一种电动车的模块化电池增程换电结构及方法技术

本发明专利技术公开了一种电动车的模块化电池增程换电结构及方法，涉及电动车换电技术领域，包括主电池电路、增程电池电路、超级电容、充电回路、预充电路，主电池电路通过将多个主电池模组串联以提高直流供电电压，当主回路电池出现故障可通过每个主电池模组上并联的第二二路互锁开关对电池进行隔离保护；增程电池电路包括多个相互并联的增程电池模组，增程电池模组通过隔离式DC/DC变换器与主电池电路并联，并通过第一二路互锁开关、多路互锁开关、每个隔离式DC/DC变换器上分别串联有断路器的组合控制实现模块化换电电池由并联方式转化为串联方式接入。本发明专利技术实现了换电电池模组的串并联灵活转换，提高了电动车的换电便利性、降低换电成本。换电成本。换电成本。

【技术实现步骤摘要】
一种电动车的模块化电池增程换电结构及方法


[0001]本专利技术涉及电动车换电
，尤其涉及一种基于经济型低速电动车的电池增程换电结构及其控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着新能源汽车三电成本持续不断的下降、技术成熟度持续提升以及充电基础设施不断完善，新能源汽车越来越赢得用户的喜爱，使得新能源汽车的产销日益增长，其中纯电动汽车由于其良好的经济型和使用便利性，其近年来也取得飞速发展，随着国家环保政策的进一步严格以及锂离子电池成本下降，经济型电动车全锂化已成行业发展的普遍趋势。在现阶段，用户在使用新能源电动车的过程中主要存在以下问题：
[0003]充电时间长：目前最常见的充电模式的充电市场为5到10小时，这大大降低了电动车的便利性。快充也要1小时以上，且快充模式会大大降低电池的使用寿命，同时快速充电会对电网产生大的冲击。
[0004]续航里程不足，由于电池充电容量的限制，同时对于目前充电桩的大大不足从而影响了用车的体验。
[0005]传统的电动车换电模式的成本太高，虽然电动车的换电模式能够有效的解决续航问题。但还是存在前期投入太高、需要专用的换电站、换电机构等，且各生产厂家没有统一标准使电池不能互用等问题，推广效果也不太理想。
[0006]近年来，随着动力电池技术的进步，电动摩托车的换电取得了飞速的发展，目前市场上出现大量的标准化的换电电池，通过电池换电柜，可非常便利通过手动方式实现电动摩托车的换电。针对传动电动车存在的问题，本专利技术提出一种新型的增程换电系统结构及控制方法，可实现电动车电池与摩托车标准电池的兼容，通过将标准化的摩托车电池模组的灵活组合，实现了电动车电池的模块化便捷换电、故障隔离及高效驱动等功能，特别适用于经济型小型电动车。

