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CN203984052U - 混合电源 - Google Patents

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CN203984052U
CN203984052U CN201420418513.XU CN201420418513U CN203984052U CN 203984052 U CN203984052 U CN 203984052U CN 201420418513 U CN201420418513 U CN 201420418513U CN 203984052 U CN203984052 U CN 203984052U
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battery
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battery array
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吴扬
柳雪春
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Microvast Power Systems Huzhou Co Ltd
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Microvast Power Systems Huzhou Co Ltd
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Abstract

本实用新型提供一种混合电源，包括第一电池组阵列、第二电池组阵列和控制器，所述第一电池组阵列由数个第一电池组串并联组成、第二电池组阵列由数个第二电池组串并联组成，所述控制器控制第一电池组阵列和第二电池组阵列进行充放电，所述第二电池组阵列通过双向变换器与第一电池组阵列并联并连接至供电总线，所述第一电池组阵列比第二电池组阵列具备更好高倍率充放电能力，所述第二电池组阵列比第一电池组阵列具备更大容量。该实用新型提供的方案能满足电动交通工具快速充电的需要,也能够满足电动交通工具在使用时瞬时高负荷的需求，同时还能保持较长的续航里程。

Description

混合电源
技术领域
本实用新型公开了一种供电动交通工具使用的混合电源。 
背景技术
锂离子电池是一种能量密度大，平均输出电压高，输出功率大，自放电小，无记忆效应，工作温度范围宽(为-20℃～60℃)，循环性能优越，可快速充放电，充放电效率高，使用寿命长，对环境无污染的绿色电池。锂离子电池越来越多地被使用于电动交通工具，降低了消费者对车辆的使用成本，是未来交通工具的发展趋势。 
但是与传统的应用领域手机、手提电脑等小型电器相比，电动交通工具对电源的要求更为苛刻，不但要求其稳定、安全，而且往往长时间连续使用，其负载的波动也很大。由此，对交通工具中电源的充放电能力和容量的要求更高。 
现有设计的电池组中,高容量和高功率两者性能不能兼顾。例如，锂离子二次电池作为高容量型二次电池的代表，其为了最大限度地增加电动交通工具的续航里程而尽可能增大容量,此类电池组可以在约0.2C的低负荷下长时间连续放电。但是，这种电池不能完全满足电动交通工具的行驶需求,特别是不能满足加速的需求。因此，上述高容量型锂离子二次电池作为在电动自行车、电动汽车等电动交通工具领域中使用的高负荷用电源是不合适的。在放电线路中设置高功率型的超级电容器能够满足车辆在急加速时对电源高负荷的需求。 
