一種帶能量回饋的電動汽車配電系統的製作方法

2024-03-25 13:01:05

本發明涉及一種帶能量回饋的電動汽車配電系統，具體涉及一種車內電力分配控制系統。

背景技術：

電動汽車在減速或剎車時，電動機可處於能量回饋運行狀態，其發出的電力可以進行回收，現有電動汽車配電技術常忽略該回饋能量，導致能量浪費，為此，本發明提出通過變換器和蓄電池組對電動汽車減速或剎車時產生的回饋能量進行存儲的技術方案，另外，回饋的能量並不是平穩的能量，為了使回饋能量較大時，能量依然能夠得到有效儲存，本發明提供了能量存儲新思路，既可以通過車內電子器件供電的蓄電池組存儲該能量，也可以通過汽車驅動電池組存儲該能量，提升儲能空間，另外，當電動汽車內電池組如果長時間連續工作，容易產生過熱問題，這大大降低了電池的壽命，甚至是影響到電池的安全，為此，本發明通過電池組之間輪流交叉工作，實現電池的休整，同時為了防止電池組之間供電電壓不一致，通過開關技術，控制電池組內各電池單元之間的連接關係，實現每個供電周期內各輪值電池組提供相同參數的電力，保證電動汽車內驅動電機受電穩定。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有技術的不足，發明一種帶能量回饋的電動汽車配電系統，可以實現電動汽車在減速或剎車時產生的回饋能量得到有效的儲存，同時可以降低電池溫度，有效提升電池的壽命和安全性，另外，通過對電池組內各電池單元之間的連接關係的控制，保證電動汽車內驅動電機受電穩定。

本發明提供的技術方案為：一種帶能量回饋的電動汽車配電系統，它包括：整流器、控制器、多個開關、雙向變換器、汽車驅動電動機、多個直流-直流變換器、為車內電子器件供電的電池組和為汽車驅動電動機供電的多個電池組，其特徵在於：控制器檢測為車內電子器件供電的電池組和為汽車驅動電動機供電的多個電池組的剩餘電量，當為車內電子器件供電的電池組的剩餘電量小於第一閾值時，汽車驅動電動機減速或剎車的回饋能量至為車內電子器件供電的電池組，當為車內電子器件供電的電池組的剩餘電量大於或等於第一閾值時，汽車驅動電動機減速或剎車的回饋能量回饋至為汽車驅動電動機供電的多個電池組中剩餘電量最小的電池組。

電動汽車行駛時，選擇為汽車驅動電動機供電的多個電池組中的剩餘電量最小的電池組之外的電池組為汽車驅動電動機供電。

當電動汽車與外部交流電源相連進行充電時，整流器將交流電轉換為直流電，直流-直流變換器將整流器輸出的直流電轉換為適合電池組充電的直流電，控制器檢測每個電池組的剩餘電量，當電池的剩餘電量大於或等於第二閾值時，控制斷開與該電池組對應的充電迴路開關，停止對該電池組充電，當電池的剩餘電量小於第二閾值時，控制閉合與該電池組對應的充電迴路開關。

多個直流-直流變換器分別是直流-直流變換器117、直流-直流變換器119、直流-直流變換器120、直流-直流變換器121和直流-直流變換器122，多個開關分別是開關103、開關104、開關105、開關106、開關107、開關108、開關110和開關112，為汽車驅動電動機供電的多個電池組分別是電池組123、電池組124、電池組125和電池組126，整流器分別與開關103和開關104相連，開關104分別與開關105、開關106、開關107、開關108、開關110和開關112相連，開關103分別與開關110和開關112相連，開關105與直流-直流變換器119相連，直流-直流變換器119與電池組123相連，開關106與直流-直流變換器120相連，直流-直流變換器120與電池組124相連，開關107與直流-直流變換器121相連，直流-直流變換器121與電池組125相連，開關108與直流-直流變換器122相連，直流-直流變換器122與電池組126相連，開關110與雙向變換器相連，雙向變換器與汽車驅動電動機相連，開關112與直流-直流變換器117相連，直流-直流變換器117與為車內電子器件供電的電池組相連。

