阅读说明：本技术 增程式电动车、电源系统以及电源充放电控制方法 (Extended range electric vehicle, power supply system and power supply charging and discharging control method ) 是由 刘昌国 陈恩黔 陈锦龙 张旭 安成 叶航超 杜江 田石金 白宏宇 汪马翔 王昊昊 于 2019-08-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了增程式电动车、电源系统以及电源充放电控制方法,在本发明中,通过设置中央控制系统,以及分别与中央控制系统电性连接的电池组、发电装置以及电动机,本发明将各组成部分有机结合,能够实现电动车的增程。由甲醇发电机通过燃烧甲醇给电池组单元供电,只需添加低排放的甲醇燃料即可实现电动三轮车的远距离运输。多电源耦合充供电,实现三轮车的行驶里程增长,同时切换控制器的作用下实现了电池的浅冲浅放提高电池的循环使用寿命,实现电池组运行总里程的增程,增长了电池组更换周期,实现高效利用。(The invention discloses a range-extended electric vehicle, a power supply system and a power supply charge-discharge control method. The methanol generator supplies power to the battery pack unit by burning methanol, and long-distance transportation of the electric tricycle can be realized by only adding low-emission methanol fuel. The tricycle is charged and powered by multiple power supplies in a coupling mode, the running mileage of the tricycle is increased, shallow charging and shallow discharging of the battery are achieved under the action of the switching controller, the cycle service life of the battery is prolonged, the total running mileage of the battery pack is increased, the replacement period of the battery pack is prolonged, and efficient utilization is achieved.)

增程式电动车、电源系统以及电源充放电控制方法

技术领域

本发明涉及交通工具技术领域，更具体地说，特别涉及一种增程式电动车、一种增程式电动车电源系统以及一种增程式电动车电源充放电控制方法。

背景技术

电动三轮车是一种以电池为能源，以电机为动力源，来驱动三轮车行驶以实现拉货或者拉人的运输交通工具，电动三轮车具有适用性强，机动灵活，维护简单，维修方便，价格低廉等优点，并且，电动三轮车由于其车体较小，可以灵活地穿行于狭小的马路间。电动三轮车具有倒车开关,可以方便地实现倒、顺行驶功能，该功能在道路狭窄的胡同、小巷中非常实用，无论行驶、停车都非常方便。正是具有上述诸多优点，电动三轮车广泛应用于家庭、城乡、个体出租、厂区、矿区、环卫、社区保洁等领域。

但是，电动三轮车也存在一定的技术缺陷，例如：

1、电池储电量少，在长距离运输、拉货过程中容易出现电量耗尽直接停在路途中的情况。为了延长电动三轮车的续航能力，厂家或者个人会对电动三轮车加装备用电源，在主电源电量耗尽后换用备用电源继续运行。加装备用电源后，虽然行驶里程得到了有效提升，但是整车的成本升高，充电时间变长，同时在主备用电池替换过程中有一定的操作危险性。

2、充电时间和充电量不能精准控制，电池在深度充电和过度放电后影响电池寿命。如在现实使用中，当天使用完电动三轮车，但是电池电量没有用完，同时也没有达到最佳充电剩余电量，在此状态下，如果充电将可能造成过充而影响电池的寿命，如果不充电将严重影响第二天的行驶里程。

3、现阶段电动车都没有齿轮变速箱，在加速和减速过程中速度不够平稳上升或者下降，导致电机发热量大，能量消耗大，电能转化效率差。

发明内容

(一)技术问题

综上所述，如何解决现有技术中电动三轮车受电池影响而存在的续航里程较短的问题，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

(二)技术方案

本发明提供了一种增程式电动车电源充放电控制方法，在该增程式电动车电源充放电控制方法中，本发明设置有中央控制系统，以及分别与中央控制系统电性连接的电池组、发电装置以及电动机，所述电池组包括至少两个电池组单元。

在对硬件系统构建好以后，本发明通过以下方法对电池组进行充电：

通过中央控制系统对电池组中的各电池组单元的电池电量以及放电状态进行检测，通过发电装置对电池电量低于最佳充满电池电量，且处于未放电状态的电池组单元进行充电；

同时，中央控制系统控制处于最佳充满电池电量，且未处于充电状态的电池组单元对电动机进行放电。

优选地，在本发明所提供的增程式电动车电源充放电控制方法中：

在电池组放电时：

当全部的电池组单元的电池电量都低于最佳放电电池电量时，选择当前全部电池组单元中电池电量最多且未处于充电状态的一组电池组单元对电动机进行放电；

同时，通过发电装置对当前全部电池组单元中电池电量最少且未处于放电状态的一组电池组单元进行充电。

优选地，在本发明所提供的增程式电动车电源充放电控制方法中：所述的最佳充满电池电量为电池总容量的65％至85％，电池组单元在电量处于最佳充满电池电量时停止该电池组单元充电。

