一种动力系统及电动汽车的制作方法

本发明涉及电动汽车领域，具体而言，涉及一种动力系统及电动汽车。

背景技术：

随着环境污染的加剧，纯电动汽车和混合动力汽车因其能够大幅消除甚至零排放汽车尾气的优势，受到政府及汽车制造企业的重视。然而，纯电动和混合动力汽车尚有许多技术问题亟待突破，其中，电池续航能力和使用寿命是较为重要的问题。目前，电动汽车的动力系统的功能相对比较单一，且基本上只适用于对于车载电池的充电式的电动汽车，使得电动汽车由于车载电池的电池容量受限、充电时间长且续航里程较短等问题，导致实用性不足，无法大范围推广使用纯电动汽车。电池及动力系统成为制约电动汽车发展的瓶颈问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种动力系统及电动汽车，以改善上述问题。

本发明较佳实施例提供一种动力系统，应用于包括电动机的电动汽车，所述动力系统包括移动电源、车载电池、管理器、电量检测装置和单片机；

所述车载电池与所述电动机电性连接，用于为所述电动机提供电能；

所述电量检测装置与所述移动电源和所述车载电池分别电性连接，用于检测所述移动电源和所述车载电池的剩余电量，并将检测得到的剩余电量发送至所述单片机；

所述单片机与所述电量检测装置电性连接，用于接收所述电量检测装置检测得到的剩余电量，判断所述剩余电量是否低于预设阈值，在所述剩余电量低于预设阈值时生成控制信息并发送至所述管理器；

所述管理器电性连接于所述单片机与所述移动电源、所述单片机与所述车载电池之间，用于接收所述单片机发送的控制信息，并根据所述控制信息控制所述移动电源对所述车载电池充电、并控制所述车载电池为所述电动机供电。

进一步地，所述车载电池包括多组并联的电池组，多组所述电池组中的至少一组电池组与所述电动机电性连接，用于为所述电动机提供电能；所述电量检测装置与各电池组分别电性连接，用于检测各电池组的剩余电量；所述单片机用于在判断得出与所述电动机电性连接的电池组中的剩余电量低于预设阈值时，向所述管理器发送对该电池组充电的控制指令，并切换另一组剩余电量高于预设阈值的电池组为所述电动机提供电能。

进一步地，所述移动电源包括多组并联的移动电池组，所述多组移动电池组可拆卸连接。

进一步地，所述动力系统还包括模数转换器和三极管；

所述模数转换器电性连接于所述电量检测装置和所述单片机之间，用于将从所述电量检测装置输出的所述剩余电量的模拟信号转换为数字信号并发送至所述单片机；

所述三极管电性连接于所述单片机和所述管理器之间，用于对从所述单片机输出的控制信息进行放大并发送至所述管理器。

进一步地，所述动力系统还包括逆变器，所述逆变器电性连接于所述移动电源和所述车载电池之间，用于将从所述移动电源输出的直流电转换为交流电后为所述车载电池充电。

进一步地，所述动力系统还包括变压整流器，所述变压整流器电性连接于所述逆变器和所述车载电池之间，用于根据所述车载电池的充电电压对从所述逆变器输出的交流电进行变压整流处理以提高所述车载电池的充电效率。

进一步地，所述动力系统还包括多个可控开关和多个第一继电器开关，所述多个可控开关电性连接于所述移动电源和所述逆变器之间，所述多个第一继电器开关电性连接于所述变压整流器和所述车载电池之间，所述可控开关和所述第一继电器开关用于控制所述移动电源与所述车载电池之间的通路的导通和关闭。

进一步地，所述动力系统还包括多个第二继电器开关，所述第二继电器开关电性连接于所述车载电池和所述电动机之间，用于控制所述车载电池与所述电动机之间的通路的导通和关闭。

进一步地，所述移动电源可拆卸地设置于所述电动汽车的车身本体，所述移动电源包括充电接口。

本发明另一较佳实施例提供一种电动汽车，包括上述所述的动力系统。

本发明实施例提供的一种动力系统及电动汽车，该动力系统通过单片机与电量检测装置电性连接，以接收电量检测装置检测得到的剩余电量，判断该剩余电量是否低于预设阈值，在该剩余电量低于预设阈值时生成控制信息并发送至管理器，以使管理器控制移动电源为车载电池充电，并控制车载电池为电动机供电。该系统通过设计电动汽车车载电池内部布局方式和增设移动电源，以使移动电源对车载电池进行即时充电，并不受场地限制和等待时间要求，提高电动汽车用户的使用行程及实现了无等待充电。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明较佳实施例提供的一种动力系统的结构框图。

