一種雙電池節能系統以及裝備有該系統的車輛的制作方法

一種雙電池節能系統以及裝備有該系統的車輛的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種雙電池節能系統，所述雙電池節能系統包括：主要用于存儲能量的、具備較大存儲容量的第一電池組；與所述第一電池組并聯的能夠被快速充電的第二電池組，所述第二電池組連接至能量回收裝置并且儲存來自該裝置的電能；以及布置在第一電池組與第二電池組之間的電流控制裝置。本實用新型還提供了裝備有所述的雙電池節能系統的車輛。
【專利說明】
一種雙電池節能系統以及裝備有該系統的車輛
技術領域
[0001]本實用新型涉及能量回收技術，更具體而言，涉及一種雙電池節能系統以及裝備有該系統的車輛。
【背景技術】
[0002]在當前的社會，保護環境，節約能源的需求日益增長。特別是在交通工具中，在制動過程中或者發動機的工作過程中，有許多能量無法有效利用，造成了能源的浪費。例如在車輛領域中，為了能夠提高整車效率，降低油耗，提高燃油經濟性，目前各大汽車廠商均致力于研究各種各樣的新型汽車技術。其中，在汽車減速時，回收制動能量并存儲在電池中，以在將來供給車用電器設備使用，是一種重要的降低油耗的方法，已經廣泛的用于各類新能源車型，如純電動車和混合動力車型上。
[0003]由于現代交通工具越來越多地配備了各種電器設備，導致整體耗電量也在逐步增加，供電系統的壓力也越來越大。必須有足夠的電能儲備以滿足眾多的電器需求，通常傳統的用電設備在不同的工況下，對能量的消耗是很大的。例如在汽車中，車用用電器的電能實際上都是從燃油通過發動機的做功發電得到，如果制動時回收的能量承擔部分電能，再生的能量可供發動機附件、前燈、空調、音響、儀表等電子部件使用。在頻繁加速和減速的行駛條件下，這種系統能夠大幅度提高燃油經濟性。
[0004]舉例來說，在車輛中，一般設置有一個或者多個電池組成的電池系統，以在車輛起動時驅動起動發動機的起動機，在發電機工作的情況下，存儲能量，并在車載發電機停止工作的情況下，輸出電流驅動車上的電氣負載。通常來講車上的電氣負載包括安全系統、發動機管理系統、娛樂系統、照明系統、空調系統、雨刷等等。目前大多數所知的發動機驅動的車輛上，均采用鉛酸電池作為電池系統以驅動車用負載和起動發動機。而在車輛行駛過程中通常需要發動機輸出功率，驅動發電機以給整車負載供電和給鉛酸電池充電。當時常規的鉛酸電池，常規的鉛酸電池由于內阻較大，可用充電功率較低，導致用于減速能量回收系統時可回收能量較少，達不到預期的節能效果。
[0005]因此，繼續一種有效的能量回收系統，能夠有效回收在交通工具中被浪費的能量。【實用新型內容】
[0006]本實用新型的目的在于提供一種雙電池節能系統，其能夠在車輛減速時控制可控發電機回收減速能量，并用于車用用電設備，從而提高燃油經濟性，另一方面可以存儲較多能量，在起動時驅動起動機，此外在車輛正常行駛時可以驅動車用用電負載，或者由發電機進行慢速充電。
[0007]為達到上述目的，本實用新型提供了一種雙電池節能系統，根據本實用新型的一個方面，所述雙電池節能系統包括:主要用于存儲能量的、具備較大存儲容量的第一電池組;與所述第一電池組并聯的能夠被快速充電的第二電池組，所述第二電池組連接至能量回收裝置并且儲存來自該裝置的電能；以及布置在第一電池組與第二電池組之間的電流控制裝置。
[0008]優選地，所述電流控制裝置可以包括有使得電流自第一電池組朝向第二電池組單向流動的單向導通元件。
[0009]進一步優選地，所述單向導通元件還并聯有可控開關，該可控開關連接在所述第一電池組和第二電池組之間。
[0010]所述可控開關為繼電器、IGBT、M0SFET或者其他可用于控制電路通斷的元器件。
