比處于弱勢。

超級電容器是近年來發展起來的一種新型的綠色電力儲能器件，相比較于電池，超級電容器突破了電池的恒壓充放電模式，為恒流充放電模式，使得超級電容器具有充放電速度快(分鐘或秒量級)、功率密度大等特點，有望實現電動車快速變速(大功率密度)及快速續航功能。

但是超級電容器由于能量密度不足，還不能單獨作為動力能源。有的純電動車將電池和超級電容器并聯使用共同完成車用動力電源功能：電池提供恒壓部分(功率不變)，超級電容器提供變壓部分(變功率)，來解決變功率問題，但兩者間器件類型不同存在匹配和兼容問題，導致整體器件性能和壽命受到不利影響，動力電源使用不在最優狀態；功率變化幅度受到制約，充電時間較長，續航能力受到限制，電能利用率不高。因此需要開發一種具有能量密度高、功率密度高、方便續航等優勢的新型純電動車智能動力電源體系。

本發明基于電池(能量密度優)和超級電容器(功率密度優，充放電速度快)的特點，實現將超級電容器與電池進行優化組合，使整體系統具有能量密度高、功率密度高、方便續航等優勢。

技術實現要素：

發明目的：本發明針對上述現有技術存在的問題做出改進，即本發明公開了提供一種用于純電動車的智能動力電源系統。

技術方案：一種用于純電動車的智能動力電源系統，包括：

遙控器，

紅外模塊，其輸入端與所述遙控器的輸出端相連，用于接收來自遙控器的啟停信號或速度調節信號，并將啟停信號或速度調節信號發送給控制電路處理；

控制電路，其輸入端與所述紅外模塊的輸出端相連，根據A/D轉換器輸入的監測電壓信號控制超級電容器組之間的充放電切換，同時根據速度調節信號調節輸出給可調功率放電電路的PWM波的占空比；

恒流充電電路，其輸入端與電池組相連，恒流充電電路的輸出端通過控制電路與電容器組相連，用于為超級電容器組進行恒流充電；

電池組，用于為恒流充電電路提供電能；

超級電容器組，其輸入端與恒流充電電路的輸出端相連，超級電容器組的輸出端與可調功率放電電路的輸入端相連，用于儲能以及給放電電路持續供電；

可調功率放電電路，其輸入端通過控制電路與超級電容器組相連，可調功率放電電路的輸出端與負載相連，用于為負載供電并通過接收控制電路的PWM波信號調節供電功率大小；

A/D轉換器，其輸入端與超級電容器組的輸出端相連，A/D轉換器的輸出端與控制電路的輸入端相連，用于將超級電容器組兩端的電壓模擬信號轉換為數字信號，并發送給控制電路處理，從而實現監測電壓的功能。

進一步地，所述超級電容器組包括兩個交替充放電的超級電容器和至少一個備用超級電容器。

進一步地，所述恒流充電電路包括運算放大器U1A、運算放大器U1B、MOS管Q1、電容C1、電容C2、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、水泥電阻R7、水泥電阻R8、水泥電阻R9、水泥電阻R10和水泥電阻R11，

單片機輸出的電壓送入運算放大器U1A的同相輸入端，運算放大器U1A的輸出端通過電阻R1與MOS管Q1的G端相連，根據輸入電壓大小控制MOS管的導通程度，由此在S端獲得相應的輸出電流，

電阻R6的一端分別與MOS管Q1的S端、電阻R2的一端相連，電阻R2的另一端與運算放大器U1B的同相輸入端相連，電阻R6上產生的采樣電壓經過電阻R2輸入運算放大器U1B的同相輸入端，電阻R6的另一端接地并與電阻R5、電阻R4、電阻R3依次串聯，

運算放大器U1B的反相輸入端連接至電阻R4與電阻R5之間，通過電阻R3、電阻R4的阻值之和與電阻R5阻值之比，得到相應的電壓并輸入運算放大器U1B的反相輸入端，運算放大器U1B的輸出端連接至運算放大器U1A的反相輸入端，運算放大器U1A根據負反饋的電壓調節輸出電壓，從而控制電流穩定，