技术实现思路

[0007]本专利技术提出了一种电动车的模块化电池增程换电结构及方法，用以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0008]本专利技术提供了一种电动车的模块化电池增程换电结构，包括：
[0009]预充电路，其与电动车的电机控制器串联；
[0010]主电池电路，其包括多个相互串联的主电池模组，其用于向电动车供应电能；所述多个相互串联的主电池模组通过主断路器与预充电路串联后，再与电机控制器相连接，构成串联电路；
[0011]增程电池电路，其包括多个相互并联的增程电池模组，其用于向电动车供应增程电能；所述多个相互并联的增程电池模组的两端分别通过第一二路互锁开关、多路互锁开关与串联电路串联；
[0012]多个隔离式DC/DC变换器，其相互并联后与串联电路并联，多个增程电池模组分别与多个隔离式DC/DC变换器并联，隔离式DC/DC变换器用于增程电池模组的升压、隔离；每个隔离式DC/DC变换器上分别串联有断路器；
[0013]其中，当所述主电池电路发生故障，通过将第一二路互锁开关、多路互锁开关的活动端分别闭合，及将与增程电池模组并联的隔离式DC/DC上的断路器闭合，实现利用增程电池电路中的增程电池模组进行切换，代替发生故障的主电池电路工作。
[0014]进一步地，所述第一二路互锁开关与串联电路串联，其活动端及其一个触点分别接入到串联电路中；相互并联的多个所述隔离式DC/DC变换器的其中一个并联节点与第一二路互锁开关的活动端连接，所述相互并联的增程电池模组的其中一个并联节点与第一二路互锁开关的另一个触点连接；
[0015]所述多路互锁开关与串联电路串联，其活动端及其一个触点分别接入到串联电路中；多个所述增程电池模组的一端分别与多路互锁开关上的各个触点连接，
[0016]当所述主电池电路发生故障，通过第一二路互锁开关由常闭触点打至常开触点，将多路互锁开关的活动端打至电量最多的增程电池模组对应的触点上，及将与增程电池模组并联的隔离式DC/DC上的断路器闭合，实现利用增程电池电路中的增程电池模组进行切换，代替发生故障的主电池电路工作。
[0017]进一步地，每个所述主电池模组均并联了第二二路互锁开关，每个所述第二二路互锁开关的两个触点分别与该主电池模组的正极、负极连接，每个所述第二二路互锁开关的活动端与其相邻的主电池模组的正极连接；将所述第二二路互锁开关的一个触点与主电池模组的负极连接，实现利用该主电池模组向电机控制器及电机供应电能；
[0018]每个所述主电池模组上均并联有二极管，该二极管的阴极与主电池模组的正极连接，阳极与主电池模组上并联的所述第二二路互锁开关的活动端连接；
[0019]当任一个所述主电池模组发生故障时，在将该主电池模组切换后，则整个电路的工作电流从与该主电池模组并联的二极管中流过。
[0020]进一步地，还包括：
[0021]超级电容器，其并联在主电池电路两端，用于减少各个主电池模组的放电倍率；
[0022]所述超级电容器的充电方式为，利用相互并联的增程电池模组通过隔离式DC/DC转换器恒流控制实现对超级电容器充电，以及在电动车平稳行驶过程中通过相互串联的多个主电池模组充电；
[0023]在电动车启动或者加速的情况下，所述超级电容器先放电，使得多个主电池模组的电流增加至额定电流；
[0024]所述超级电容器的电容量的计算公式为：
[0025][0026]其中，U
work
为超级电容器的最高电压；U
min
为超级电容器的最低电压；
[0027]I为超级电容器的放电电流；t为超级电容器的放电时间。
[0028]进一步地，还包括：
[0029]电池模组管理系统，其与多个所述主电池模组、多个所述增程电池模组分别电连接，其用于管理各个电池模组内部的单体电芯、智能开关，并监测各个电池模组的故障数据
信息及剩余电量数据信息；
[0030]整车上层管理系统，其与所述电机控制器、隔离式DC/DC转换器、第一二路互锁开关、第二二路互锁开关、多路互锁开关、电池模组管理系统分别通信连接；
[0031]车载显示器，其与整车上层管理系统通信连接，用于向用户显示整车上层管理系统为用户提供的故障信息及增程电池模组的更换建议；
[0032]其中，所述电池模组管理系统将所监测到的各个电池模组的故障数据信息及剩余电量数据信息传送至整车上层管理系统；所述整车上层管理系统根据所接收的数据信息控制各个互锁开关，并控制及分配所述主电池电路、增程电池电路的功率输出；
[0033]当所述电池模组管理系统监测到其中一个主电池模组发生故障，则电池模组管理系统将所监测到的故障信息传送至整车上层管理系统，整车上层管理系统控制与该主电池模组并联的第二二路互锁开关开通实现该主电池模组的切除，同时整车上层管理系统将故障信息显示在车载显示器上，以及通过远程大数据为用户提供增程电池模组的更换建议；所述整车上层管理系统还根据所接收的电机控制器传输的功率需求控制隔离式DC/DC转换器的功率输出；
