一种车用组合电源系统

技术领域

本发明涉及电源技术领域，特别是涉及一种车用组合电源系统。

背景技术

在中国北方地区、欧洲及北美地区，冬季天气寒冷，直至达到零下40多度，使得车用锂离子电池组无法输出稳定的电压和电流，严重影响锂离子电池新能源车的使用，甚至无法工作。

发明内容

基于此，有必要提供一种车用组合电源系统，以提高在寒冷的天气下输出电压和电流的稳定性，从而保证车辆的正常使用。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种车用组合电源系统，包括：锂离子电池组系统和铝空气电池组系统；所述锂离子电池组系统包括锂离子电池组和加热装置；所述铝空气电池组系统包括铝空气电池组和电解液箱；所述电解液箱内盛放电解液；所述电解液箱和所述铝空气电池组连通；所述铝空气电池组分别与所述锂离子电池组和所述加热装置电连接；所述锂离子电池组和所述铝空气电池组均与负载电连接。

可选的，所述铝空气电池组系统还包括热交换机；所述电解液箱的出口通过所述热交换机与所述铝空气电池组连通。

可选的，所述铝空气电池组系统还包括第一泵送装置和第二泵送装置；所述电解液箱的出口依次通过所述热交换机以及所述第一泵送装置与所述铝空气电池组连通；所述铝空气电池通过所述第二泵送装置与所述电解液箱的入口连通。

可选的，所述锂离子电池组系统还包括散热器；所述热交换机与所述散热器连通。

可选的，所述车用组合电源系统，还包括DC/DC交换器；所述铝空气电池组通过所述DC/DC交换器分别与所述锂离子电池组和所述加热装置电连接；所述锂离子电池组和所述铝空气电池组均通过所述DC/DC交换器与负载电连接。

可选的，所述车用组合电源系统，还包括直流异步电机；所述DC/DC交换器通过所述直流异步电机与负载电连接。

可选的，所述铝空气电池组系统还包括热管；所述热交换机通过所述热管与所述散热器连通。

可选的，所述车用组合电源系统，还包括控制系统；所述控制系统分别与所述锂离子电池组系统和所述铝空气电池组系统电连接。

可选的，所述电解液为防冻电解液；所述防冻电解液由NaOH、甲醇和CATB溶液混合而成，或者由NaOH、乙二醇和CATB溶液混合而成，或者由NaOH、丙三醇和CATB溶液混合而成。

可选的，所述铝空气电池组的阳极为纳米晶铝阳极。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种车用组合电源系统，将铝空气电池组作为增程电池与锂离子电池组组成组合电源，解决了寒冷天气下车用锂离子电池组无法输出稳定的电压和电流的问题，从而保证输出稳定的电压与电流供车辆使用，驱动车辆正常运转。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的车用组合电源系统的结构图；

图2为本发明实施例1提供的铝空气电池组系统、锂离子电池组系统和电解液箱的位置布设图；

图3为本发明实施例2提供的车用组合电源系统的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

本实施例的车用组合电源系统，适用于重卡、冷链车、长途客车及市内各种汽车，特别在寒冷地区，能够获得稳定的输出电压与电流以保证车辆正常使用。图1为本发明实施例1提供的车用组合电源系统的结构图。参见图1，所述车用组合电源系统，包括：锂离子电池组系统1和铝空气电池组系统；所述锂离子电池组系统1包括锂离子电池组和加热装置；所述铝空气电池组系统包括铝空气电池组2和电解液箱3；所述电解液箱3内盛放电解液；所述电解液箱3和所述铝空气电池组2连通；所述铝空气电池组2分别与所述锂离子电池组和所述加热装置电连接；所述锂离子电池组和所述铝空气电池组2均与负载电连接。

打开锂离子电池组和铝空气电池组，当环境温度低于某个设定温度时，手动或自动控制加热装置工作，锂离子电池组和铝空气电池组共同为负载供电，将铝空气电池组作为增程电池，弥补了寒冷天气下车用锂离子电池组无法输出稳定的电压和电流的问题，还能够增程续航。同时，铝空气电池组还能对锂离子电池组系统的锂离子电池组进行充电，增加了锂离子电池组的续航能力。

车载人员还可以通过对锂离子电池组所处环境温度和输出电压的自主判断，控制车用组合双电源系统处于不同的供电模式，此时车用组合双电源系统的工作过程如下：

开启铝空气电池组2，此时，电解液箱3中电解液进入铝空气电池组2，铝空气电池组2开始工作。当锂离子电池组的环境温度低于第一设定温度(例如20℃)时，启动锂离子电池组系统1中加热装置工作或停止，保证锂离子电池组工作环境温度在第二设定温度(例如20～30℃)，铝空气电池组2可为加热装置供电；当锂离子电池组输出电压低于设定电压(例如100V)时，铝空气电池组2工作，此时，铝空气电池组2与锂离子电池组系统1中的锂离子电池组并行供电，两电源同时为负载供电；若锂离子电池组系统1不能维持设定电压运行可退出供电，由铝空气电池组2单独供电。同时，铝空气电池组2对锂离子电池组系统1的锂离子电池组进行充电。