電容C1連接在運算放大器U1A的輸出端與運算放大器U1A的反相輸入端之間，

電容C2連接在電阻R3、電阻R4兩端，起過濾震蕩電壓，維持電壓穩定的作用，

水泥電阻R7、水泥電阻R8、水泥電阻R9、水泥電阻R10和水泥電阻R11并聯，

在MOS管Q1的D端與水泥電阻R7～R11的一端之間接入控制電路，水泥電阻R7～R11的另一端經過開關與電池組相連，通過并聯五個水泥電阻，得到一個較小的阻值，降低輸入至MOS管Q1的D端的電壓，減小MOS管Q1的D端和S端的壓降，從而減少MOS管Q1發熱。

更進一步地，電阻R3、電阻R4的阻值之和與電阻R5阻值之比為19:1。

進一步地，所述可調功率放電電路包括開關管Q2、電感L1、二極管D1、電容C3和負載R12，

開關與電感L1的一端相連，電感L1另一端與開關管Q2的D端相連，開關管Q2的S端接地，開關管Q2的G端與單片機的PWM波輸出端相連，

開關管Q2的D端還與二極管D1的一端相連，二極管D1的另一端與負載R12的一端相連，負載R12另一端接地，

電容C3并聯在負載R12兩端。

進一步地，所述控制電路包括單片機、繼電器S1、繼電器S2、繼電器S3、開關管Q3、開關管Q4、開關管Q5、開關管Q6、開關管Q7和開關管Q8，

繼電器S1、繼電器S2、繼電器S3閉合的一端為常閉端，繼電器S1、繼電器S2、繼電器S3的另一端為常開端，

繼電器S1、繼電器S2、繼電器S3的常閉端都連接至輸出端d的3處，

繼電器S1、繼電器S2、繼電器S3的常開端都連接至輸入端b的1處，

繼電器S1、繼電器S2、繼電器S3的控制端與單片機的輸出端相連，

繼電器S1的公共端與電容器C4的一端相連，電容器C4的另一端分別與開關管Q3的S端、開關管Q4的D端相連，開關管Q3的D端與輸入端b的2處相連，開關管Q4的S端與輸出端d的4處相連，開關管Q3的G端、開關管Q4的G端與單片機的輸出端相連，

繼電器S2的公共端與電容器C5的一端相連，電容器C5的另一端分別與開關管Q5的S端、開關管Q6的D端相連，開關管Q5的D端與輸入端b的2處相連，開關管Q6的S端與輸出端d的4處相連，開關管Q5的G端、開關管Q6的G端與單片機的輸出端相連，

繼電器S3的公共端與電容器C6的一端相連，電容器C6的另一端分別與開關管Q7的S端、開關管Q8的D端相連，開關管Q7的D端與輸入端b的2處相連，開關管Q8的S端與輸出端d的4處相連，

開關管Q7的G端、開關管Q8的G端與單片機的輸出端相連。

有益效果：本發明公開的一種用于純電動車的智能動力電源系統具有以下有益效果：

1、持續供電；

2、恒流快速充電；

3、放電功率可調；

4、續航時間長——電池組具有高能量密度，活動可更替，在短時間內用更替方式解決了傳統純電動車充電時間長，續航能力弱的問題；

5、超級電容器高功率密度解決了傳統電池電動車大功率釋放能力弱及變速幅度小，且變功率帶來電池壽命縮短等問題。

附圖說明

圖1為本發明公開的一種用于純電動車的智能動力電源系統的原理圖；

圖2為本發明公開的一種用于純電動車的智能動力電源系統的結構示意圖框圖；

圖3為恒流充電電路的電路圖；

圖4為可調功率放電電路的電路圖；

圖5為控制電路的電路圖。

具體實施方式：

下面對本發明的具體實施方式詳細說明。

如圖2所示，一種用于純電動車的智能動力電源系統，包括：

遙控器，

紅外模塊，其輸入端與遙控器的輸出端相連，用于接收來自遙控器的啟停信號或速度調節信號，并將啟停信號或速度調節信號發送給控制電路處理；

控制電路，其輸入端與紅外模塊的輸出端相連，根據A/D轉換器輸入的監測電壓信號控制超級電容器組之間的充放電切換，同時根據速度調節信號調節輸出給可調功率放電電路的PWM波的占空比；