优选地，在本发明所提供的增程式电动车电源充放电控制方法中：所述的最佳放电池电量为电池总容量的45％至85％，电池组放电电量处于最佳充满电池电量时停止该电池组单元放电。

优选地，在本发明所提供的增程式电动车电源充放电控制方法中：增设的发电装置为甲醇发电机。

本发明还提供了一种增程式电动车电源系统，具体地，该增程式电动车电源系统包括有：

发电装置；

电池组，所述电池组设置有至少两组可独立充放电的电池组单元；

中央控制系统，所述中央控制系统包括有充电切换单元、放电切换单元以及控制单元，所述充电切换单元包括与所述电池组单元连接用于对所述电池组单元的电池电量进行检测的充电电量检测模组、与所述电池组单元连接用于对电池组单元的放电状态进行检测的放电检测模组、与所述发电装置的电力输出端连接用于对充电线路进行切换的充电切换模组，所述放电切换单元包括有与所述电池组单元连接用于对电池组单元的电池电量进行检测的放电电量检测模组以及与所述电池组单元的放电端连接用于对放电线路进行切换的放电切换模组，所述控制单元与所述充电切换单元以及所述放电切换单元信号连接、并根据所述充电切换单元以及所述放电切换单元所产生的检测信号对发电装置的启停进行控制。

优选地，该增程式电动车电源系统中，所述发电装置为甲醇发电机。

此外，本发明还提供了一种增程式电动车，包括动力系统，所述动力系统包括有电动机以及与所述电动机动力连接的驱动轮。该增程式电动车还包括如上述的增程式电动车电源系统，所述增程式电动车电源系统包括放电切换单元，所述放电切换单元与所述电动机连接用于实现电池组单元与所述电动机之间的电气连接。

优选地，在本发明提供的增程式电动车中，其还包括有变速箱，所述电动机与所述变速箱的动力输出入连接，所述驱动轮与所述变速箱的动力输出端连接，所述电动机通过所述变速箱与所述驱动轮动力连接。

优选地，所述的增程式电动车为电动三轮车。

(三)有益效果

本发明提供了一种增程式电动车电源系统以及安装有该增程式电动车电源系统的增程式电动车。另外，本发明还公开了一种增程式电动车电源充放电控制方法。在本发明中，将电池组分为多组电池组单元，并且设置发电装置，同时还设置有中央控制系统，中央控制系统包括有充电切换单元、放电切换单元以及控制单元，本发明将各组成部分有机结合，能够实现电动车的增程。

通过上述结构设计，本发明具有如下优点：

1、甲醇发电机通过燃烧甲醇给电池组单元供电，电池组单元不需要进行充电，只需添加低排放的甲醇燃料即可实现电动三轮车的远距离运输。即使在运输过程中燃料燃烧完毕，也不会停在途中使用电池剩余电量可以到达附近的甲醇补给站。

2、多电源耦合充供电，实现三轮车的行驶里程增长，同时切换控制器的作用下实现了电池的浅冲浅放提高电池的循环使用寿命，实现电池组运行总里程的增程，增长了电池组更换周期，实现高效利用。

3、通过在电动机后端设置变速箱，对传动比进行调整，实现了平稳传动。

附图说明

图1为本发明实施例中增程式电动车电源充放电控制方法的控制原理框图；

图2为本发明实施例中增程式电动车电源充放电控制方法中充电控制的控制原理框图；

图3为本发明实施例中增程式电动车电源充放电控制方法中放电控制的控制原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参考图1至图3，其中，图1为本发明实施例中增程式电动车电源充放电控制方法的控制原理框图；图2为本发明实施例中增程式电动车电源充放电控制方法中充电控制的控制原理框图；图3为本发明实施例中增程式电动车电源充放电控制方法中放电控制的控制原理框图。

本发明提供了一种增程式电动车电源充放电控制方法，该增程式电动车电源充放电控制方法主要是对电动三轮车进行充放电控制，同时，在本发明中，该增程式电动车电源充放电控制方法还对电动三轮车进行了结构改进。