当锂离子电池组的电压到达设定电压值时，铝空气电池组2停止工作，此时由锂离子电池组系统1单独供电。

铝空气电池组2停止工作后，电解液泵回流至电解液箱3。

上述整个工作过程中，各个电池组及加热装置的开闭也可以通过内置有现有算法的控制系统自动实现温度及电压的判断，自动控制各个电池组及加热装置的开闭。

作为一种可选的实施方式，所述铝空气电池组系统还包括热交换机4；所述电解液箱3的出口通过所述热交换机4与所述铝空气电池组2连通。当铝空气电池组2停止工作后，电解液泵回流至电解液箱3，热交换机4冷却电解液，并将热冷却传导给锂离子电池组系统1，保证电解液箱3中电解液和锂离子电池组环境温度都符合工作要求。

作为一种可选的实施方式，所述铝空气电池组系统还包括第一泵送装置5和第二泵送装置6；所述电解液箱3的出口依次通过所述热交换机4以及所述第一泵送装置5与所述铝空气电池组2连通；所述铝空气电池通过所述第二泵送装置6与所述电解液箱3的入口连通。开启铝空气电池组2时，电解液箱3中电解液进入铝空气电池组2，铝空气电池组2开始工作。第一泵送装置5将所述电解液箱3中的电解液通过热交换机4后泵入铝空气电池组2，铝空气电池组2开始工作；铝空气电池组2停止工作后，第二泵送装置6将所述铝空气电池组2内电解液泵送进入电解液箱3。

作为一种可选的实施方式，所述锂离子电池组系统1还包括散热器；所述热交换机4与所述散热器连通。

作为一种可选的实施方式，所述车用组合电源系统，还包括DC/DC交换器7；所述铝空气电池组2通过所述DC/DC交换器7分别与所述锂离子电池组和所述加热装置电连接；所述锂离子电池组和所述铝空气电池组2均通过所述DC/DC交换器7与负载电连接。

作为一种可选的实施方式，所述车用组合电源系统，还包括直流异步电机8；所述DC/DC交换器7通过所述直流异步电机8与负载电连接。

作为一种可选的实施方式，所述铝空气电池组系统还包括热管；所述热交换机4通过所述热管与所述散热器连通。

作为一种可选的实施方式，所述电解液可以为正常电解液，也可以为防冻电解液。在自然温度为20℃时，采用正常电解液即可。所述防冻电解液由NaOH、甲醇和CATB溶液混合而成，或者由NaOH、乙二醇和CATB溶液混合而成，或者由NaOH、丙三醇和CATB溶液混合而成。NaOH的摩尔浓度为6M，甲醇、乙二醇和丙三醇的体积比均为15～35％，CATB溶液的体积比为5～8％。6M的NaOH的冰点为-25℃，防冻电解液冰点为-45℃。该防冻电解液，可在-45～50℃正常工作。本实施例中的防冻电解液使得铝空气电池组2在零下40度左右正常工作，给锂离子电池组加热，确保锂离子电池正常工作。

作为一种可选的实施方式，所述铝空气电池组2的阳极为纳米晶铝阳极或铝合金阳极。纳米晶铝阳极既有良好的活性又能够抑制氢生成，能大大减少自腐蚀，延长阳极使用寿命。纳米晶铝阳极由4N高纯铝制造，首先通过5～9道等通道挤压设备，然后再通过冷轧机和热处理后再剪切成形，其中纳米晶尺寸为40～80nm。

具体的，铝空气电池组2的阳极可以采用如下制备方法制得：

对高纯铝(4～6N)进行等通道转角挤压(ECAP)，得到纳米晶铝材料，从而得到纳米晶铝阳极；等通道转角挤压的ψ为30～70°，Φ为90°，挤压道次为5～10次，挤压压力为50～90T，ψ表示样品经过的等通道挤压装置时外弧角度，Φ表示样品经过等通道挤压装置时进出两个通道相交的角度。采用等通道转角挤压技术，改变高纯铝样品的微观结构为纳米晶结构，减小了晶粒尺寸，细小均匀的晶粒组织从整体上改善了微观组织的均匀性，减少了晶粒之间的电偶腐蚀，因而减小了析氢速率，提高了放电效率，大大提高了纳米晶铝材料作为负极材料的质量能量密度。制得的纳米晶纯铝材料在4M的NaOH溶液中构成的铝空气燃料电池的开路电压为1.882V，在10mA·cm