图2为本发明较佳实施例提供的动力系统的另一种结构框图。

图3为本发明较佳实施例提供的车载电池连接关系的示意图。

图4为本发明较佳实施例提供的移动电源连接关系的示意图。

图5为本发明较佳实施例提供的动力系统的控制切换开关的工作框图。

图6为本发明较佳实施例提供的动力系统的控制切换开关的原理图。

图7为本发明较佳实施例提供的动力系统的充电模式的工作示意图。

图标：100-动力系统；110-移动电源；120-车载电池；130-管理器；140-电量检测装置；150-单片机；160-模数转换器；170-三极管；180-逆变器；190-变压整流器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以是两个元件内部的连通。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。

目前，多数电动汽车单次充满电后其驾驶行程在150-300公里之间。在慢充状态下其充满电的时间为3-6小时，而快充状态下其充满电的时间为10-30分钟。并且充电场所固定、不方便。此外，车载电池的体积较大，重量达到200公斤以上，换电场所设施要求高，人员配备多，且多次更换后影响电动汽车的性能。通过调查，上述因素严重影响了使用者的使用率，同时也严重影响了潜在用户的购买及使用热情。基于上述问题，本发明实施例提供了一种动力系统，通过设计电动汽车车载电池内部布局方式和增设移动电源，以使移动电源对车载电池进行即时充电，并不受场地限制和等待时间要求，提高电动汽车用户的使用行程及实现了无等待充电。

并且，移动电源可以设立换电站进行更换。移动电源采用模块化设计，单组移动电源模块在30-40斤左右，相当于提供30-40公里的动力用电，单组移动电源的体积大小会随着电池发展变得小而轻，且容量更大。整个移动电源可根据用户要求配备3-4组，大约提供120公里动力用电，加上车载电池部分提供的电量，至少可以提供300公里的电量。且换电站的场地环境要求不高、人员配备少、投入资金少、换电等待时间短等为电动汽车的生产厂家带来商机和电动汽车的使用者提高续航里程并方便了充电。

请参阅图1，是本发明较佳实施例提供的一种动力系统的结构框图，所述动力系统100应用于包括电动机的电动汽车。如图1所示，所述动力系统100包括移动电源110、车载电池120、管理器130、电量检测装置140和单片机150。

所述车载电池120与所述电动机电性连接，用于为所述电动机提供电能。所述电量检测装置140与所述移动电源和110和车载电池120分别电性连接，用于检测所述移动电源110和所述车载电池120的剩余电量，并将检测得到的剩余电量发送至所述单片机150。所述单片机150与所述电量检测装置140电性连接，用于接收所述电量检测装置140检测得到的剩余电量，判断所述剩余电量是否低于预设阈值，在所述剩余电量低于预设阈值时生成控制信息并发送至所述管理器130。所述管理器130电性连接于所述单片机150与所述移动电源110、所述单片机150与所述车载电池120之间，用于接收所述单片机150发送的控制信息，并根据所述控制信息控制所述移动电源110对所述车载电池120充电，并控制所述车载电池120为所述电动机供电。

可选地，在本实施例中，所述车载电池120包括多组并联的电池组(最优为3组)。可选地，多组所述电池组中的至少一组电池组与所述电动机电性连接，用于为所述电动机提供电能。所述电量检测装置140与各电池组分别电性连接，用于检测各电池组的剩余电量。

可选地，在本实施例中，可采用BQ2040来对所述电池组进行电量检测。BQ2040是一种常用的电池电量检测芯片，其内部包含有温度传感器。BQ2040通过内置的温度传感器和内部的计数器来估算被测电池组的放电程度，并且在检测的同时还可以根据温度需要对所述电池组进行温度补偿。此外BQ2040能够通过被测电池组的放电周期，以校准所述电池组的实际容量。需要说明的是，在实施例中，还可以采用其他的装置以实现对所述电池组的剩余电量的检测。

所述电量检测装置140将检测得到的所述电池组的剩余电量发送至所述单片机150。所述单片机150接收到所述电量检测装置140检测得到的所述电池组的剩余电量后，会对接收到的该电池组的剩余电量进行判断。当所述单片机150判定所述剩余电量低于预设阈值时，会向所述管理器130发送一控制指令以使所述管理器130控制所述移动电源110对该电池组进行充电。

在实际应用时，当所述电池组的电量过低时，对所述电动机的充电效率会大幅度下降，并且还会损坏所述电池组的使用寿命。可选地，在本实施例中，所述预设阈值设为所述电池组的电量总容量的百分之二十五，即，在所述单片机150判定该电池组的剩余电量低于其总容量的百分之二十五时，则切断该电池组与所述电动机之间的通路，并切换另一组剩余电量高于其总电量的百分之二十五的电池组为所述电动机进行供电。并且，所述单片机150向所述管理器130发送控制信息，以使所述管理器130控制所述移动电源110对该剩余电量低于其电量总容量的百分之二十五的电池组进行充电。