[0011]根據本實用新型的另一個實施方式，在根據本實用新型的節能系統中，電流控制裝置可以包括有可控開關，該可控開關連接在第一電池和第二電池之間，所述可控開關在需要第一電池和第二電池各自獨立工作時斷開，所述可控開關在需要雙電池系統協同工作時閉合。優選地，可控開關可以為繼電器、IGBT、M0SFET或者其他可用于控制電路通斷的元器件。
[0012]在根據本實用新型的節能系統中，第二電池組的電池可以為用于大倍率回收充電電能的蓄電池，具有較好的功率特性。第一電池組的電池可以為主要用于存儲能量的具有較好的能量特性的蓄電池。
[0013]優選地，根據本實用新型的節能系統中還可以包括對電池的剩余電量、可用充放電功率情況、可用能量和可存儲能量情況中的一種或者多種進行檢測評估的電池管理系統。
[0014]根據本實用新型的另一方面，提供了一種車輛，所述車輛裝備有前文所述的雙電池節能系統，其中，所述第一電池組為車輛的起動機供電，所述第二電池組為車輛的常規車用負載供電，所述能量轉換裝置為發電機，所述發電機在車輛減速時回收減速能量轉化成電能對所述第二電池組和/或第一電池組進行充電，優選的，所述發電機為輸出電壓可控的發電機，特別的，在車輛減速時，提高輸出電壓，以更多的回收減速能量，對所述第二電池組和/或第一電池組進行充電。
[0015]本實用新型所帶來的有益效果至少在于:
[0016]通過使用本實用新型，一方面可以在車輛減速時控制可控發電機提高輸出電壓，回收減速能量，并用于車用用電設備，從而提高燃油經濟性，另一方面可以存儲較多能量，在起動時驅動起動機，此外在車輛正常行駛時可以驅動車用用電負載，或者由發電機進行慢速充電。
【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本公開內容的技術方案，下面參照附圖描述本申請的【具體實施方式】。
[0018]下面結合附圖和實施例對本實用新型進行進一步的說明。在附圖中:
[0019]圖1是示出了根據本實用新型的雙電池節能系統的一個實施方式的示意圖；
[0020]圖2是示出了根據本實用新型的雙電池節能系統的另一個實施方式的示意圖；
[0021]圖3是示出了根據本實用新型的雙電池節能系統的又一個實施方式的示意圖，其中該系統中的電流控制裝置中的單向導通元件還并聯有可控開關；
[0022]圖4是示出了根據本實用新型的雙電池節能系統的又一個【具體實施方式】的示意圖，其中該系統中的電流控制裝置中包括有可控開關；
[0023]圖5是示出了圖4所示的雙電池節能系統的一個變型的實施方式的示意圖，其中該系統中的電流控制裝置中的可控開關為一直閉合的；以及
[0024]圖6是示出了根據本實用新型的雙電池節能系統的一個實施方式用于車輛的示意圖，其中用作大流量負載的起動機和用作能量回收裝置的發電機分別位于電流控制裝置兩側。
[0025]圖7是示出了根據本發明的雙電池節能系統的又一個實施方式用于車輛的示意圖，其中用作大流量負載的起動機和用作能量回收裝置的發電機分別位于電流控制裝置兩偵U，起動機由第一電池組直接驅動，該系統中的電流控制裝置中的單向導通元件還并聯有可控開關，單向導通元件使得電流能夠從第一電池組向第二電池組單向流動。以及
[0026]圖8是示出了根據本發明的雙電池節能系統的又一個實施方式用于車輛的示意圖，其中用作大流量負載的起動機和用作能量回收裝置的發電機分別位于電流控制裝置兩側，起動機由第二電池組直接驅動，其他車用負載全部由電池一直接驅動，且該系統中的電流控制裝置中包括有可控開關。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本實用新型進行進一步說明。在本公開內容中所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型的保護范圍。本實用新型的保護范圍并不受下文所描述的【具體實施方式】的限制。