電動汽車行駛時，控制器分別檢測電池組123、電池組124、電池組125和電池組126的剩餘電量，選擇剩餘電量最小的電池組之外的電池組為汽車驅動電動機供電，當電池組123剩餘電量最小時，由電池組124、電池組125和電池126輪流為汽車驅動電動機供電，當電池組124剩餘電量最小時，由電池組123、電池組125和電池組126輪流為汽車驅動電動機供電，當電池組125剩餘電量最小時，由電池組123、電池組124和電池組126輪流為汽車驅動電動機供電，當電池組126剩餘電量最小時，由電池組123、電池組124和電池組125輪流為電動汽車驅動電動機供電。

電池組輪流供電的周期為t時，每個電池組在周期t內對應供電時長2t/3，休息時長為t/3，當電池組123剩餘電量最小時，電池組123停止供電，由電池組124、電池組125和電池組126輪流供電，第一個供電周期t內，0~t/3內電池組124和電池組125同時供電，電池組126休息，t/3~2t/3內電池組125和電池組126同時供電，電池組124休息，2t/3~t內電池組124和電池組126同時供電，電池組125休息，剩下的若干個供電周期重複按照第一個供電周期內電池組切換方式進行供電；當電池組124剩餘電量最小時，電池組124停止供電，由電池組123、電池組125和電池組126輪流供電，第一個供電周期t內，0~t/3內電池組123和電池組125同時供電，電池組126休息，t/3~2t/3內電池組125和電池組126同時供電，電池組123休息，2t/3~t內電池組123和電池組126同時供電，電池組125休息，剩下的若干個供電周期重複按照第一個供電周期內電池組切換方式進行供電；當電池組125剩餘電量最小時，電池組125停止供電，由電池組123、電池組124和電池組126輪流供電，第一個供電周期t內，0~t/3內電池組123和電池組124同時供電，電池組126休息，t/3~2t/3內電池組124和電池組126同時供電，電池組123休息，2t/3~t內電池組123和電池組126同時供電，電池組124休息，剩下的若干個供電周期重複按照第一個供電周期內電池組切換方式進行供電；當電池組126剩餘電量最小時，電池組126停止供電，由電池組123、電池組124和電池組125輪流供電，第一個供電周期t內，0~t/3內電池組123和電池組124同時供電，電池組125休息，t/3~2t/3內電池組124和電池組125同時供電，電池組123休息，2t/3~t內電池組123和電池組125同時供電，電池組124休息，剩下的若干個供電周期重複按照第一個供電周期內電池組切換方式進行供電。

電池組123、電池組124、電池組125和電池組126的電池組結構和配置相同，電池組內包含7個電池單體，分別是電池單體301、電池單體302、電池單體303、電池單體304、電池單體305、電池單體306和電池單體307，電池單體301兩端分別串聯開關308和開關309，電池單體302兩端分別串聯開關310和開關311，電池單體303兩端分別串聯開關312和開關313，電池單體304兩端分別串聯開關314和開關315，電池單體305兩端分別串聯開關324和開關325，電池單體306兩端分別串聯開關326和開關327，電池單體307兩端分別串聯開關328和開關329，開關316、開關317、開關330、開關318、開關319、開關331、開關320、開關321、開關332、開關322和開關323依次串聯，開關316與開關308相連接，開關323與開關315相連接，開關316與開關317連接處與開關324連接，開關318和開關319連接處與開關325和開關326連接處相連接，開關320和開關321連接處與開關327和開關328連接處相連接，開關322和開關323連接處與開關329相連接，開關330連接在開關309和開關310之間，開關331連接在開關311和開關312之間，開關332連接在開關313和開關314之間。