专利号为CN101489824B,名称为“车辆的电力控制装置”的专利中公开了一种高容量型动力电池结合电容器的方案，能够满足车辆在加速时对电源高负荷的需求。该发明中将高容量型动力电池、电容器、升压器按顺序连接，依靠电容器的大电流快充快放的特性，最后经过升压器升压之后驱动电机。由于该方案中使用超级电容器容量很小，仅能在特殊情况下使用，用以满足短时间高负荷和瞬时少量能量回收，实际上不能进行连续几分钟或十几分钟高功率放电，或改善电池组充电速度过慢的问题，也不能用于延长续航里程。 
而专利号为CN101005148A,名称为“混合电源装置”的专利中公开了一种将放电特性相异的高容量型电池组和高功率型电池组并联连接的混合电源，其中:所述高容量型电池组中的每个单电池在0.2C的放电容量大于所述高功率型非水电解质电池组中的每个单电池在0.2C的放电容量；而且所述高功率型电池组中的每个单电池在5C的放电容量与在0.2C的放电容量之比，大于所述高容量型电池组中的每个单电池在5C的放电容量与在0.2C的放电容量之比。该发明可以在一定程度上解决续航的问题，但是由于使用的高功率型电池组的放电容量是5C，弱于超级电容器的放电能力，不能完全满足高负荷的需求和快速能量回收的需求，只能作为高容量型电池组的补充。 
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述缺陷，提供一种包含数个电池组的混合电源，它包括第一电池组阵列、第二电池组阵列和控制器，所述第一电池组阵列由数个第一电池组串并联组成、第二电池组阵列由数个第二电池组串并联组成，所述控制器控制第一电池组阵列和第二电池组阵列进行充放电，所述第二电池组阵列通过双向变换器与第一电池组阵列并联并连接至供电总线，所述第一电池组阵列比第二电池组阵列具备更好高倍率充放电能力，所述第二电池组阵列比第一电池组阵列具备更大容量，所述第一电池组阵列与第二电池组阵列的容量比选自1:0至1:10之间，所述第一电池组阵列的最大持续充电电流选自4C至30C，所述第一电池组阵列的最大持续放电电流选自15C至35C之间。 
控制器控制第一电池组阵列中的数个第一电池组和第二电池组阵列中的数个第二电池组进行充放电操作，第一电池组阵列和第二电池组阵列根据充电功率优化分配充电，在最短时间内获得最大充电量。所述第二电池组阵列通过双向变换器与第一电池组阵列并联且连接至供电总线，避免因第一和第二电池组之间的电压差异造成环流。所述第一电池组阵列比第二电池组阵列具备更大额定电压，增加了双向变换器的充放电效率。所述第二电池组阵列比第一电池组阵列具备更大容量，增加电动交通工具的续航里程。所述第一电池组比第二电池组阵列具备更好高倍率充放电能力，保证电动交通工具的功率需求，能量回收需求和快速充电需求，并且可以延长续航里程。 
考虑到不同电动交通工具的实际使用需求，作为优选，所述第一电池组阵列与第二电池组阵列的容量比选自1:0至1:10之间。对于需要频繁高负载的加速或者制动的情况，以及需要快速充电的情况，可以提高第一电池组阵列的容量。对于平稳行驶情况，同时兼顾电动交通工具的续航里程，可以提高第二电池组阵列的容量，容量比选自1:0至1:10之间，在相对固定的总容量前提下，该比例是比较优异的选择。 
所述第一电池组阵列的电池单元具备大电流持续充放电能力，其持续充电电流可达到20C，持续放电电流可达到30C，并且在此充放电电流的前提下，电池单元的温升也在可控范围之内。 
作为优选，所述第二电池组阵列为第一电池组阵列单向充电。 
作为优选，所述第一电池组阵列与第二电池组阵列的容量比为1:2至1:8之间，更优选第一电池组阵列与第二电池组阵列的容量比为1:8。 
第二电池组阵列的容量是第一电池组阵列容量的2至8倍，是整个电源的快速充放电能力与容量之间的较佳平衡点。在本发明的一种实施方式中，第二电池组阵列的容量是第一电池组阵列容量的8倍，是整个电源的快速充放电能力与容量以及价格之间的最佳平衡点。 
