一种电池电力系统，用以驱动一动力装置的动力马达系统，动力马达系统产生至少一动力模式信号及至少一马达控制电流信号，电池电力系统包含一主要电池、一电解电容、一电力升压装置、一第一接触器、一第一切换器、一超级电容、一第一二极管、一第二接触器、一第二切换器、一限流元件、多个测量元件及一电能控制器，由电能控制器根据动力模式信号、马达控制电流信号及测量元件产生的电压及电流信号分析超级电容电能水位，以控制电力升压装置、第一接触器、第二接触器、第一切换器及第二切换器导通状态及电流方向，以形成多种控制模式。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电池电力系统，尤其涉及一种利用超级电容搭配锂离子电池的电力装置，设计可切换串联与并联的电路架构，检测电池与超级电容电压进行电流调控，因应动力装置在驱动时的放电需求与煞车回充等多种情境的充放电进行控制，达成电流的高效率分配，以降低电池放电深度、延长电池寿命。
技术介绍
近年来由于环保意识抬头，各种电力驱动的动力装置因应而生，例如电动车产业的发展，电力驱动的动力装置的动力来源为电池组，以电动车而言，电动车所使用的电池组成本约为美金750 1000元/kWh(10千瓦每小时)，但是单元电池循环寿命仅达800 1000次，以续航力80公里使用12kWh电池组的电动邮政车为例，假定车辆成本相同计算电池组摊提成本，加上充电电费至少需新台币5元/公里以上，每单位里程行驶成本约为汽油车二倍以上价格，摊提成本过高，以及每8万公里即须更换电池组是阻碍电动车整体市场无法大幅提升的原因。以业界所称的长寿命单元电池而言，目前仅有东芝(SCiB)与三菱电机(复合蓄电装置)推出超过2000次循环寿命单元电池，其中复合蓄电装置为锂电池与超级电容并联一体型(14Wh)，但两者于成本及量产时程上无法满足市场需求。针对已知专利而言，例如美国专利技术专利7，489，048「Energy storage system for electric or hybrid vehicle」，该专利所公开的电力存储系统设置有二套电池组，以及一可调整该二个电池组串联或并联的电路，以及外接一接口串联被动型储能装置，该专利的控制方式为，当马达低速运转(50%rated以下)时，则控制该二个电池组并联，当马达高速运转(50% rated以上)时，则控制该二个电池组串联，由于该专利必须设置二组电池，不仅架构庞大复杂且成本高，再由于其仅能根据马达转速进行二段式电力控制，并无法因应不同状况调整适用的模式。面对上述有关电池组电力控制的瓶颈，以材料端进行长寿命电池开发，不仅旷日费时且投资庞大，因此，如何能够有一种不同于开发新材料方式，以电能管理与控制手法提升电池循环寿命及充放电效率，以期降低电池摊提成本(至少不高于一般汽油车水准)，是业者急需解决的重要课题。
技术实现思路
有鉴于已知技术的缺失，本专利技术提出一种电池电力系统，利用超级电容搭配锂离子电池的电力装置，设计可切换串联与并联的电路架构，检测电池与超级电容电压进行电流调控，因应动力装置在驱动时的放电需求与煞车回充等多种情境的充放电进行控制，达成电流的高效率分配，以降低电池放电深度、延长电池寿命。为达到上述目的，本专利技术提出一种电池电力系统，用以驱动一动力装置的动力马达系统，该动力马达系统产生至少一动力模式信号以及至少一马达控制电流信号，该电池电力系统包含一主要电池，为一可充电电池，该主要电池具有一电池正极端以及一电池负极端， 该电池正极端连接一直流端正极，该电池负极端连接一直流端负极，该直流端正极及直流端负极电性连接于该动力马达系统；一电解电容，电性连接该电池正极端及该电池负极端；一电力升压装置，电性连接该电池正极端及该电池负极端，该电力升压装置用以使电力升压；一第一接触器，电性连接该电池负极端以及该电力升压装置，该第一接触器具有一导通与非导通状态；一第一切换器，电性连接该电池负极端以及该直流端负极，该第一切换器具有一导通与非导通状态；一超级电容，其具有一超级电容正极端以及一超级电容负极端，该超级电容正极端电性连接该电力升压装置与该第一接触器，该超级电容负极端电性连接该电池负极端；一第一二极管，电性连接该超级电容正极端与该电池正极端；一第二接触器，电性连接该第一二极管与该超级电容正极端，该第二接触器具有一导通与非导通状态；一第二切换器，电性连接该超级电容正极端与该第一二极管，该第二切换器具有一导通与非导通状态；一限流元件，电性连接该第二切换器与该第一二极管；多个测量元件，用以测量至少一电压直或至少一电流值，并产生至少一电压信号及至少一电流信号；以及一电能控制器，用以接收该动力模式信号、该马达控制电流信号、该电压信号及电流信号，并据以分析该超级电容的电能水位，以控制该电力升压装置、该第一接触器、该第二接触器、该第一切换器及该第二切换器的导通状态，以及控制电流方向，以形成多种控制模式。为使本领域技术人员对于本专利技术的结构目的和功效有更进一步的了解与认同，现在配合图示详细说明如后。附图说明图1是本专利技术的系统架构图。图2是本专利技术的超级电容的电能水位示意图。图3是本专利技术调整控制模式的流程图。图4是本专利技术的第一模式的架构及电流方向示意图。图5是本专利技术的第一模式的控制信号示意图。图6是本专利技术的第二模式的架构及电流方向示意图。图7是本专利技术的第二模式的控制信号示意图。图8是本专利技术的第三模式的架构及电流方向示意图。图9是本专利技术的第三模式的控制信号示意图。图10是本专利技术的第四模式的架构及电流方向示意图。图11是本专利技术的第四模式的控制信号示意图。图12是本专利技术的第五模式的架构及电流方向示意图。