[0028]在下文的公開內容中，可以理解的是，所示出的實施方式和實例僅僅是示例性的。除非在本文中有特別的說明，本公開內容中所提到的各種與元件、部件、設備、方法相關的術語以及措辭與本領域普通技術人員所普遍理解的定義和含義是一致的。需要注意的是，附圖中所示出的各種設備、裝置、電路、元件和組件等等的形狀構造以及位置僅僅是示意性的，應該理解，圖中所示的各個元素在實踐中根據實際情況可以采取不同的形態和形式，這并不偏離本實用新型的精神和主旨。
[0029]本領域技術人員可以理解的是，本文中所提到的電池組可以包括一個或更多個電池單體，根據不同的使用環境，電池組中的電池可以是鉛酸電池、鋰電池、堿性電池、鎳氫電池、儲能電池、燃料電池、太陽能電池中的一種或多種。
[0030]本實用新型提出了一種雙電池節能系統，該節能系統可以用于交通工具中，或者其它需要儲存能量的設備中，例如動力機械或者機械加工設備，或者其它能夠利用根據本實用新型的系統來儲存多余的能量的設備中。
[0031]優選地，根據本實用新型的雙電池節能設備可以用于車輛中，特別是用于具有發動機的車輛例如陸地車輛或水陸兩用車輛等。優選地，根據本實用新型的雙電池節能系統用于具有內燃機或者電動機的車輛中，例如四輪車，三輪車，兩輪車，或者獨輪車中。
[0032]圖1示出了根據本實用新型的雙電池節能系統(下文簡稱為節能系統)100的一個實施方式的示意圖，該視圖示出了本實用新型的雙電池節能系統的最基本的結構。如圖所示，節能系統100可以包括有第一電池組110，該電池組主要用于存儲能量，具備較大存儲容量的后備電電池，用于提供后備電量;第二電池組120，該第二電池組可以與所述第一電池組并聯，所述第二電池組能夠被快速充電以儲存來自能量回收裝置的電能，并且能夠快速放電提供大功率輸出。此外，節能系統100還包括布置在第一電池組110與第二電池組120之間的電流控制裝置130，該電流控制裝置在預定條件下使得第一電池組與第二電池組之間斷開、閉合。
[0033]圖2示出了根據本實用新型的雙電池節能系統的另一個實施方式200的示意圖，圖3示出了根據本實用新型的雙電池節能系統的又一個實施方式300的示意圖。在圖2所示的節能系統200中，可以包括有第一電池組210，該電池組主要用于存儲能量，為大電流負載240提供較大容量的后備電池，以提供電量;第二電池組220，該第二電池組220與第一電池組210并聯，第二電池組能夠被快速充電以儲存來自能量回收裝置250的電能，并且提供并且能夠快速放電提供大功率輸出；以及布置在第一電池組210與第二電池組220之間的電流控制裝置。在該實施方式中，該大電流負載例如可以是電動機和起動機等；能量回收裝置250可以是發電機。在電流控制裝置中可以包括有單向導通元件231，從而使得電流僅僅能夠從第一電池組210流向第二電池組220，自第一電池組朝向第二電池組單向流動。
[0034]在圖3所示的節能系統300中，該系統與節能系統200類似，同樣包括有第一電池組310，該電池組可以用于存儲能量，為大電流負載340提供較大容量的后備電量;第二電池組320，該第二電池組320與第一電池組310并聯，第二電池組能夠被快速充電以儲存來自能量回收裝置350的電能，并且提供并且能夠快速放電提供大功率輸出；以及布置在第一電池組310與第二電池組320之間的電流控制裝置。
[0035]在節能系統300的電流控制裝置中，不僅包括有單向導通元件331，該單向導通元件331還可以并聯有可控開關332。
[0036]可控開關332連接在第一電池組310和第二電池組320之間，在第一電池組為大電流負載340供電時，可控開關332斷開;在第二電池組320處于被充電狀態時，可控開關332能夠閉合;當第二電池組320的電壓高于第一電池組310的電壓時，可控開關332斷開。
[0037]優選地，可控開關332可以是繼電器、IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，絕緣柵雙極型晶體管)、M0SFET(金屬-氧化物半導體場效應晶體管)或者其他可用于控制電路通斷的元器件。