具体地，在本发明的一个实施方式中，该增程式电动车电源充放电控制方法对于硬件系统的改进如下：设置中央控制系统，以及分别与中央控制系统电性连接的电池组、发电装置以及电动机，所述电池组包括至少两个电池组单元。

基于上述的硬件系统，本发明对于电池的充电方式如下：通过以下方法对电池组进行充电：通过中央控制系统对电池组中的各电池组单元的电池电量以及放电状态进行检测，通过发电装置对电池电量低于最佳充满电池电量，且处于未放电状态的电池组单元进行充电；

在现有技术中电动三轮车都会设置一组电池组，由电池组向电动机供电以使得电动机旋转做功。电动机一般是通过皮带传动的方式与驱动轴动力连接，在驱动轴上设置驱动轮(电动三轮车的后轮)转动，来实现电动三轮车的行驶。

基于上述结构设计，本发明增设中央控制系统，中央控制系统为本发明的控制核心，其能够根据电池组的充放电以及剩余电量进行系统控制。与中央控制系统电性连接有电池组、发电装置以及电动机。中央控制系统具有充电切换单元以及放电切换单元。此外，本发明还并将电池组分为至少两组能够独立工作的电池组单元。

中央控制系统具有控制单元，控制单元为本发明的控制核心，其可以采用单片机，控制核心具有信号接收、信号处理、控制信号生成、控制信号发出等功能，其在接收到充电切换单元以及放电切换单元生成的检测信号后，能够对检测信号进行分析，从而生成控制信号，该控制信号再发送给充电切换单元的充电切换模组以及放电切换单元的放电切换模组上进行充放电线路的切换。

发电装置为能够进行发电的装置，例如燃油发电机或者甲醇发电机或者是生物燃料发电机，在本发明中，发电装置优选为甲醇发电机。甲醇发电机以甲醇为燃料，能够将甲醇燃烧的热能以及燃烧***产生的势能转换成电能，电能由甲醇发电机的电能输出端输出。

充电切换单元具有能够对电池组单元的电池电量进行检测的充电电量检测模组、对电池组单元的放电状态进行检测的放电检测模组、对充电线路进行切换的充电切换模组。

在本发明中，充电电量检测模组、放电检测模组均采用数字电路，对于电池电量的检测以及电池放电状态的检测，在现有技术中是一种较为常见的对于电池使用状态进行检测的技术手段，例如手机上对于手机剩余电量的检测电路。因此，本发明省略了对于充电电量检测模组以及放电检测模组的电路结构描述。

充电切换模组为能够对电路进行切换的电路系统，在充电切换模组中，其具有微处理器，该微处理器接收控制单元的控制信号，从而对充电线路进行切换。

放电切换单元包括有能够对电池组单元的电池电量进行检测的放电电量检测模组以及对放电线路进行切换的放电切换模组。放电切换单元中各个模组的功能与构成请参考上述的充电切换单元，在此不进行赘述。

在对电动三轮车进行结构优化设计后，其具体的控制方案如下：

状态一、在电池组充电时

由充电电量检测模组对多组电池组单元中的每一组电池组单元的电池电量按照一定的频率进行单独检测。当被检测的电池组单元的电量低于最佳充满电池电量时，同时，通过放电检测模组对该电池组单元的放电状态进行检测，当该电池组单元处于未放电状态时，由充电切换模组将充电线路切换至该组电池组单元。

在完成线路切换后，再对发电装置是否启动进行控制。其具体控制方法如下：对该组电池组单元(切换线路所对应的电池组单元)的电池电量进行检测，当电池电量低于最佳充满电池电量时，对该电池组单元的放电状态进行检测，当该电池组单元处于未放电状态时，由控制模组控制发电装置启动对该电池组单元进行充电。

对于一组电池组单元进行充电时需要进行两个步骤，第一步骤为线路切换，在线路切换时，对电池组单元进行了电量以及放电状态的检测，第二步骤为在线路切换后，针对该电池组单元再次进行电量以及放电状态的检测，当满足条件时，才启动发电装置进行发电。上述两个步骤对电池组单元进行了两次检测，其能够确保满足状态的电池组单元进行充电，避免出现过冲问题。

状态二、在电池组放电时

对其中一组电池组单元的电池电量进行检测，当电池电量低于最佳充满电池电量时，由放电切换模组进行放电线路切换。

具体地，在电池组放电时，当全部的电池组单元的电池电量都低于最佳充满电池电量时，选择当前全部电池组单元中电池电量最多的一组通过放电切换模组进行放电线路切换进行放电；此时，选择当前全部电池组单元中电池电量最少的一组通过充电切换模组进行充电线路切换进行充电。