[0034]在所述增程电池模组的电量用尽后，所述整车上层管理系统通过控制隔离式DC/D本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电动车的模块化电池增程换电结构，其特征在于，包括：预充电路，其与电动车的电机控制器串联；主电池电路，其包括多个相互串联的主电池模组，其用于向电动车供应电能；所述多个相互串联的主电池模组通过主断路器与预充电路串联后，再与电机控制器相连接，构成串联电路；增程电池电路，其包括多个相互并联的增程电池模组，其用于向电动车供应增程电能；所述多个相互并联的增程电池模组的两端分别通过第一二路互锁开关、多路互锁开关与串联电路串联；多个隔离式DC/DC变换器，其相互并联后与串联电路并联，多个增程电池模组分别与多个隔离式DC/DC变换器并联，隔离式DC/DC变换器用于增程电池模组的升压、隔离；每个隔离式DC/DC变换器上分别串联有断路器；其中，当所述主电池电路发生故障，通过将第一二路互锁开关、多路互锁开关的活动端分别闭合，及将与增程电池模组并联的隔离式DC/DC上的断路器闭合，实现利用增程电池电路中的增程电池模组进行切换，代替发生故障的主电池电路工作。2.据权利要求1所述的一种电动车的模块化电池增程换电结构，其特征在于：所述第一二路互锁开关与串联电路串联，其活动端及其一个触点分别接入到串联电路中；相互并联的多个所述隔离式DC/DC变换器的其中一个并联节点与第一二路互锁开关的活动端连接，所述相互并联的增程电池模组的其中一个并联节点与第一二路互锁开关的另一个触点连接；所述多路互锁开关与串联电路串联，其活动端及其一个触点分别接入到串联电路中；多个所述增程电池模组的一端分别与多路互锁开关上的各个触点连接，当所述主电池电路发生故障，通过第一二路互锁开关由常闭触点打至常开触点，将多路互锁开关的活动端打至电量最多的增程电池模组对应的触点上，及将与增程电池模组并联的隔离式DC/DC上的断路器闭合，实现利用增程电池电路中的增程电池模组进行切换，代替发生故障的主电池电路工作。3.据权利要求1所述的一种电动车的模块化电池增程换电结构，其特征在于：每个所述主电池模组均并联了第二二路互锁开关，每个所述第二二路互锁开关的两个触点分别与该主电池模组的正极、负极连接，每个所述第二二路互锁开关的活动端与其相邻的主电池模组的正极连接；将所述第二二路互锁开关的一个触点与主电池模组的负极连接，实现利用该主电池模组向电机控制器及电机供应电能；每个所述主电池模组上均并联有二极管，该二极管的阴极与主电池模组的正极连接，阳极与主电池模组上并联的所述第二二路互锁开关的活动端连接；当任一个所述主电池模组发生故障时，在将该主电池模组切换后，则整个电路的工作电流从与该主电池模组并联的二极管中流过。4.据权利要求1所述的一种电动车的模块化电池增程换电结构，其特征在于：还包括：超级电容器，其并联在主电池电路两端，用于减少各个主电池模组的放电倍率；所述超级电容器的充电方式为，利用相互并联的增程电池模组通过隔离式DC/DC转换器恒流控制实现对超级电容器充电，以及在电动车平稳行驶过程中通过相互串联的多个主电池模组充电；
在电动车启动或者加速的情况下，所述超级电容器先放电，使得多个主电池模组的电流增加至额定电流；所述超级电容器的电容量的计算公式为：其中，U
work
为超级电容器的最高电压；U
min
为超级电容器的最低电压；I为超级电容器的放电电流；t为超级电容器的放电时间。5.根据权利要求1所述的一种电动车的模块化电池增程换电结构，其特征在于：还包括：电池模组管理系统，其与多个所述主电池模组、多个所述增程电池模组分别电连接，其用于管理各个电池模组内部的单体电芯、智能开关，并监测各个电池模组的故障数据信息及剩余电量数据信息；整车上层管理系统，其与所述电机控制器、隔离式DC/DC转换器、第一二路互锁开关、第二二路互锁开关、多路互锁开关、电池模组管理系统分别通信连接；车载显示器，其与整车上层管理系统通信连接，用于向用户显示整车上层管理系统为用户提供的故障信息及增程电池模组的更换建议；其中，所述电池模组管理系统将所监测到的各个电池模组的故障数据信息及剩余电量数据信息传送至整车上层管理系统；所述整车上层管理系统根据所接收的数据信息控制各个互锁开关，并控制及分配所述主电池电路、增程电池电路的功率输出；当所述电池模组管理系统监测到其中一个主电池模组发生故障，则电池模组管理系统将所监测到的故障信息传送至整车上层管理系统，整车上层管理系统控制与该主电池模组并联的第二二路互锁开关开通实现该主电池模组的切除，同时整车上层管理系统将故障信息显示在车载显示器上，以及通过远程大数据为用户提供增程电池模组的更换建议；所述整车...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄伟，罗科颖，万琴，汪超，刘海娇，李伊康，
申请(专利权)人：湖南工程学院，
类型：发明
国别省市：