[0038]圖4示出了根據本實用新型的又一個【具體實施方式】的雙電池節能系統400的示意圖，該系統同樣包括有第一電池組410，該電池組主要用于存儲能量，為大電流負載440提供較大容量的后備電量;第二電池組420，該第二電池組420與第一電池組410并聯，第二電池組能夠被快速充電以儲存來自能量回收裝置450的電能；以及布置在第一電池組410與第二電池組420之間的電流控制裝置。在節能系統400的電流控制裝置中可以包括有可控開關433。該可控開關連接在第一電池組和第二電池組之間。可控開關433在需要第一電池組和第二電池組各自獨立工作時斷開;可控開關433在需要兩個電池組系統協同工作時閉合。優選地，可控開關433可以為繼電器、IGBT或者其他可用于控制電路通斷的元器件。
[0039]圖5示出了圖4所示的雙電池節能系統的一個變型的實施方式500，該節能系統中同樣包括為大電流負載540供電第一電池組510、用于儲存來自能量回收裝置550的電能的第二電池組520。在節能系統500中，可控開關535連接在第一電池組和第二電池組之間，并且該系統中的可控開關為一直閉合的。
[0040]在前文所描述的節能系統100、200、300、400和500中，第二電池組的電池可以為用于大倍率回收充電電能的蓄電池，具有較好的功率特性;優選地，第二電池組的電池可以為高性能鉛酸電池、鋰離子電池，或者其他可用于回收能量的蓄電池。第一電池組的電池為主要用于存儲能量的蓄電池，具有較好的能量特性;優選地，第一電池可以為鉛酸電池，或者鋰離子電池，或者其他可用于驅動大電流負載的蓄電池。
[0041]優選地，節能系統能夠根據第一電池組和第二電池組各自的電壓來控制可控開關。
[0042]優選地，在根據本實用新型的節能系統中還包括電池管理系統(未示出)，該電池管理系統對電池進行管理，所述對電池的管理包括對電池的剩余電量、可用充放電功率情況、可用能量和可存儲能量情況中的一種或者多種進行檢測評估。
[0043]在根據本實用新型的實施方式中，在第一電池組為大電流負載供電時，可控開關斷開，第一電池全力為大電流負載供電，同時不影響第二電池組電壓以及第二電池組所供電的負載(如附圖中所示的260、360、460和560)的使用效果;優選地，當以大倍率電流向第二電池組充電時，可控開關斷開，以使得第一電池組不受大倍率電流影響。
[0044]根據本實用新型的一個實施例，在所述第二電池組為所述大電流負載供電時，可控開關斷開，第二電池全力為所述大電流負載供電，同時不影響第一電池組電壓以及第一電池組所供電的負載的使用效果。
[0045]在下文中，以安裝在具有發動機的車輛中的雙電池節能系統為例，來進一步說明。
[0046]在前述實施方式中的雙電池節能系統100至500，都可以應用于具有發動機的車輛中。其中，第一電池組可以為作為大電流負載的起動機供電，第二電池組為車輛的常規車用負載供電。
[0047]車輛正常行駛等情況下則車用負載主要由第二電池組進行驅動，或者車用負載部分由第二電池組驅動，部分由第一電池組驅動。
[0048]車輛中的能量轉換裝置設置為發電機，該發電機在車輛減速時回收減速能量轉化成電能對第二電池組和/或第一電池組進行充電，優選地，發電機為輸出電壓可控的發電機。
[0049]或者，在車輛正常行駛等情況下，也根據電池的狀態來控制發電機對第一電池組和/或第二電池組進行補電，驅動整車負載。
[0050]在充電狀態下的主要充電電流由第二電池組回收，同時第一電池組也可以回收一定的電量。
[0051]本實用新型還保護一種車輛，所述車輛裝備有根據前文所述的雙電池節能系統，其中，所述第二電池組為車輛的起動機供電，所述第一電池組為車輛的常規車用負載供電；車輛正常行駛等情況下則車用負載主要由第一電池組進行驅動，或者車用負載部分由第一電池組驅動，部分由第二電池組驅動;所述車輛中的能量轉換裝置為發電機，所述發電機在車輛減速時回收減速能量轉化成電能對所述第二電池組和/或第一電池組進行充電；優選的，所述發電機為輸出電壓可控的發電機。或者在車輛正常行駛等情況下也根據電池的狀態控制發電機對第一電池組和/或第二電池組進行補電，驅動整車負載;在充電狀態下的主要充電電流由第二電池組回收，同時第一電池組也可以回收一定的電量。
