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CN106143187B - 一种金属空气电池电动汽车低压电气系统 - Google Patents

一种金属空气电池电动汽车低压电气系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种金属空气电池电动汽车低压电气系统，该系统包含金属空气电池、车载动力电池组、动力电池组温度检测装置、通道切换装置、电压变换装置、车载空调、车载动力电池组加热装置、车载汽车电子设备，当实测温度介于系统最低温度阈值和系统最高温度阈值之间时，通道切换装置将车载动力电池组连接至电压变换装置的输入端进行供电；否则，通道切换装置将金属空气电池连接至电压变换装置的输入端进行供电。本发明可以大大减少车载动力电池组的用电负荷，提高车辆行驶里程；可以使车载动力电池组始终工作在合理的温度范围内，从而有效提高车载动力电池组的使用寿命。

Description

一种金属空气电池电动汽车低压电气系统
技术领域
本发明涉及电动汽车低压电气系统技术领域，尤其涉及一种金属空气电池电动汽车低压电气系统。
背景技术
随着化石能源的日益枯竭，以及环境污染问题的日益加剧，清洁环保的全电驱动电动汽车得到了越来越多的应用。由于车载动力电池组对环境温度要求苛刻，当电池组温度低于0℃时，需要启动车载加热装置对电池组进行加热；当电池组温度高于35℃时，需要启动车载冷却装置对电池组进行冷却。
中国专利201210521707.8“电动汽车电池组的加热系统及电动汽车”提出了一种电动汽车电池组的加热系统，但只能在驻车情况下利用市电对电池组进行加热；中国专利201510219170.3“电动汽车动力电池箱及电动汽车”提出了一种采用水冷技术的动力电池箱，该水冷装置的运转需要动力电池组提供电能；中国专利201410174818.5“电动汽车电池箱散热系统”提出了一种包含若干散热风扇、散热片底座、智能半导体芯片的电池箱散热系统，该散热系统也需要动力电池组提供电能。
在上述方案中，通常将车载动力电池作为整车低压系统的唯一能量来源。在车辆行驶过程中，当启动电池加热或冷却设备时，实际是用动力电池组自身存储的电能为自身进行加热或冷却。这就会导致电池组工作在低温或高温状态，不仅会降低车辆的续驶里程，还会导致动力电池寿命的加速衰退。因此，为了优化整车性能，避免车载动力电池组工作在温度过高或过低的状态，迫切需要提出一种不依赖于车载动力电池组的电动汽车低压电气系统。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种金属空气电池电动汽车低压电气系统，用以以减少和优化车载动力电池组的运行负荷，提高电池组的使用寿命和整车行驶里程。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种金属空气电池电动汽车低压电气系统，该系统包含金属空气电池、车载动力电池组、动力电池组温度检测装置、通道切换装置、电压变换装置、车载空调、车载动力电池组加热装置、车载汽车电子设备；
金属空气电池、车载动力电池组、动力电池组温度检测装置的输出端与通道切换装置的输入端相连；
通道切换装置的输出端与电压变换装置的输入端相连；
电压变换装置的输出端与车载空调、车载动力电池组加热装置、车载汽车电子设备的输入端相连，为车载空调、车载动力电池组加热装置、车载汽车电子设备分别提供合适的电源输入。
通道切换装置包括第1可控开关器件和第2可控开关器件。
第1可控开关器件和第2可控开关器件为以下开关种类中的一种：继电器、三极管、电磁开关、金属-氧化层半导体场效晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。
较优的，第1可控开关器件和第2可控开关器件均为金属-氧化层半导体场效晶体管(MOSFET)开关。
金属空气电池为以下电池种类中的一种：铝空气电池、镁空气电池、锂空气电池、锌空气电池、或钙空气电池。
较优的，金属空气电池为锂空气电池。
通道切换装置接收动力电池组温度检测装置发送的实测温度信号，并控制金属空气电池、车载动力电池组的接入和断开。
动力电池组温度检测装置检测到的实测温度低于系统最低温度阈值或者高于系统最高温度阈值时，通道切换装置将金属空气电池连接至电压变换装置的输入端，使金属空气电池为整车低压用电设备如车载空调、车载动力电池组加热装置、车载汽车电子设备提供电能。
动力电池组温度检测装置检测到的实测温度介于系统最低温度阈值和系统最高温度阈值之间时，通道切换装置将车载动力电池组连接至电压变换装置的输入端，使车载动力电池为整车低压用电设备如车载空调、车载动力电池组加热装置、车载汽车电子设备提供电能。