恒流充電電路，其輸入端與電池組相連，恒流充電電路的輸出端通過控制電路與電容器組相連，用于為超級電容器組進行恒流充電；

電池組，用于為恒流充電電路提供電能；

超級電容器組，其輸入端與恒流充電電路的輸出端相連，超級電容器組的輸出端與可調功率放電電路的輸入端相連，用于儲能以及給放電電路持續供電；

可調功率放電電路，其輸入端通過控制電路與超級電容器組相連，可調功率放電電路的輸出端與負載相連，用于為負載供電并通過接收控制電路的PWM波信號調節供電功率大小；

A/D轉換器，其輸入端與超級電容器組的輸出端相連，A/D轉換器的輸出端與控制電路的輸入端相連，用于將超級電容器組兩端的電壓模擬信號轉換為數字信號，并發送給控制電路處理，從而實現監測電壓的功能。

進一步地，超級電容器組包括兩個交替充放電的超級電容器和至少一個備用超級電容器。

啟動時，使電池組通過恒流充電電路給超級電容器組快速充電，控制電路監測到超級電容器充滿時，控制第1組超級電容器切換至放電模塊。當第1超級電容器放電至設定的放電下限時，控制電路將其切換至充電模塊，同時將第2超級電容器切換至放電模塊，兩個超級電容器按照以上方式循環，實現持續充放電。放電時控制電路通過檢測放電電容器組兩端電壓，隨電壓下降不斷調整輸出的PWM波的占空比，從而維持放電功率恒定，當控制電路接收到加速信號時，通過調節PWM波的占空比升高放電功率；若放電功率大于充電功率，將啟用第3超級電容器作為備用電源，以滿足短時間內高功率放電的需求，當第1超級電容器和第2超級電容器不充電時，則對第3超級電容器進行充電。

進一步地，如圖3所示，恒流充電電路包括運算放大器U1A、運算放大器U1B、MOS管Q1、電容C1、電容C2、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、水泥電阻R7、水泥電阻R8、水泥電阻R9、水泥電阻R10和水泥電阻R11，

單片機輸出的電壓送入運算放大器U1A的同相輸入端，運算放大器U1A的輸出端通過電阻R1與MOS管Q1的G端相連，根據輸入電壓大小控制MOS管的導通程度，由此在S端獲得相應的輸出電流，

電阻R6的一端分別與MOS管Q1的S端、電阻R2的一端相連，電阻R2的另一端與運算放大器U1B的同相輸入端相連，電阻R6上產生的采樣電壓經過電阻R2輸入運算放大器U1B的同相輸入端，電阻R6的另一端接地并與電阻R5、電阻R4、電阻R3依次串聯，

運算放大器U1B的反相輸入端連接至電阻R4與電阻R5之間，通過電阻R3、電阻R4的阻值之和與電阻R5阻值之比，得到相應的電壓并輸入運算放大器U1B的反相輸入端，運算放大器U1B的輸出端連接至運算放大器U1A的反相輸入端，運算放大器U1A根據負反饋的電壓調節輸出電壓，從而控制電流穩定，

電容C1連接在運算放大器U1A的輸出端與運算放大器U1A的反相輸入端之間，

電容C2連接在電阻R3、電阻R4兩端，起過濾震蕩電壓，維持電壓穩定的作用，

水泥電阻R7、水泥電阻R8、水泥電阻R9、水泥電阻R10和水泥電阻R11并聯，

在MOS管Q1的D端與水泥電阻R7～R11的一端之間接入控制電路，水泥電阻R7～R11的另一端經過開關與電池組相連，通過并聯五個水泥電阻，得到一個較小的阻值，降低輸入至MOS管Q1的D端的電壓，減小MOS管Q1的D端和S端的壓降，從而減少MOS管Q1發熱。