作为优选，所述第一电池组阵列的最大放电电流为20C至35C。 
现有技术中，锂离子二次电池等非水电解质电池的最佳持续充放电电流在1C以下。但是，这放电能力无法满足电动交通工具瞬时高负荷的要求，也不能满足短时间内充电的要求。本方案中使用的锂离子电池的持续放电电流最高能达到20C至35C。 
更为优选的是，所述第一电池组阵列的最大持续放电电流为30C。 
为平衡电池组的放电性能和放电温度等因素，将一电池组阵列的最大持续放电电流设置为30C能保持快速放电的特点。 
作为优选，所述第一电池组阵列的最大持续充电电流选自4C至20C。 
作为优选，所述控制器控制第二电池组阵列通过双向变换器为第一电池组阵列充电。 
通常，第一电池组阵列的容量小于第二电池组阵列，且充放电速度也大于后者。如果第一电池组阵列处于缺电状态，电源就失去了承载高负荷的能力，控制第二电池组阵列通过双向变换器为第一电池组阵列充电可以解决该问题。采用双向变压变换器作为双向变换器可以对第二电池组阵列进行变压操作，使得第二电池组阵列的电压与第一电池组阵列相同，避免第一电池组阵列为第二电池组阵列充电，并如前所述，在需要的时候对第一电池组阵列进行充电，保持电源承载高负荷的能力。 
作为优选，所述双向变换器为双向变压变换器。 
采用了本实用新型的技术方案之后，电源具备快速充电的能力，能够在短时间内快速充电且储备较多电量，即使是经过短时间的充电也能使得电动交通工具工作一段时较长的间，优于采用超级电容器的方案。电源具备媲美超级电容器的高功率快速放电的能力，充分满足电动交通工具对电源瞬时高负荷的需求，优于采用单电电池组阵列的系统。电源具备较大能量密度，在常规的充电后也能使得电源具备较大电量，以满足电动交通工具持续使用较长时间的需求。 
附图说明
图1是本实用新型公开的一种实施方式的混合电源的结构示意图； 
图2是本实用新型公开的另一种实施方式的混合电源的结构示意图； 
其中，1.第一电池组阵列，2.第二电池组阵列，3.控制器，4.双向变换器。 
实施方式 
实施例1 
如图1所示，本实施例提供一种混合电源，包括第一电池组阵列1和控制器3，第一电池组阵列1包括数个第一电池组，控制器3控制第一电池组阵列1进行充放电，第一电池组阵列1的最大持续放电电流是30C，第一电池组阵列1的最大持续充电电流是4C。 
实施例2 
如图2所示，本实施例提供一种混合电源，包括第一电池组阵列1、第二电池组阵列2和控制器3，控制器3控制第一电池组阵列1和第二电池组阵列2进行充放电，每个第二电池组与供电总线之间均串联一个双向变换器4，第二电池组阵列2通过双向变换器4与第一电池组阵列1并联并连接至供电总线，第一电池组阵列1比第二电池组阵列2具备更大电压，第一电池组阵列1比第二电池组阵列2具备更好高倍率充放电能力，第二电池组阵列2比第一电池组阵列1具备更大容量，第一电池组阵列1与第二电池组阵列2的容量比为1:2，第一电池组与第二电池组的数量比为1:1，第一电池组阵列1的最大持续放电电流是30C，第一电池组阵列1的最大持续充电电流是4C。 
该实施例中,双向变换器4为双向变压变换器,控制器3控制第二电池组阵列2通过双向变压变换器为第一电池组阵列1单向充电。 
实施例3 
如图2所示，本实施例提供一种混合电源，包括第一电池组阵列1、第二电池组阵列2和控制器3，控制器3控制第一电池组阵列1和第二电池组阵列2进行充放电，每个第二电池组与供电总线之间均串联一个双向变换器4，第二电池组阵列2通过双向变换器4与第一电池组阵列1并联并连接至供电总线，第一电池组阵列1比第二电池组阵列2具备更大电压，第一电池组阵列1比第二电池组阵列2具备更好高倍率充放电能力，第二电池组阵列2比第一电池组阵列1具备更大容量，第一电池组阵列1与第二电池组阵列2的容量比为1:3，第一电池组与第二电池组的数量比为2:3，第一电池组阵列1的最大持续放电电流是30C，第一电池组阵列1的最大持续充电电流是4C。 