请参阅图2，为本发明较佳实施例提供的动力系统的另一种结构框图。如图2所示，所述动力系统100还包括模数转换器160、三极管170、逆变器180和变压整流器190。

所述模数转换器160电性连接于所述电量检测装置140和所述单片机150之间。所述电量检测装置140在检测到所述移动电源110和所述车载电池120的剩余电量后，会将剩余电量值转换为电信号并发送至所述模数转换器160。所述模数转换器160将接收到的所述剩余电量值的模拟信号转换为所述剩余电量值的数字信号并发送至所述单片机150。

所述三极管170电性连接于所述单片机150和所述管理器130之间，用于对从所述单片机150输出的控制信息进行放大并发送至所述管理器130。

所述逆变器180电性连接于所述移动电源110和所述车载电池120之间，用于将从所述移动电源110输出的直流电转换为交流电后为所述车载电池120充电。

所述变压整流器190电性连接于所述逆变器180和所述车载电池120之间，用于根据所述车载电池120的充电电压对从所述逆变器180输出的交流电进行变压整流处理以提高所述车载电池120的充电效率。

在实际应用中，现有电动汽车在慢充状态下所需的充电时间至少为5个小时，其充电电流为16A。所述电池组的充电时间的长短可按照以下方法来计算：电池容量除以充电电流。但考虑到充电过程中的发热等因素所造成的电量损耗，通常损耗范围在10％到40％之间。因此在理论电池容量的基础上乘以系数1.2(或者1.1、1.3、1.4)。则可以估算出充电的时间：充电时间(分钟)＝电池容量＊1.2/电流(A)＊60。在电动汽车充满电后，其驾驶行程可以达到150-300公里。以采用三组电池组为例进行说明，三组电池组所供能量能行驶260公里，则单个电池组可以提供行驶80公里以上的电能。若驾驶速度最大约为100公里/小时，平均驾驶速度约为70-80公里/小时，则包括有三组电池组的车载电池120可以为电动汽车供电约3小时。为了保证每组电池组均有充分的充电时间，可以通过所述变压整流器190对从所述移动电源110输出并经所述逆变器180逆变后的所述交流电进行升压以缩短为所述电池组充电的时间。

可选地，常用的升压变压整流器包括高频升压变压整流器、直流升压变压整流器、交流升压变压整流器、干式升压变压整流器及低频升压变压整流器等。可选地，在本实施例中，采用交流升压变压整流器对所述逆变器180输出的交流电进行升压后为所述车载电池120充电。交流升压变压整流器具有体积小、重量轻、结构紧凑、功能齐全、通用性强及使用方便等优点。此外，交流升压变压整流器还具有良好的耐热性、防潮性及稳定性等。

可选地，在本实施例中，所述车载电池120采用模块化设计。请参阅图3，为本发明较佳实施例提供的车载电池连接关系的示意图。如图3所示，以三组并联的电池组为例，所述车载电池120包括三组并联连接的电池组，每组电池组由十一组子串电池串联而成，而其中，每组子串电池包括三个并联连接的单体电池。

可选地，在本实施例中，所述移动电源110可拆卸地设置于所述电动汽车的车身本体，所述移动电源110包括多组并联的移动电池组，多组所述移动电池组可拆卸连接。在使用时，多组所述移动电池组可组合在一起为所述车载电池120充电，也可拆开来单独为所述车载电池120充电。在单组所述移动电池组出现故障需要维修时，即可拆分开来单独进行维修，方便、快捷且可维护性高。

需要说明的是，在实际应用中，考虑到便于更换移动电源110，可设计多组移动电池组分别为所述车载电池120充电。请参阅图4，为本发明较佳实施例提供的移动电源连接关系的示意图。如图4所示，以包含三组移动电池组的移动电源110为例来进行说明。所述移动电源110包括三组并联的移动电池组，每组移动电池组包括四组串联连接的子串电池，且每组子串电池包括三个并联连接的单体移动电池。当第一组所述移动电池组的电量用完后可通过所述管理器130关闭所述第一组移动电池组，并开启第二组所述移动电池组为所述车载电池120充电。当第二组所述移动电池组的电量用完后，通过所述管理器130关闭第二组所述移动电池组，并开启第三组所述移动电池组为所述车载电池120进行充电。

在实际应用时，当电动汽车行驶到换电站时，可以根据各组所述移动电池组的具体使用情况更换所述移动电池组。可选地，本实施例中，各组所述移动电池组均包括充电接口。在所述电动汽车驾驶空闲期间，可以利用有市电接口的地方(办公室、饭店及居住地等)为所述移动电池组充电。所述移动电源110采用模块化设计，各移动电池组之间可拆卸地连接，方便电动汽车的使用者更换移动电池组，并实现灵活、多样的充电方式，节约了使用者的等待时间。