较优的，系统最低温度阈值为0℃；系统最高温度阈值为35℃。
系统最低温度阈值和系统最高温度阈值可以依据不同的车载动力电池组的最佳工作温度范围进行相应的调整。
本发明有益效果如下：
(1)目前，常用的锂离子动力电池成组使用后的能量密度约为95-130Wh/kg，充电后续驶里程约200-300公里；金属空气电池具有超高的能量密度，锂空气电池的能量密度最高可达到11140Wh/kg，是常规锂离子电池的十倍左右，与汽油相当。采用金属空气电池电动汽车低压电气系统方案，可以大大减少车载动力电池组的用电负荷，使得电动车续驶里程可达到600公里以上。
(2)常用的锂离子动力电池存在过充电、过放电、自放电等诸多难以根本解决的缺陷，并且充放电过程较为复杂，充电时间较长；金属空气电池采用“机械式充电”方式，即在电池完全放电后，将电池中用过的金属电极取出，换入新的金属电极，整个过程所用的时间为3至5分钟，无需充电设备。
(3)常用的锂离子动力电池出现故障后，只能采取更换电池单体的方式进行维护，可维护性较差；能快速更换金属燃料和电解液，维护性有明显提升。
(4)采用金属空气电池电动汽车低压电气系统方案，可以有效降低动力电池组约20％的用电负荷，并使车载动力电池组始终工作在合理的温度范围内，从而有效提高车载动力电池组的使用寿命。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的特征和优点从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明电动汽车低压电气系统示意图。
图2为本发明实施例中动力电池组温度为-5℃时电动汽车低压电气系统示意图。
图3为本发明实施例中动力电池组温度为25℃时电动汽车低压电气系统示意图。
图中：金属空气电池 01、车载动力电池组 02、动力电池组温度检测装置 03、通道切换装置 04、电压变换装置 05、车载空调 06、车载动力电池组加热装置 07、车载汽车电子设备 08、第1可控开关器件 J1和第2可控开关器件 J2。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
如图1所示为一种金属空气电池电动汽车低压电气系统，该系统包含金属空气电池01、车载动力电池组02、动力电池组温度检测装置03、通道切换装置04、电压变换装置05、车载空调06、车载动力电池组加热装置07、车载汽车电子设备08；
金属空气电池01、车载动力电池组02、动力电池组温度检测装置03的输出端与通道切换装置04的输入端相连；
通道切换装置04的输出端与电压变换装置05的输入端相连；
电压变换装置05的输出端与车载空调06、车载动力电池组加热装置07、车载汽车电子设备08的输入端相连，为车载空调06、车载动力电池组加热装置07、车载汽车电子设备08分别提供合适的电源输入。
通道切换装置04包括第1可控开关器件J1和第2可控开关器件J2。
第1可控开关器件J1和第2可控开关器件J2均为金属-氧化层半导体场效晶体管(MOSFET)开关。
金属空气电池01为锂空气电池。
通道切换装置04接收动力电池组温度检测装置03发送的实测温度信号，并控制金属空气电池01、车载动力电池组02的接入和断开。
当实测温度低于系统最低温度阈值或者高于系统最高温度阈值时，通道切换装置04接通第1可控开关器件J1，断开第2可控开关器件J2，将金属空气电池01连接至电压变换装置05的输入端，使金属空气电池01为整车低压用电设备如车载空调06、车载动力电池组加热装置07、车载汽车电子设备08提供电能；当实测温度介于系统最低温度阈值和系统最高温度阈值之间时，通道切换装置04断开第1可控开关器件J1，接通第2可控开关器件J2，将车载动力电池组02连接至电压变换装置05的输入端，使车载动力电池01为整车低压用电设备如车载空调06、车载动力电池组加热装置07、车载汽车电子设备08提供电能。
设定系统最低温度阈值为0℃；系统最高温度阈值为35℃。
动力电池组温度为-5℃时，电动汽车低压电气系统如图2所示。
动力电池组温度检测装置03测得电池组的温度为-5℃，并将其发送至通道切换装置04。通道切换装置04判断实测温度值低于系统最低温度阈值0℃，通道切换装置04接通第1可控开关器件J1，断开第2可控开关器件J2，将金属空气电池01连接至电压变换装置05的输入端。此时，金属空气电池01为整车低压用电设备如车载空调06、车载动力电池组加热装置07、车载汽车电子设备08提供电能。
在上述工作模式下，金属空气电池01可通过车载动力电池组加热装置07对车载动力电池组02进行加热，从而避免其工作在低温状态。这不仅可以提高车载动力电池组02的循环寿命，而且可以使车载动力电池组02的实际可用电量增加20％左右，进而将行驶里程提高20％左右。