该实施例中,双向变换器4为双向变压变换器,控制器3控制第二电池组阵列2通过双向变压变换器为第一电池组阵列1单向充电。 
实施例4 
如图2所示，本实施例提供一种混合电源，包括第一电池组阵列1、第二电池组阵列2和控制器3，控制器3控制第一电池组阵列1和第二电池组阵列2进行充放电，每个第二电池组与供电总线之间均串联一个双向变换器4，第二电池组阵列2通过双向变换器4与第一电池组阵列1并联并连接至供电总线，第一电池组阵列1比第二电池组阵列2具备更大电压，第一电池组阵列1比第二电池组阵列2具备更好高倍率充放电能力，第二电池组阵列2比第一电池组阵列1具备更大容量，第一电池组阵列1与第二电池组阵列2的容量比为1:8，第一电池组与第二电池组的数量比为1:4，第一电池组阵列1的最大持续放电电流是30C，第一电池组阵列1的最大持续充电电流是4C。 
该实施例中,双向变换器4为双向变压变换器,控制器3控制第二电池组阵列2通过双向变压变换器为第一电池组阵列1单向充电。 
实施例5 
如图2所示，本实施例提供一种混合电源，包括第一电池组阵列1、第二电池组阵列2和控制器3，控制器3控制第一电池组阵列1和第二电池组阵列2进行充放电，每个第二电池组与供电总线之间均串联一个双向变换器4，第二电池组阵列2通过双向变换器4与第一电池组阵列1并联并连接至供电总线，第一电池组阵列1比第二电池组阵列2具备更大电压，第一电池组阵列1比第二电池组阵列2具备更好高倍率充放电能力，第二电池组阵列2比第一电池组阵列1具备更大容量，第一电池组阵列1与第二电池组阵列2的容量比为1:10，第一电池组与第二电池组的数量比为1:5，第一电池组阵列1的最大持续放电电流是30C，第一电池组阵列1的最大持续充电电流是4C。 
该实施例中,双向变换器4为双向变压变换器,控制器3控制第二电池组阵列2通过双向变压变换器为第一电池组阵列1单向充电。 
实施例6 
如图1所示，本实施例提供一种混合电源，包括第一电池组阵列1和控制器3，第一电池组阵列1包括数个第一电池组，控制器3控制第一电池组阵列1进行充放电，第一电池组阵列1的最大持续放电电流是30C，第一电池组阵列1的最大持续充电电流是10C。 
实施例7 
如图2所示，本实施例提供一种混合电源，包括第一电池组阵列1、第二电池组阵列2和控制器3，控制器3控制第一电池组阵列1和第二电池组阵列2进行充放电，每个第二电池组与供电总线之间均串联一个双向变换器4，第二电池组阵列2通过双向变换器4与第一电池组阵列1并联并连接至供电总线，第一电池组阵列1比第二电池组阵列2具备更大电压，第一电池组阵列1比第二电池组阵列2具备更好高倍率充放电能力，第二电池组阵列2比第一电池组阵列1具备更大容量，第一电池组阵列1与第二电池组阵列2的容量比为1:2，第一电池组与第二电池组的数量比为1:1，第一电池组阵列1的最大持续放电电流是30C，第一电池组阵列1的最大持续充电电流是10C。 
该实施例中,双向变换器4为双向变压变换器,控制器3控制第二电池组阵列2通过双向变压变换器为第一电池组阵列1单向充电。 
实施例8 
如图2所示，本实施例提供一种混合电源，包括第一电池组阵列1、第二电池组阵列2和控制器3，控制器3控制第一电池组阵列1和第二电池组阵列2进行充放电，每个第二电 池组与供电总线之间均串联一个双向变换器4，第二电池组阵列2通过双向变换器4与第一电池组阵列1并联并连接至供电总线，第一电池组阵列1比第二电池组阵列2具备更大电压，第一电池组阵列1比第二电池组阵列2具备更好高倍率充放电能力，第二电池组阵列2比第一电池组阵列1具备更大容量，第一电池组阵列1与第二电池组阵列2的容量比为1:3，第一电池组与第二电池组的数量比为2:3，第一电池组阵列1的最大持续放电电流是30C，第一电池组阵列1的最大持续充电电流是10C。 
