一种复合电源及其控制方法及使用复合电源的电动车

摘要

本发明涉及一种复合电源及其控制方法及使用复合电源的电动车。复合电源包括功率型储能单元、能量型储能单元、延时启动PTC热敏电阻单元和延时启动NTC热敏电阻单元，延时启动PTC热敏电阻单元和功率型储能单元串联构成第一串联电路，延时启动NTC热敏电阻单元和能量型储能单元串联构成第二串联电路，第一串联电路和第二串联电路并联，该并联电路的两端构成复合电源的正极和负极。控制方法为：利用PTC热敏电阻和NTC热敏电阻的电阻-温度特性及电流-时间特性，使设备处于大功率脉冲工况时由功率型储能单元供电，处于小功率巡航工况时由能量型储能单元供电。本发明有效避免两种电源单一使用时存在的缺陷，性能优良，可靠性高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电源，尤其涉及一种复合电源及其控制方法及使用复合电源的电动车。

背景技术

一般情况下，设备所用的电源都是单一性的，要么用功率型电源，要么用能量型电源。功率型储能电源具备功率密度高、充电速度快、能量转换效率高、循环使用寿命长及低温性能好等优点，但其有能量密度低、电压不平稳等缺点，故一般用在需要短时大功率充放电的场合。能量型储能电源具备能量密度高、电压平稳等优点，但是其存在功率密度低、充电速度慢、能量转换效率低、循环使用寿命短及低温性能不好等缺点，故一般用在对充放电功率要求不高但要求存储容量大、续航时间长的场合。因此，单一地使用一种电源，都存在这样那样的缺陷，非常不适合给同时具有大功率脉冲工况和小功率巡航工况的设备进行供电，会影响这种设备的性能。

发明内容

本发明主要解决原有功率型储能电源、能量型储能电源单一使用都存在这样那样的缺点，非常不适合给同时具有大功率脉冲工况和小功率巡航工况的设备进行供电的技术问题；提供一种复合电源及其控制方法及使用复合电源的电动车，复合电源将功率型储能单元和能量型储能单元结合在一起，利用PTC热敏电阻和NTC热敏电阻的电阻-温度特性及电流-时间特性，实现设备处于大功率脉冲工况时由功率型储能单元供电，而处于小功率巡航工况时由能量型储能单元供电，从而避免功率型储能电源、能量型储能电源单一使用时存在的缺陷，使复合电源既具备功率密度高、充电速度快、能量转换效率高、循环使用寿命长和低温性能好的优点，又具备能量密度高和电压平稳的优点，非常适合给同时具有大功率脉冲工况和小功率巡航工况的设备进行供电。该复合电源给电动车供电时，提高电动车性能。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的一种复合电源，包括功率型储能单元、能量型储能单元、延时启动PTC热敏电阻单元和延时启动NTC热敏电阻单元，延时启动PTC热敏电阻单元和功率型储能单元串联构成第一串联电路，延时启动NTC热敏电阻单元和能量型储能单元串联构成第二串联电路，所述的第一串联电路和所述的第二串联电路并联，该并联电路的两端构成复合电源的正极和负极。延时启动PTC热敏电阻单元和延时启动NTC热敏电阻单元的电阻-温度特性及电流-时间特性成一定的匹配关系。使用复合电源的设备启动大功率工况时，延时启动PTC热敏电阻单元和延时启动NTC热敏电阻单元都处于常温态，延时启动PTC热敏电阻单元处于低阻态，延时启动NTC热敏电阻单元处于高阻态，第一串联电路的阻值远远低于第二串联电路的阻值，功率型储能单元所在的第一串联电路产生的起始电流远大于能量型储能单元所在的第二串联电路，因此此时设备所需能量由第一串联电路中的功率型储能单元供能。随着放电的进行，延时启动PTC热敏电阻单元阻值增大而延时启动NTC热敏电阻单元阻值变小，电流在第一串联电路和第二串联电路上的分配随着阻值的变化重新分配。当设备正常运转，其电流趋于平缓，设备进入小功率巡航工况时，延时启动PTC热敏电阻单元处于高阻态，延时启动NTC热敏电阻单元处于低阻态，第一串联电路的阻值远远高于第二串联电路的阻值，能量型储能单元所在的第二串联电路产生的电流远大于功率型储能单元所在的第一串联电路，因此此时设备所需能量由第二串联电路中的能量型储能单元供能。因此，本发明复合电源既具备功率密度高、充电速度快、能量转换效率高、循环使用寿命长和低温性能好的优点，又具备能量密度高和电压平稳的优点，非常适合给同时具有大功率脉冲工况和小功率巡航工况的设备进行供电，适用于汽车启动电池、电动汽车动力电池、储能电站等同时需要大功率脉冲工况和小功率巡航工况的设备。而且功率型储能单元和能量型储能单元的通断电完全利用PTC热敏电阻和NTC热敏电阻的电阻-温度特性及电流-时间特性进行控制，实现无触点切换，切换时无电弧无火花，可靠性高。