本发明不仅对电池组单元的充电进行了控制，还对电池组单元的放电进行控制，从而避免电池组单元出现过冲、过放的问题。

基于上述的增程式电动车电源充放电控制方法，本发明构建了一套增程式电动车电源系统。该增程式电动车电源系统能够安装到电动三轮车、普通三轮车或者其他电动小汽车上。

具体地，该增程式电动车电源系统包括有：

设备一、发电装置

发电装置优选为甲醇发电机。当然，也可以以燃油发电机或者生物燃料发电机等能够进行发电的发电机作为发电装置应用于本发明中。

设备二、电池组

电池组可以选用铅酸电池，也可以选用锂电池，或者其他更为先进的可充电电池，例如石墨烯电池。

电池组设置有至少两组可独立充放电的电池组单元，每一组电池组单元独立运行，即独立充电或者独立放电。

设备三、中央控制系统

中央控制系统包括有充电切换单元、放电切换单元以及控制单元，控制单元与充电切换单元以及放电切换单元信号连接，用于接收检测信号(接收电池剩余电量等信号作为控制参数)以及发出控制信号(用于实现充电线路以及放电线路切换的控制)。

充电切换单元以及放电切换单元为两套独立的运行系统，其依据上述的增程式电动车电源充放电控制方法进行电路设计而成，由控制单元参与，充电切换单元能够对电池组单元进行选择，并单独控制一组电池组单元进行充电。放电切换单元则能够对电池组单元进行选择，并单独控制一组电池组单元进行放电。

具体地，充电切换单元包括与电池组单元连接用于对电池组单元的电池电量进行检测的充电电量检测模组、与电池组单元连接用于对电池组单元的放电状态进行检测的放电检测模组、与发电装置的电力输出端连接用于对充电线路进行切换的充电切换模组，其中，充电切换模组与电池组单元电气连接。

具体地，放电切换单元，放电切换单元包括有与电池组单元连接用于对电池组单元的电池电量进行检测的放电电量检测模组以及与电池组单元的放电端连接用于对放电线路进行切换的放电切换模组。

本发明基于上述的增程式电动车电源系统，又提供了一种增程式电动车。

在本发明中，该增程式电动车包括动力系统，具体地，动力系统包括有电动机以及与电动机动力连接的驱动轮。

电动机以电能为能源才能够运转，因此，本发明在该增程式电动车上安装了上述的增程式电动车电源系统。

具体地，增程式电动车电源系统包括放电切换单元，放电切换单元与电动机连接用于实现电池组单元与电动机之间的电气连接。

为了能够对车速以及电动车动力进行调节，本发明还提供了变速箱，电动机与变速箱的动力输出入连接，驱动轮与变速箱的动力输出端连接，电动机通过变速箱与驱动轮动力连接。

在本发明的一个实施方式中，变速箱采用齿轮变速箱，其能够提高车速控制精度。在本发明的另一个实施方式中，变速箱采用皮带减速系统，其能够起到过载保护作用。

本发明提供了一种增程式电动车电源系统以及安装有该增程式电动车电源系统的增程式电动车。另外，本发明还公开了一种增程式电动车电源充放电控制方法。

在本发明所提供的增程式电动车中，本发明特别设置有甲醇发电机(发电装置)，利用甲醇发电机进行发电。电能通过充电切换单元的检测与控制，能够对不同的电池组单元进行切换以及充电。电池组单元充电后，由放电切换单元进行控制，对对不同的电池组单元进行切换以及放电，从而驱动电动机运转，电动机将动力传递给齿轮变速箱，动力经齿轮变速箱后再传递给传动轴最终到驱动轮。

在本发明中，甲醇发电机自带镇流稳压模块，能够输出与电池组电压相匹配的恒压直流电。由甲醇发电机所输出的恒压直流电的电压为30V-60V之间的任意电压，具体为48V恒定电流。

充电切换单元包括有充电电量检测模组、放电检测模组、充电切换模组以及控制模组。甲醇发电机发电，电能通过充电切换模组能够独立地对特定的电池组单元分别充电。

具体地，多组电池组单元之间的充电方式为多电源耦合充电。

当电池组单元设置有两组时，本发明所采用的双耦合充电方案如下：

通过充电切换单元的充电电量检测模组和放电状态检测模块对两组电池组单元的电量和放电状态进行检测。电池组单元的电量检测是来检测电池电量(现电量与总容量的比值)，放电状态检测是检测电池是否在放电。