[0052]根據本實用新型的一個實施例，在能量轉換裝置可以回收能量轉換為電能的時候，快速向第二電池組充電回收電能，同時可以向第一電池組充電回收電能，控制系統根據電池的狀態控制電流控制裝置分配兩個電池組的充電功率，保護電池并實現最大化的能量回收；回收的能量將用于車輛電氣負載;在發動機啟動時，電流控制裝置合理分配第一和第二電池組的輸出功率，保證啟動的功率需求；同時盡力避免車輛其他負載的供電電壓變化過大或電壓過低。
[0053]在根據本實用新型的雙電池節能系統中，在電流控制裝置中的單向導通元件例如可以是二極管或二極管陣列。
[0054]車用負載可以包括安全系統、發動機管理系統等，還可以包括車內和車外的燈光系統、娛樂系統等等。
[0055]本實用新型中，車用負載可以全部由第二電池組直接驅動，如圖2、圖3、圖4、圖5、圖7中實施例所示;也可以全部由第一電池組直接驅動，如圖8中實施例所示;也可以部分由第一電池組直接驅動，部分由第二電池組直接驅動，如圖6中實施例所示。
[0056]無論車用負載的具體驅動方式如何，均可以通過控制電流控制裝置和/或發電機輸出電壓，分配驅動功率，如各圖中實施例所示。
[0057]在一些實施例中，沒有電池管理系統，則相應的整車控制器可以根據電池電壓等信息，控制可控開關。
[0058]例如如圖6所示的實施方式，也可以將起動機和第一電池布置于二極管的一側，發電機和第二電池布置于二極管的另一側，從而保證兩個電池能夠各自完成其所需要的功能，能夠保證發動機的起動和減速能量的回收。起動機和第一電池直接并聯布置，可以保證在任何時候，起動機均可以直接驅動起動機，保證整車的直接運行。發電機和第二電池組直接并聯布置，可以保證在減速能量回收時，直接向第二電池組大功率充電。同時在正常運行過程中，發電機也可以直接發電驅動整車負載，給第二電池組補電，同時通過二極管給第一電池組補電。
[0059]本實用新型中，可控開關可以為繼電器，也可以是其他可用于控制電路通斷的電子元器件，如IGBT IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣棚.雙極型晶體管、MOSFET金屬-氧化物半導體場效應晶體管，簡稱金氧半場效晶體管(Me tal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,M0SFET)等。
[0060]例如如圖7所示的實施方式，也可以將起動機740和第一電池710布置于二極管731的一側，發電機750、車用負載760和第二電池720布置于二極管的另一側，從而保證兩個電池能夠各自完成其所需要的功能，能夠保證發動機的起動和減速能量的回收，同時保證第一電池的壽命。通常情況下，第一電池僅驅動起動機而不驅動車用負載，以防止第一電池被過放;減速能量回收時，斷開可控開關732，二極管731即可以保證僅第二電池被大倍率充電，而第一電池不會被過充。在第一電池需要充電時，閉合可控開關，發電機即可以直接向第一電池充電;在第二電池電壓較低的時候，第一電池也可以通過二極管驅動車用負載，保證整車的正常工作。
[0061 ] 本實用新型中，起動機可以由第一電池組直接驅動，也可以由第二電池組直接驅動。
[0062]圖8示出了根據本實用新型的雙電池節能系統的一個實施方式用于車輛的示意圖，其中起動機840由第二電池組820直接驅動;發電機850則與第一電池組810直接并聯。
[0063]如圖8所示，第二電池組在起動時直接驅動起動機840，同時電流控制裝置830可以控制電路斷開，防止影響第一電池組的電壓和車用負載860的供電。在減速能量回收時，電流控制裝置830可以控制電路閉合，發電機850同時向第一電池組和第二電池組大電流回饋電能。在車輛正常行駛過程中，發電機850可以直接驅動車用負載，同時向第一電池組和第二電池組補電。