作为优选，所述的延时启动PTC热敏电阻单元包括一个或多个延时启动PTC热敏电阻，多个延时启动PTC热敏电阻采用串联、并联或串联和并联相结合的连接结构。根据设备需要大功率工况的时间，选择使用延时启动PTC热敏电阻的个数及串并联连接方式，使延时启动PTC热敏电阻单元维持低阻态的时间满足设备大功率工况的需要。

作为优选，所述的延时启动NTC热敏电阻单元包括一个或多个延时启动NTC热敏电阻，多个延时启动NTC热敏电阻采用串联、并联或串联和并联相结合的连接结构。根据设备大功率工况的时间，选择使用延时启动NTC热敏电阻的个数及串并联连接方式，使延时启动NTC热敏电阻单元维持高阻态的时间满足设备大功率工况的需要。

作为优选，所述的延时启动PTC热敏电阻单元维持低阻态的时间略大于设备为大功率工况所需时间，所述的延时启动NTC热敏电阻单元维持高阻态的时间略小于设备为大功率工况所需时间。在设备大功率工况临近结束时，延时启动NTC热敏电阻单元由高阻态转入低阻态，设备大功率工况一结束，延时启动PTC热敏电阻单元立即由低阻态转入高阻态。确保延时启动PTC热敏电阻单元由低阻态转入高阻态及延时启动NTC热敏电阻单元由高阻态转入低阻态时，复合电源不会产生一个空窗期，即确保切换过程中复合电源一直保持有电能供应给设备。

作为优选，所述的功率型储能单元采用具备高比功率性能的化学或物理储能单元。如超级电容器、超级电池或高倍率锂电池，满足大电流工况要求。超级电容器又叫双电层电容器、电化学电容器，、黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。超级电池又被称为微型石墨烯超级电容，采用单原子厚度的碳层构成，其充电和放电速度比普通电池快1000倍，并能够存储更多的电能。

作为优选，所述的能量型储能单元采用具备高比能量性能的化学或物理储能单元。如普通锂电池，满足巡航工况的持续供电要求。

本发明的一种复合电源的控制方法为：在所述的复合电源接入设备开始使用瞬间，会出现大的脉冲放电电流，此时，所述的延时启动PTC热敏电阻单元处于低阻态使所述的第一串联电路处于通路状态，而所述的延时启动NTC热敏电阻单元处于高阻态使所述的第二串联电路处于断路状态，则由所述的功率型储能单元给设备供电；随着放电的进行，当所述的延时启动PTC热敏电阻单元达到其突变的温度条件时，则延时启动PTC热敏电阻单元的电阻值突然增大，转入高阻态，使所述的第一串联电路处于断路状态，而所述的延时启动NTC热敏电阻单元也达到其突变的温度条件，则延时启动NTC热敏电阻单元的电阻值突然减小，转入低阻态，使所述的第二串联电路处于通路状态，则由所述的能量型储能单元给设备供电。本发明使复合电源既具备功率密度高、充电速度快、能量转换效率高、循环使用寿命长和低温性能好的优点，又具备能量密度高和电压平稳的优点，非常适合给同时具有大功率脉冲工况和小功率巡航工况的设备进行供电。而且功率型储能单元和能量型储能单元的通断电完全利用PTC热敏电阻和NTC热敏电阻的电阻-温度特性及电流-时间特性进行控制，实现无触点切换，切换时无电弧无火花，可靠性高。

作为优选，所述的延时启动PTC热敏电阻单元维持低阻态的时间略大于设备为大功率工况所需时间，所述的延时启动NTC热敏电阻单元维持高阻态的时间略小于设备为大功率工况所需时间。在设备大功率工况临近结束时，延时启动NTC热敏电阻单元由高阻态转入低阻态，设备大功率工况一结束，延时启动PTC热敏电阻单元立即由低阻态转入高阻态。确保延时启动PTC热敏电阻单元由低阻态转入高阻态及延时启动NTC热敏电阻单元由高阻态转入低阻态时，复合电源不会产生一个空窗期，即确保切换过程中复合电源一直保持有电能供应给设备。