作为一种可选的实施方式，所述锂离子电池组系统1还包括铝外壳；所述铝外壳内放置所述锂离子电池组、所述加热装置和所述散热器。

作为一种可选的实施方式，所述铝空气电池组系统和所述锂离子电池组系统1均设置车辆的适合处，所述电解液箱3安排在车的原汽油箱位置。如图2所示，所述铝空气电池组系统9设置在车的后部，所述锂离子电池组系统1设置在车的前部。

本实施例中车用组合双电源系统具有如下优点：

将铝空气电池组2作为增程电池与锂离子电池组组成组合电源，能够保证输出稳定的电压与电流供直流异步电机8使用，驱动车辆正常运转；铝空气电池组2阳极为纳米晶铝阳极，既有良好的活性又能够抑制氢生成，大大减少自腐蚀，延长阳极使用寿命；铝空气电池组2电解液为防冻电解液，能够在-40～50℃内正常工作，首先确保第一时间锂离子电池组正常工作环境，同时热交换机4还能保证双电源正常工作后热的交换，防冻防过热；解决了锂离子新能源汽车续航里程短，特别是重卡、长途客车，由于续航里程短，严重影响使用的问题。

实施例2

本实施例与上述实施例1不同在于，所述车用组合电源系统，还包括控制系统10。所述铝空气电池组系统还包括检测模块和控制模块。

如图3所示，所述控制系统10分别与锂离子电池组系统1、铝空气电池组系统、铝空气电池组2、电解液箱3、热交换机4、第一泵送装置5、第二泵送装置6、DC/DC交换器7和直流异步电机8电连接。所述智能控制器用于控制整个系统各功能装置、器件工作。所述铝空气电池组2用于当所述锂离子电池组电压不足时为所述负载直流异步电机8供电。

具体的，所述控制系统10用于控制所述锂离子电池组系统1为所述直流异步电机8供电并控制所述铝空气电池组2开机或关机，其中，控制所述铝空气电池组2开机即控制铝空气电池组2处于待工作状态。

所述控制系统10的控制方式可以为：

手动控制：通过车上的控制系统10开关进行启动和停机操作。

自动控制：通过车上的控制系统10预设控制程序进行控制。控制参数为锂离子电池组的电压(比如100V)，通过控制面板或网络模块设置参数控制。

所述检测模块用于采集所述锂离子电池组的输出电压；所述控制模块用于控制所述铝空气电池组2的启停。

所述控制模块用于当所述锂离子电池组的输出电压值低于设定电压值时，控制所述铝空气电池组2开始为所述直流异步电机8供电直到所述输出电压值到达所述设定电压值。

所述铝空气电池组2当检测到锂离子电池组环境温度低于第一设定温度(例如20℃)时，首先向锂离子电池组系统1的加热装置供电，保证锂离子电池组处于环境温度在第二设定温度(例如20～30℃)。

铝空气电池组2与锂离子电池组成双电源，通过控制，可以在纯铝空气电池组2下工作；可以在纯锂离子电池组下工作；可以双电源共同放电工作；可以铝空气电池给锂离子电池充电。

本实施例中所述车用组合双电源系统的工作过程为：

启动控制系统10对铝空气电池组2进行开机，此时，第一泵送装置5将与热交换机4相连的电解液箱3中电解液泵送进入铝空气电池组2，铝空气电池组2开始工作，其检测模块实时检测锂离子电池组系统1中环境温度和输出电压，当检测模块检测到锂离子电池组系统1系统的环境温度低于20℃时，启动锂离子电池组系统1中加热装置工作或停止，保证锂离子电池组工作环境温度在20～30℃；当检测模块检测到锂离子电池组输出电压低于设定电压时，铝空气电池组2开始启动，第一泵送装置5将电解液泵入铝空电池组，此时，铝空气电池组2与锂离子电池组系统1中的锂离子电池组并行供电，两电源都通过DC/DC变换器并流进入供负载直流异步电机8使用；若锂离子电池组系统1不能维持设定电压运行可退出供电，由铝空气电池组2单独供电。同时铝空气电池组2对锂离子电池组系统1的锂离子电池组进行充电。

当铝空气电池组2的检测模块检测到锂离子电池组系统1的电压到达设定电压值，铝空气电池电池组中的控制模块控制铝空气电池组2停止工作，此时系统自动切换到锂离子电池组系统1供电。

铝空气电池组2停止工作后，第二泵送装置6将电解液泵送进入电解液箱3，热交换机4冷却电解液，将热冷却或传导给锂离子电池组系统1，保证电解液箱3中电解液和锂离子电池组环境温度都符合工作要求。

本实施例的车用组合双电源系统，以锂离子电池组系统1供电为主，铝空气电池电池组为辅，既可以在寒冷地区保证锂离子电池组正常工作，又能够增程续航。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。