该实施例中,双向变换器4为双向变压变换器,控制器3控制第二电池组阵列2通过双向变压变换器为第一电池组阵列1单向充电。 
实施例9 
如图2所示，本实施例提供一种混合电源，包括第一电池组阵列1、第二电池组阵列2和控制器3，控制器3控制第一电池组阵列1和第二电池组阵列2进行充放电，每个第二电池组与供电总线之间均串联一个双向变换器4，第二电池组阵列2通过双向变换器4与第一电池组阵列1并联并连接至供电总线，第一电池组阵列1比第二电池组阵列2具备更大电压，第一电池组阵列1比第二电池组阵列2具备更好高倍率充放电能力，第二电池组阵列2比第一电池组阵列1具备更大容量，第一电池组阵列1与第二电池组阵列2的容量比为1:8，第一电池组与第二电池组的数量比为1:4，第一电池组阵列1的最大持续放电电流是30C，第一电池组阵列1的最大持续充电电流是10C。 
该实施例中,双向变换器4为双向变压变换器,控制器3控制第二电池组阵列2通过双向变压变换器为第一电池组阵列1单向充电。 
实施例10 
如图2所示，本实施例提供一种混合电源，包括第一电池组阵列1、第二电池组阵列2和控制器3，控制器3控制第一电池组阵列1和第二电池组阵列2进行充放电，每个第二电池组与供电总线之间均串联一个双向变换器4，第二电池组阵列2通过双向变换器4与第一电池组阵列1并联并连接至供电总线，第一电池组阵列1比第二电池组阵列2具备更大电压，第一电池组阵列1比第二电池组阵列2具备更好高倍率充放电能力，第二电池组阵列2比第一电池组阵列1具备更大容量，第一电池组阵列1与第二电池组阵列2的容量比为1:10，第一电池组与第二电池组的数量比为1:5，第一电池组阵列1的最大持续放电电流是30C，第一电池组阵列1的最大持续充电电流是10C。 
该实施例中,双向变换器4为双向变压变换器,控制器3控制第二电池组阵列2通过双向变压变换器为第一电池组阵列1单向充电。 

Claims (9)

1.一种混合电源，包括第一电池组阵列、第二电池组阵列和控制器，所述第一电池组阵列由数个第一电池组串并联组成、第二电池组阵列由数个第二电池组串并联组成，所述控制器控制第一电池组阵列和第二电池组阵列进行充放电，所述第二电池组阵列通过双向变换器与第一电池组阵列并联并连接至供电总线，所述第一电池组阵列比第二电池组阵列具备更好高倍率充放电能力，所述第二电池组阵列比第一电池组阵列具备更大容量，所述第一电池组阵列与第二电池组阵列的容量比选自1:0至1：10之间，所述第一电池组阵列的最大持续充电电流选自4C至30C，所述第一电池组阵列的最大持续放电电流选自15C至35C之间。
2.根据权利要求1所述的混合电源，其特征在于：所述第二电池组阵列为第一电池组阵列单向充电。
3.根据权利要求2所述的混合电源，其特征在于：所述第一电池组阵列与第二电池组阵列的容量比为1:2至1:8之间。
4.根据权利要求3所述的混合电源，其特征在于：所述第一电池组阵列与第二电池组阵列的容量比为1:8。
5.根据权利要求1所述的混合电源，其特征在于：所述第一电池组阵列的最大持续放电电流选自20C至35C。
6.根据权利要求5所述的混合电源，其特征在于：所述第一电池组阵列的最大持续放电电流为30C。
7.根据权利要求1所述的混合电源，其特征在于：所述第一电池组阵列的最大持续充电电流选自4C至20C。
8.根据权利要求1所述的混合电源，其特征在于：所述控制器控制第二电池组阵列通过双向变换器为第一电池组阵列充电。
9.根据权利要求1-8任一所述的混合电源，其特征在于：所述双向变换器为双向变压变换器。
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