请参阅图5，为本发明较佳实施例提供的动力系统的控制切换开关的工作框图。如图5所示，所述动力系统100还包括多个可控开关和多个第一继电器开关，所述多个可控开关电性连接于所述移动电源110和所述逆变器180之间。所述多个第一继电器开关电性连接于所述变压整流器190和所述车载电池120之间，所述可控开关和所述第一继电器开关用于控制所述移动电源110与所述车载电池120之间的通路的导通和关闭。

可选地，所述动力系统100还包括多个第二继电器开关，所述第二继电器开关电性连接于所述车载电池120和所述电动机之间，用于控制所述车载电池120与所述电动机之间的通路的导通和关闭。请参阅图6，为本发明较佳实施例提供的动力系统的控制切换开关的原理图。

请参阅图7，为本发明较佳实施例提供的动力系统的充电模式的工作示意图。如图7所示，当只有1通道导通时，此时，电池组1为所述电动机供电，电池组2和电池组3处于待运行状态。当所述单片机150判定所述电量检测装置140检测得到的电池组1的剩余电量达到其总容量的百分之二十五时，所述第二继电器开关自动断开1通道，并开通2通道。此时，电池组2开始为所述电动机进行供电。并且，所述单片机150控制所述管理器130以控制所述移动电源110开始给所述电池组1充电。当所述电池组2在使用电容量剩余百分之二十五时，所述第二继电器开关自动断开2通道，并开通3通道，此时电池组3开始供电。并且，此时所述单片机150发出控制信息至所述管理器130以控制所述移动电源110同时给所述电池组1和所述电池组2充电。当所述电池组3在使用电容量剩余百分之二十五时，所述第二继电器开关自动断开3通道，并开通1通道，此时所述电池组1开始为所述电动机供电，同时所述移动电源110给所述电池组2和所述电池组3充电。以此类推，只要所述移动电源110电量充足，可反复给所述电池组充电。

需要说明的是，考虑到所述车载电池120的供电效率，当所述电池组的电池量在总容量的百分之二十五到百分之八十五之间时，所述车载电池120对所述电动机的供电效率是最优的。因此，在所述电池组的电量达到百分之八十五的时候，所述移动电源110即停止对所述电池组进行充电。

本发明较佳实施例还提供了一种电动汽车，所述电动汽车包括上述的动力系统100。所述动力系统100包括移动电源110、车载电池120、管理器130、电量检测装置140及单片机150。

所述车载电池120与所述电动机电性连接，用于为所述电动机提供电能。所述电量检测装置140与所述移动电源110和所述车载电池120分别电性连接，用于检测所述移动电源110和所述车载电池120的剩余电量，并将检测得到的剩余电量发送至所述单片机150。所述单片机150与所述电量检测装置140电性连接，用于接收所述电量检测装置140检测得到的剩余电量，判断所述剩余电量是否低于预设阈值，在所述剩余电量低于预设阈值时生成控制信息并发送至所述管理器130。所述管理器130电性连接于所述单片机150与所述移动电源110、所述单片机150与所述车载电池120之间，用于接收所述单片机150发送的控制信息，并根据所述控制信息控制所述移动电源110对所述车载电池120充电，并控制所述车载电池120为所述电动机供电。

包括有所述动力系统100的电动汽车，其车载电池120能实现充放电相对隔离、同时工作，解决了现有车载电池120在反复充放电时的发热量高、效率降低等问题。并且，具有移动电源110来为所述车载电池120作为后备电源，所述电动汽车在续航里程上有所提高，且充电更加方便、快捷。

综上所述，本发明实施例提供的一种动力系统100及电动汽车，所述单片机150会对所述电量检测装置140检测得到的所述移动电源110和所述车载电池120的剩余电池进行判断。当所述单片机150判定所述移动电源110和所述车载电池120的剩余电量低于一预设阈值时，会向所述管理器130发送控制信息以控制所述移动电源110为所述车载电池120进行充电，并控制所述车载电池120为所述电动机供电。通过设计电动汽车车载电池内部布局方式和增设所述移动电源110为所述车载电池120在电动汽车行驶中进行即时充电，使得充电更加灵活、方便，提高了所述电动汽车的续航里程。

进一步地，所述车载电池120实现了充放电相对隔离、同时工作，解决了现有车载电池120在反复充放电时的发热量高、效率低下等问题。

进一步地，所述移动电源110和所述车载电池120均采用模块化设计，可拆分可组合，可维护性高。

进一步地，所述移动电源110和所述车载电池120之间连接有升压变压整流器，可调整升压倍数，以适用于各种不同参数的车载电池120。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。