图13是本专利技术的第五模式的控制信号示意图。图14是本专利技术的第六模式的架构及电流方向示意图。图15是本专利技术的第六模式的控制信号示意图。主要元件符号说明100-电池电力系统101-电能控制器102-电力升压装置200-动力马达系统201-变频器202_动力马达203-电子控制单元300-直流端301-直流端正极302-直流端负极Al-第一电流测量元件A2-第二电流测量元件B-主要电池Bl-电池正极端B2-电池负极端C-电解电容Dl-第一二极管D2-第二二极管L-电感元件R-限流元件Sl-第一接触器S2-第二接触器Tl-第一切换器T2-第二切换器T3-第三切换器UC-超级电容Vl-第一电压测量元件V2-第二电压测量元件V3-第三电压测量元件Cu-超级电容的电容值Eu。-超级电容的残留电能Emax-超级电容的电能极限值Ef-超级电容的电能偏高值Eh-超级电容的电能较高值El-超级电容的电能较低值Ez-超级电容的电能偏低值Iu-超级电容的电流测量值I-直流端的电流测量值Ih-直流端的电流上界值Il-直流端的电流下界值Vb-主要电池的电压值Vu-超级电容的电压值V-直流端的电压值具体实施例方式以下将参照随附的附图来描述本专利技术为达成目的所使用的技术手段与功效，而以下附图所列举的实施例仅为辅助说明，以利本领域技术人员了解，但本申请的技术手段并不限于所列举附图。请参阅图1所示本专利技术所提供的电池电力系统架构，该电池电力系统100通过一直流端300连接并驱动一动力装置的动力马达系统200，该动力装置是电力驱动的装置，例如电动车，该直流端300具有直流端正极301以及一直流端负极302，该直流端正极301及直流端负极302电性连接于该动力马达系统200所具有的一变频器201，该变频器201连接一动力马达202以及一电子控制单元203，该电子控制单元203可根据该变频器201与动力马达202的状态产生至少一动力模式信号以及至少一马达控制电流信号，该电子控制单元203负责动力装置的控制与通信，该电池电力系统100包含一主要电池B、一电解电容C、 一第一接触器Si、一第二接触器S2、一第一切换器Tl、一第二切换器T2、一第三切换器T3、 一超级电容UC、一第一二极本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
2010.11.25 TW 0991407661.一种电池电力系统，用以驱动一动力装置的动力马达系统，该动力马达系统产生至少一动力模式信号以及至少一马达控制电流信号，该电池电力系统包含一主要电池，为一可充电电池，该主要电池具有一电池正极端以及一电池负极端，该电池正极端连接一直流端正极，该电池负极端连接一直流端负极，该直流端正极及直流端负极电性连接于该动力马达系统；一电解电容，电性连接该电池正极端及该电池负极端；一电力升压装置，电性连接该电池正极端及该电池负极端，该电力升压装置用以使电力升压；一第一接触器，电性连接该电池负极端以及该电力升压装置，该第一接触器具有一导通与非导通状态；一第一切换器，电性连接该电池负极端以及该直流端负极，该第一切换器具有一导通与非导通状态；一超级电容，其具有一超级电容正极端以及一超级电容负极端，该超级电容正极端电性连接该电力升压装置与该第一接触器，该超级电容负极端电性连接该电池负极端；一第一二极管，电性连接该超级电容正极端与该电池正极端；一第二接触器，电性连接该第一二极管与该超级电容正极端，该第二接触器具有一导通与非导通状态；一第二切换器，电性连接该超级电容正极端与该第一二极管，该第二切换器具有一导通与非导通状态；一限流元件，电性连接该第二切换器与该第一二极管；多个测量元件，用以测量至少一电压直或至少一电流值，并产生至少一电压信号及至少一电流信号；以及一电能控制器，用以接收该动力模式信号、该马达控制电流信号、该电压信号及电流信号，并据以分析该超级电容的电能水位，以控制该电力升压装置、该第一接触器、该第二接触器、该第一切换器及该第二切换器的导通状态，以及控制电流方向，以形成多种控制模式。2.如权利要求1所述的电池电力系统，其中该电力升压装置包括一第三切换器、一第二二极管以及一电感元件构成，该第三切换器与该第二二极管串联，该第三切换器电性连接该电池负极端，该第二二极管电性连接该电池正极端，该电感元件的一端电性连接于该第三切换器与该第二二极管之间，该电感元件另一端电性连接于该第一接触器，该第三切换器具有一导通与非导通状态。3.如权利要求2所述的电池电力系统，其中该第一切换器、该第二切换器以及该第三切换器为金属氧化物半导体场效应晶体管或绝缘栅双极晶体管或氮化镓功率晶体管。4.如权利要求1所述的电池电力系统，其中该第一接触器及第二接触器为继电器开关。5.如权利要求1所述的电池电力系统，其中该限流元件为限流电阻或限流电路或限流ο6.如权利要求1所述的电池电力系统，其中该动力装置包括一变频器、一动力马达以及一电子控制单元，该变频器连接该动力马达及该电子控制单元，该直流端正极及直流端负极电性连接于该变频器，该电子控制单元根据该变频器与动力马达的状态产生至少一动力模式信号以及至少一马达控制电流信号，并将所产生的动力模式信号及马达控制电流信号传送至该电能控制器。7.如权利要求1所述的电池电力系统，其中该多个测量元件还包括一第一电流测量元件，电性连接该超级电容正极端，用以测量该超...
【专利技术属性】
技术研发人员：施武阳，江益贤，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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