更進一步地，電阻R3、電阻R4的阻值之和與電阻R5阻值之比為19:1。

進一步地，如圖4所示，可調功率放電電路包括開關管Q2、電感L1、二極管D1、電容C3和負載R12，

開關與電感L1的一端相連，電感L1另一端與開關管Q2的D端相連，開關管Q2的S端接地，開關管Q2的G端與單片機的PWM波輸出端相連，

開關管Q2的D端還與二極管D1的一端相連，二極管D1的另一端與負載R12的一端相連，負載R12另一端接地，

電容C3并聯在負載R12兩端。

使用時，當開關管Q2閉合時，由于二極管D1的單向導通，整個電路分為兩部分。二極管左邊電感L1起儲能作用，右邊由電容C3給負載R12供電。當開關管Q2關斷時，電感L1釋放儲存的能量，給負載R12供電以及電容C3充電，根據接收的PWM波的占空比，調節開關管導通和關斷的時間比，從而獲得相應的電壓放大倍數。

進一步地，如圖5所示，控制電路包括單片機、繼電器S1、繼電器S2、繼電器S3、開關管Q3、開關管Q4、開關管Q5、開關管Q6、開關管Q7和開關管Q8，

繼電器S1、繼電器S2、繼電器S3閉合的一端為常閉端，繼電器S1、繼電器S2、繼電器S3的另一端為常開端，

繼電器S1、繼電器S2、繼電器S3的常閉端都連接至輸出端d的3處，

繼電器S1、繼電器S2、繼電器S3的常開端都連接至輸入端b的1處，

繼電器S1、繼電器S2、繼電器S3的控制端與單片機的輸出端相連，

繼電器S1的公共端與電容器C4的一端相連，電容器C4的另一端分別與開關管Q3的S端、開關管Q4的D端相連，開關管Q3的D端與輸入端b的2處相連，開關管Q4的S端與輸出端d的4處相連，開關管Q3的G端、開關管Q4的G端與單片機的輸出端相連，

繼電器S2的公共端與電容器C5的一端相連，電容器C5的另一端分別與開關管Q5的S端、開關管Q6的D端相連，開關管Q5的D端與輸入端b的2處相連，開關管Q6的S端與輸出端d的4處相連，開關管Q5的G端、開關管Q6的G端與單片機的輸出端相連，

繼電器S3的公共端與電容器C6的一端相連，電容器C6的另一端分別與開關管Q7的S端、開關管Q8的D端相連，開關管Q7的D端與輸入端b的2處相連，開關管Q8的S端與輸出端d的4處相連，

開關管Q7的G端、開關管Q8的G端與單片機的輸出端相連。

本發明公開的一種用于純電動車的智能動力電源系統的基本思路是將電池組和超級電容器組功能分開，電池組僅作提供超級電容器能源的母電源供電系統，超級電容器僅作為提供動力能源的子電源執行系統，母電源和子電源為一對多，子電源與動力系統為多對一，整個系統的原理圖如圖1所示，在控制電路下，不同的子電源分別處于充電、放電、和充滿電等待等狀況，

子電源在低于放電標準時與動力系統斷開，接入母電池充電系統，當子電源完成充電任務后，與母電源斷開，處于與動力系統連接等待狀態或連接狀態；動力系統控制電路根據釋放功率大小及變化(即車速)決定接入子電源個數及狀態。

本發明的純電動車智能動力電源體系在車內可將電池組母電源放置在車尾，超級電容器組子電源和智能控制體系放置在車前部可操控部位，這樣可使車達到整體重量平衡。電池組母電源設計為活動可更換系統，到收費站或公交終點站進行快速更換，滿足遠程續航能力。

超級電容器組子電源和智能控制體系設計為固定體系，使車的電源和控制體系相對穩定，超級電容器組子電源隨時可快速從電池組母電源獲得充電，也可對動力系統變功率釋放能量，使整個體系具有大的能量密度、功率密度、快速充放電、長壽命、優良續航能力。

隨著運行時間的推移，為維持功率恒定需不斷提高占空比，且不同檔位占空比調節范圍不同，具體為：

低速檔35.7％～47.6％，使功率維持在1.52W左右；

中速檔46.0％～59.0％，使功率維持在2.76W左右；

高速檔67.8％～85.6％，使功率維持在4.80W左右。

反應時間<0.2s(由于采用了10kHz的PWM波以及BOOST升壓斬波電路的設計，反應時間很短)。

上面對本發明的實施方式做了詳細說明。但是本發明并不限于上述實施方式，在所屬技術領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下做出各種變化。