动力电池组温度为25℃时，电动汽车低压电气系统如图3所示。
动力电池组温度检测装置03测得电池组的温度为25℃，并将其发送至通道切换装置04。通道切换装置04判断实测温度值介于系统最低温度阈值0℃和系统最高温度阈值35℃之间，通道切换装置04断开第1可控开关器件J1，接通第2可控开关器件J2，将车载动力电池组02连接至电压变换装置05的输入端。此时，车载动力电池01为整车低压用电设备如车载空调06、车载汽车电子设备08提供电能。
在上述工作模式下，金属空气电池01可对车载空调06供电，从而有效降低车载动力电池01的用电负荷，并避免其工作在高温状态。这不仅可以提高车载动力电池组02的循环寿命，而且可以为车载动力电池组02节约20％左右的用电负荷，进而将行驶里程提高20％左右。
综上所述，本发明实施例提供了一种金属空气电池电动汽车低压电气系统，使用本发明系统可以使车载动力电池组始终工作在合理的温度范围内，从而有效提高车载动力电池组的使用寿命；还可以大大减少车载动力电池组的用电负荷，将电动车辆的行驶里程提高20％左右。此外，金属空气电池采用“机械式充电”方式，无需充电设备，可维护性好，且具有能量密度高、放电电压平稳、储存寿命长、价格低廉、无毒、无污染、安全性好等优点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种金属空气电池电动汽车低压电气系统，其特征在于，该系统包含金属空气电池(01)、车载动力电池组(02)、动力电池组温度检测装置(03)、通道切换装置(04)、电压变换装置(05)、车载空调(06)、车载动力电池组加热装置(07)、车载汽车电子设备(08)；
所述金属空气电池(01)、车载动力电池组(02)、动力电池组温度检测装置(03)的输出端与所述通道切换装置(04)的输入端相连；
所述通道切换装置(04)的输出端与所述电压变换装置(05)的输入端相连；
所述电压变换装置(05)的输出端与所述车载空调(06)、车载动力电池组加热装置(07)、车载汽车电子设备(08)的输入端相连，为所述车载空调(06)、车载动力电池组加热装置(07)、车载汽车电子设备(08)分别提供合适的电源输入。
2.根据权利要求1所述的电气系统，其特征在于，所述通道切换装置(04)包括第1可控开关器件(J1)和第2可控开关器件(J2)。
3.根据权利要求2所述的电气系统，其特征在于，所述第1可控开关器件(J1)和第2可控开关器件(J2)为以下开关种类中的一种：继电器、三极管、电磁开关、金属-氧化层半导体场效晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。
4.根据权利要求2或3所述的电气系统，其特征在于，所述第1可控开关器件(J1)和第2可控开关器件(J2)均为金属-氧化层半导体场效晶体管(MOSFET)开关。
5.根据权利要求1所述的电气系统，其特征在于，所述金属空气电池(01)为以下电池种类中的一种：铝空气电池、镁空气电池、锂空气电池、锌空气电池、或钙空气电池。
6.根据权利要求1或5所述的电气系统，其特征在于，所述金属空气电池(01)为锂空气电池。
7.根据权利要求1所述的电气系统，其特征在于，所述通道切换装置(04)接收所述动力电池组温度检测装置(03)发送的实测温度信号，并控制金属空气电池(01)、车载动力电池组(02)的接入和断开。
8.根据权利要求7所述的电气系统，其特征在于，所述动力电池组温度检测装置(03)检测到的实测温度低于系统最低温度阈值或者高于系统最高温度阈值时，所述通道切换装置(04)将金属空气电池(01)连接至电压变换装置(05)的输入端，使金属空气电池(01)直接与整车低压用电设备的车载空调(06)、车载动力电池组加热装置(07)、车载汽车电子设备(08)直接相连；若实测温度低于系统最低温度阈值，启动车载动力电池组加热装置(07)和车载空调(06)；若实测温度高于系统最高温度阈值，启动车载空调(06)。
9.根据权利要求7所述的电气系统，其特征在于，所述动力电池组温度检测装置(03)检测到的实测温度介于系统最低温度阈值和系统最高温度阈值之间时，所述通道切换装置(04)将车载动力电池组连接至电压变换装置(05)的输入端，使车载动力电池为整车低压用电设备的车载空调(06)、车载动力电池组加热装置(07)、车载汽车电子设备(08)提供电能。
10.根据权利要求8或9所述的电气系统，其特征在于，所述系统最低温度阈值为0℃；所述系统最高温度阈值为35℃。
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