為了保證每個電池組在給汽車驅動電動機提供電力時，提供相同電壓的電力，從而保證電池交替工作時，電動汽車驅動電動機的受電電力平穩且沒有波動，按如下方式進行電池連接關係變換，當電池單體302故障時，且電池單體306正常時，開關308、開關309、開關312、開關313、開關314、開關315、開關318、開關320、開關326、開關327、開關330和開關332閉合，其它開關斷開，電池單體301、電池單體306、電池單體303和電池單體304串聯運行，使得故障電池單體302切除，備用電池單體306投入運行，當其它電池單體故障時，也可以通過投切相應的開關實現故障電池單體的切除和備用電池單體投入運行，為了保證每個電池組在給電動汽車驅動電動機提供電力時，提供相同容量的電力，從而保證電池交替工作時，電動汽車驅動電動機的受電電力平穩且沒有波動，按如下方式進行電池連接關係變換，當電池單體302容量不足時，且電池單體306正常時，由電池單體302和電池單體306並聯運行提升並聯電池單體的容量，開關308、開關309、開關310、開關311、開關312、開關313、開關314、開關315、開關318、開關320、開關326、開關327、開關330、開關331和開關332閉合，其它開關斷開，使得電池單體302與電池單體306並聯投入運行，提升電池單體302的電池容量，當其它電池單體容量不足時，也可以通過投切相應的開關實現電池單體並聯來提升電池組的容量，為了保證每個電池組在給電動汽車驅動電動機提供電力時，電池組整體電壓充足，按如下方式進行電池連接關係變換，當電池組整體電壓不足時，開關308、開關309、開關317、開關324、開關325、開關318、開關310、開關311、開關331、開關312、開關313、開關332、開關314和開關315閉合，其它開關斷開，使得電池單體301、電池單體302、電池單體303、電池單體304、電池單體305串聯，提升電池組整體電壓，當電池組整體電壓嚴重不足時，開關308、開關309、開關317、開關324、開關325、開關318、開關310、開關311、開關331、開關312、開關313、開關321、開關328、開關329、開關322、開關314和開關315閉合，其它開關斷開，使得電池單體301、電池單體302、電池單體303、電池單體304、電池單體305、電池單體307串聯，提升電池組整體電壓。

電池單體301、電池單體302、電池單體303和電池單體304是正在運行的電池單體，電池單體305、電池單體306和電池單體307是備用電池單體，當電池組中內各電池單體電壓和剩餘電量均達到額定值時，正在運行的電池單體投入運行，備用電池單體退出運行，當電動汽車行駛時，步驟1）檢測為汽車驅動電動機供電的電池組剩餘電量，選擇出最小剩餘電量電池組之外的三個電池組放電並計算放電的三個電池組的電壓平均值，選擇出低於平均值的電池組進行工作模式切換；步驟2）檢測進行工作模式切換電池組的電壓；步驟3）當電池組的電壓小於或等於所述電壓平均值的75%時，將電池組中的一個備用電池單體投入，進入步驟7）；步驟4）當電池組的電壓小於或等於所述電壓平均值的50%時，將電池組中的兩個備用電池單體投入，進入步驟7）；步驟5）當電池組的電壓大於所述電壓平均值的75%時，檢測電池組內各電池單體的電壓，選擇未投入的備用電池單體之一對正在運行且電壓最小的電池單體替換；步驟6）判斷電池組的電壓是否大於電壓平均值的90%；當電池組的電壓小於或等於電壓平均值的90%時，返回執行步驟5），當電池組的電壓大於電壓平均值的90%時，進入步驟7）；步驟7）計算運行的三個電池組的平均剩餘電量；步驟8）當電池組的剩餘電量小於平均剩餘電量時，選擇未投入的備用電池單體之一與正在運行的電池單體之一進行並聯運行；步驟9）判斷電池組的剩餘電量是否大於平均剩餘電量，當電池組的剩餘電量小於平均剩餘電量時，返回執行步驟8），當電池組的剩餘電量大於或等於平均剩餘電量時,進入步驟9）；步驟9）電池組工作模式切換結束。