[0064]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種雙電池節能系統，其特征在于，所述雙電池節能系統包括: 用于存儲能量的、具備較大存儲容量的第一電池組； 與所述第一電池組并聯的能夠被快速充電的第二電池組；以及 布置在第一電池組與第二電池組之間的電流控制裝置。2.根據權利要求1所述的節能系統，其特征在于，所述電流控制裝置包括有使得電流在兩個電池組之間單向流動的單向導通元件。3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于:所述單向導通元件還并聯有可控開關，該可控開關連接在所述第一電池組和第二電池組之間。4.根據權利要求3所述的節能系統，其特征在于，所述可控開關為繼電器、IGBT、MOSFET或者其他可用于控制電路通斷的元器件。5.根據權利要求1所述的節能系統，其特征在于，所述電流控制裝置包括有可控開關，該可控開關連接在第一電池和第二電池之間，所述可控開關在需要第一電池和第二電池各自獨立工作時斷開，所述可控開關在需要雙電池系統協同工作時閉合或單向導通。6.根據權利要求5所述的節能系統，其特征在于，所述可控開關為繼電器、IGBT、MOSFET或者其他可用于控制電路通斷的元器件。7.根據權利要求1所述的節能系統，其特征在于，所述電流控制裝置是將第一電池組與第二電池組之間的線路一直閉合的電流控制裝置。8.根據權利要求1-7中任一項所述的節能系統，其特征在于:所述第二電池組的電池為用于大倍率回收充電電能的蓄電池，具有較好的功率特性。9.根據權利要求8所述的節能系統，其特征在于，所述第一電池組的電池為主要用于存儲能量的具有較好的能量特性的蓄電池。10.根據權利要求9所述的節能系統，其特征在于，所述系統還包括有能量轉換裝置，該能量轉換裝置可向雙電池系統中的第一電池組和/或第二電池組充電。11.根據權利要求10所述的節能系統，其特征在于，所述系統還包括對電池的剩余電量、可用充放電功率情況、可用能量和可存儲能量情況中的一種或者多種進行檢測評估的電池管理系統。12.—種裝備有根據權利要求1-11中任一項所述的雙電池節能系統的車輛，其特征在于， 所述第一電池組為車輛的起動機供電； 車輛正常行駛等情況下則車用負載由第二電池組、第一電池組和發電機進行驅動，驅動功率的分配比例依賴各電池組的狀態，通過控制電流控制裝置和發電機輸出電壓進行調節； 所述能量轉換裝置為發電機，所述發電機在車輛減速時回收減速能量轉化成電能對所述第二電池組和/或第一電池組進行充電13.根據權利要求12所述的車輛，其特征在于，所述發電機為輸出電壓可控的發電機，在車輛減速時，提高輸出電壓，以更多的回收減速能量，對所述第二電池組和/或第一電池組進行充電。14.一種裝備有根據權利要求1-11中任一項所述的雙電池節能系統的車輛，其特征在于， 所述第二電池組為車輛的起動機供電； 車輛正常行駛等情況下則車用負載由第二電池組、第一電池組和發電機進行驅動，驅動功率的分配比例依賴各電池組的狀態，通過控制電流控制裝置和發電機輸出電壓進行調節 ； 所述能量轉換裝置為發電機，所述發電機在車輛減速時回收減速能量轉化成電能對所述第二電池組和/或第一電池組進行充電.15.根據權利要求14所述的車輛，其特征在于， 所述發電機為輸出電壓可控的發電機，在車輛減速時，提高輸出電壓，以更多的回收減速能量，對所述第二電池組和/或第一電池組進行充電。
【文檔編號】H02J7/00GK205565759SQ201521077255
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2015年12月22日
【發明人】李立國, 華劍鋒, 韓雪冰, 田碩
【申請人】北京科易動力科技有限公司