本发明的电动车，使用上述复合电源，由本发明的复合电源给电动车供电，既满足电动车大功率脉冲工况需求又满足电动车小功率巡航工况要求，提高电动车性能。

本发明的有益效果是：将功率型储能单元和能量型储能单元结合在一起，利用PTC热敏电阻和NTC热敏电阻的电阻-温度特性及电流-时间特性，实现设备处于大功率脉冲工况时由功率型储能单元供电，而处于小功率巡航工况时由能量型储能单元供电，从而避免功率型储能电源、能量型储能电源单一使用时存在的缺陷，使复合电源既具备功率密度高、充电速度快、能量转换效率高、循环使用寿命长和低温性能好的优点，又具备能量密度高和电压平稳的优点，非常适合给同时具有大功率脉冲工况和小功率巡航工况的设备进行供电。而且功率型储能单元和能量型储能单元的通断电完全利用PTC热敏电阻和NTC热敏电阻的电阻-温度特性及电流-时间特性进行控制，实现无触点切换，切换时无电弧无火花，可靠性高。使用该复合电源的电动车，性能更加可靠。

附图说明

图1是本发明复合电源的一种电路原理连接结构框图。

图中1.功率型储能单元，2.能量型储能单元，3.延时启动PTC热敏电阻单元，4.延时启动NTC热敏电阻单元，5.第一串联电路，6.第二串联电路。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种复合电源，如图1所示，包括功率型储能单元1、能量型储能单元2、延时启动PTC热敏电阻单元3和延时启动NTC热敏电阻单元4，延时启动PTC热敏电阻单元3和功率型储能单元1串联构成第一串联电路5，延时启动NTC热敏电阻单元4和能量型储能单元2串联构成第二串联电路6，第一串联电路5和第二串联电路6并联连接，该并联电路的两端构成复合电源的正极和负极。延时启动PTC热敏电阻单元3可以采用一个延时启动PTC热敏电阻，也可以采用多个延时启动PTC热敏电阻的组合，多个延时启动PTC热敏电阻根据需要可采用串联连接或并联连接或串联和并联相结合的连接结构，使延时启动PTC热敏电阻单元维持低阻态的时间满足设备大功率工况的需要。延时启动NTC热敏电阻单元4可以采用一个延时启动NTC热敏电阻，也可以采用多个延时启动NTC热敏电阻的组合，多个延时启动NTC热敏电阻根据需要可采用串联连接或并联连接或串联和并联相结合的连接结构，使延时启动NTC热敏电阻单元维持高阻态的时间满足设备大功率工况的需要。延时启动PTC热敏电阻单元3维持低阻态的时间略大于设备为大功率工况所需时间，延时启动NTC热敏电阻单元4维持高阻态的时间略小于设备为大功率工况所需时间，即：在设备大功率工况临近结束时，延时启动NTC热敏电阻单元由高阻态转入低阻态，设备大功率工况一结束，延时启动PTC热敏电阻单元立即由低阻态转入高阻态。本实施例中，功率型储能单元1采用具备高比功率性能的化学或物理储能单元，如超级电容器、超级电池或高倍率锂电池，满足大电流工况要求；能量型储能单元2采用具备高比能量性能的化学或物理储能单元，如锂电池，满足巡航工况的持续供电要求。

上述复合电源的控制方法为：在复合电源接入设备开始使用瞬间，会出现大的脉冲放电电流，此时，延时启动PTC热敏电阻单元3处于低阻态使第一串联电路5处于通路状态，而延时启动NTC热敏电阻单元4处于高阻态使第二串联电路6处于断路状态，则由功率型储能单元1给设备供电；随着放电的进行，在设备大功率工况临近结束时，延时启动NTC热敏电阻单元4达到其突变的温度条件，延时启动NTC热敏电阻单元4的电阻值突然减小，转入低阻态，使第二串联电路6处于通路状态，此时由功率型储能单元和能量型储能单元同时给设备供电；设备大功率工况一结束，延时启动PTC热敏电阻单元3达到其突变的温度条件，则延时启动PTC热敏电阻单元3的电阻值突然增大，转入高阻态，使第一串联电路5处于断路状态，此时由能量型储能单元2给设备供电。

使用上述复合电源的电动车，由复合电源给电动车供电，既满足电动车大功率脉冲工况需求又满足电动车小功率巡航工况要求，提高电动车性能。

本发明既具备功率密度高、充电速度快、能量转换效率高、循环使用寿命长和低温性能好的优点，又具备能量密度高和电压平稳的优点，非常适合给同时具有大功率脉冲工况和小功率巡航工况的设备进行供电。而且功率型储能单元和能量型储能单元的通断电完全利用PTC热敏电阻和NTC热敏电阻的电阻-温度特性及电流-时间特性进行控制，实现无触点切换，切换时无电弧无火花，可靠性高。使用该复合电源的电动车，性能更加可靠。