實施本發明的帶能量回饋的電動汽車配電系統，具有以下有益效果，可以實現電動汽車在減速或剎車時產生的回饋能量得到有效的儲存，在車內為電子器件供電的電池組沒有滿充電時，由回饋能量為該電池組充電，當車內為電子器件供電的電池組滿充電時，回饋能量為車內驅動電機供電的電池組供電，車內驅動電機供電的電池組中剩餘電量最低的電池組切換為由回饋能量對其進行充電的工作狀態，這樣可以保證電池組之間的電力均衡，提升充電效率；另外，車內驅動電機電池組之間輪值工作，使得每個電池組都可以周期性的停止工作，可以降低電池組的溫度，有效提升電池的使用壽命和安全性，同時，通過對電池組內各電池單元之間的連接關係的控制，保證各電池組工作時為電動汽車提供相同的工作電力，這既可以保證電池的均衡，又可以保證電動汽車內驅動電機受電穩定；每個電池組內設置多個電池單體，電池單體之間可以互為備用，進一步提升供電的穩定性和可靠性。

附圖說明

圖1為帶能量回饋的電動汽車配電系統原理圖。

圖2為各電池組輪值供電和車內驅動電機受電示意圖。

圖3a為每個電池組內各電池單體之間的連接關係圖。

圖3b為某個電池單體故障時，其它電池單體進行替換的開關切換示意圖。

圖3c為某兩個電池單體故障時，其它電池單體進行替換的開關切換示意圖。

圖3d為某三個電池單體故障時，其它電池單體進行替換的開關切換示意圖。

圖3e為某個電池單體剩餘容量不足時，其它電池單體進行電量補充的開關切換示意圖。

圖3f為某兩個電池單體剩餘容量不足時，其它電池單體進行電量補充的開關切換示意圖。

圖3g為某三個電池單體剩餘容量不足時，其它電池單體進行電量補充的開關切換示意圖。

圖3h電池組整體電壓不足時，通過多個電池串聯提升電池組整體電壓的開關切換示意圖。

圖3i電池組整體電壓嚴重不足時，通過多個電池串聯提升電池組整體電壓的開關切換示意圖。

圖4為電池組工作模式切換流程圖。

具體實施方式

圖1為帶能量回饋的電動汽車配電系統原理圖：圖1中整流器分別與開關103和開關104相連，開關104分別與開關105、開關106、開關107、開關108、開關110和開關112相連，開關103分別與開關110和開關112相連，開關105與直流-直流變換器119相連，直流-直流變換器119與電池組123相連，開關106與直流-直流變換器120相連，直流-直流變換器120與電池組124相連，開關107與直流-直流變換器121相連，直流-直流變換器121與電池組125相連，開關108與直流-直流變換器122相連，直流-直流變換器122與電池組126相連，開關110與雙向變換器相連，雙向變換器與汽車驅動電動機相連，開關112與直流-直流變換器117相連，直流-直流變換器117與為車內電子器件供電的電池組相連。

圖2為各電池組輪值供電和車內驅動電機受電示意圖：電動汽車行駛時，控制器102分別檢測電池組123、電池組124、電池組125和電池組126的剩餘電量，選擇剩餘電量最小的電池組之外的電池組為電動汽車驅動電動機116供電，當電池組123剩餘電量最小時，由電池組124、電池組125和電池126輪流為電動汽車驅動電動機116供電，當電池組124剩餘電量最小時，由電池組123、電池組125和電池組126輪流為電動汽車驅動電動機116供電，當電池組125剩餘電量最小時，由電池組123、電池組124和電池組126輪流為電動汽車驅動電動機116供電，當電池組126剩餘電量最小時，由電池組123、電池組124和電池組125輪流為電動汽車驅動電動機116供電。