通过充电电量检测模组和放电状态检测模块将检测的信息传递给充电切换模组和控制模块，经过比和处理，充电切换模组进行充电线路切换或不切换动作。控制模块根据检测模块传递的信息执行对甲醇发电机的开启和关闭。

充电切换模组切换有三条线路可供切换，第一条线路、第一组电池组单元连通充电通路，第二条线路、第二组电池组单元连通充电通路，第三条线路、两组充电线路都不通。

切换的条件是：充电电量检测模组检测到的电池电量没有达到最佳充满电池电量时(最佳充满电池电量为电池总容量的65％至85％内任意值，或者所述最佳充满电池电量为电池总容量的82％)，放电状态检测模块检测到这块电池没有在进行放电。

控制模块开启甲醇发电机的条件为：充电电量检测模组检测到的电池电量没有达到最佳充满电池总容量的65％(最佳充满电池电量为电池总容量的40％至65％内任意值，或者所述最佳充满电池电量为电池总容量的82％)，同时，放电状态检测模块检测到这块电池没有在进行放电。

其具体应用如下：

在电动车充电过程中充电电量检测模组和检测到的电池和放电状态检测模块对两组电池组进行实时检测，在一组电池组充电电量达到最佳充满电池电量时(最佳充满电池电量为电池总容量的40％至65％内任意值，或者所述最佳充满电池电量为电池总容量的82％)根据充电检测模块和放电状态检测模块对另一组电池组检测发送给充电切换模组和控制模块的信号经过处理对比，另一组电池组电量低于最佳充满电池电量，且没有放电充电切换模组将切换连通另一组电池组充电线路。对另一组电池进行充电。待电量检测模块检查到充电电量达到最佳充电电量时，此时两组电池均已充到最佳电量，控制模块将控制甲醇发电机关闭。充电切换模组切换至第三条线路两组电池组充电线路都不通。

若在电动三轮车行驶过程中一组电池已经放电至最佳放电状态，且放电切换模组已经切换至另外一组电池放电，这时两组检测模块检测到的信号经过控制切换模块和执行模块对比处理满足切换及开启发电机的条件，充电切换模组切换充电通路，控制模块开启甲醇发电机对该组点池，以此重复进行两组电池组的耦合充放电实现行驶里程的增程。

当电池组单元设置有两组时，本发明所采用的双耦合放电方案如下：

两组供电电池，放电切换模组耦合放电的方式为电动机提供电量，放电控制模组主要包括放电电量检测模组和放电切换模组。

放电切换模组可以根据预设程序切换放电通路时由第一组电池组单元形成通路给电动机供电、还是由第二组电池组单元形成通路给电动机供电。

在电动车行驶过程中，放电电量检测模组检测将检测到的电池电量信号，发送给放电切换模块进行信号处理，在放电电池达到预设最低放电电量时，放电切换模块将供电线路切换至另一组电池组进行放电，来为电动机提供电能。

具体地，各个电池组单元的容量分别是现有电池容量的45％至85％，但通过两组电池组单元的耦合充放电，能够实现更长距离的运输，同时电池的使用寿命更长。在实现增加运输里程的同时降低成本，与现在直接再加装一组电池组对节约成本更多，行驶里程更远。

另外，作为本发明的另一个结构改进重点，电动车电动机后端添加变速箱这一装置，在电机运行过程将电能转化为机械能，再传递给变速箱，变速箱对转速进行传动比进行调整后输出给传动轴再到驱动轮。变速箱可设置3-5级可调节变速比，在坡路或连续上坡时调节变速箱传动比，来增加扭矩减少电机发烫或者动力不足等问题，提高电能转化率。

通过上述结构设计，本发明具有如下优点：

1、甲醇发电机通过燃烧甲醇给电池组单元供电，电池组单元不需要进行充电，只需添加低排放的甲醇燃料即可实现电动三轮车的远距离运输。即使在运输过程中燃料燃烧完毕，也不会停在途中使用电池剩余电量可以到达附近的甲醇补给站。

2、多电源耦合充供电，实现三轮车的行驶里程增长，同时切换控制器的作用下实现了电池的浅冲浅放提高电池的循环使用寿命，实现电池组运行总里程的增程，增长了电池组更换周期，实现高效利用。

3、通过在电动机后端设置变速箱，对传动比进行调整，实现了平稳传动。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。