電池組輪流供電的周期為t時，每個電池組在周期t內對應供電時長2t/3，休息時長為t/3，當電池組123剩餘電量最小時，電池組123停止供電，由電池組124、電池組125和電池組126輪流供電，第一個供電周期t內，0~t/3內電池組124和電池組125同時供電，電池組126休息，t/3~2t/3內電池組125和電池組126同時供電，電池組124休息，2t/3~t內電池組124和電池組126同時供電，電池組125休息，剩下的若干個供電周期重複按照第一個供電周期內電池組切換方式進行供電；當電池組124剩餘電量最小時，電池組124停止供電，由電池組123、電池組125和電池組126輪流供電，第一個供電周期t內，0~t/3內電池組123和電池組125同時供電，電池組126休息，t/3~2t/3內電池組125和電池組126同時供電，電池組123休息，2t/3~t內電池組123和電池組126同時供電，電池組125休息，剩下的若干個供電周期重複按照第一個供電周期內電池組切換方式進行供電；當電池組125剩餘電量最小時，電池組125停止供電，由電池組123、電池組124和電池組126輪流供電，第一個供電周期t內，0~t/3內電池組123和電池組124同時供電，電池組126休息，t/3~2t/3內電池組124和電池組126同時供電，電池組123休息，2t/3~t內電池組123和電池組126同時供電，電池組124休息，剩下的若干個供電周期重複按照第一個供電周期內電池組切換方式進行供電；當電池組126剩餘電量最小時，電池組126停止供電，由電池組123、電池組124和電池組125輪流供電，第一個供電周期t內，0~t/3內電池組123和電池組124同時供電，電池組125休息，t/3~2t/3內電池組124和電池組125同時供電，電池組123休息，2t/3~t內電池組123和電池組125同時供電，電池組124休息，剩下的若干個供電周期重複按照第一個供電周期內電池組切換方式進行供電。

圖3a為每個電池組內各電池單體之間的連接關係圖：圖3a中電池組123、電池組124、電池組125和電池組126的電池組結構和配置相同，電池組內包含7個電池單體，分別是電池單體301、電池單體302、電池單體303、電池單體304、電池單體305、電池單體306和電池單體307，電池單體301兩端分別串聯開關308和開關309，電池單體302兩端分別串聯開關310和開關311，電池單體303兩端分別串聯開關312和開關313，電池單體304兩端分別串聯開關314和開關315，電池單體305兩端分別串聯開關324和開關325，電池單體306兩端分別串聯開關326和開關327，電池單體307兩端分別串聯開關328和開關329，開關316、開關317、開關330、開關318、開關319、開關331、開關320、開關321、開關332、開關322和開關323依次串聯，開關316與開關308相連接，開關323與開關315相連接，開關316與開關317連接處與開關324連接，開關318和開關319連接處與開關325和開關326連接處相連接，開關320和開關321連接處與開關327和開關328連接處相連接，開關322和開關323連接處與開關329相連接，開關330連接在開關309和開關310之間，開關331連接在開關311和開關312之間，開關332連接在開關313和開關314之間。

圖4為電池組工作模式切換流程圖：圖4中電池單體301、電池單體302、電池單體303和電池單體304是正在運行的電池單體，電池單體305、電池單體306和電池單體307是備用電池單體，當電池組中內各電池單體電壓和剩餘電量均達到額定值時，正在運行的電池單體投入運行，備用電池單體退出運行，當電動汽車行駛時，步驟1）檢測為汽車驅動電動機供電的電池組剩餘電量，選擇出最小剩餘電量電池組之外的三個電池組放電並計算放電的三個電池組的電壓平均值，選擇出低於平均值的電池組進行工作模式切換；步驟2）檢測進行工作模式切換電池組的電壓；步驟3）當電池組的電壓小於或等於所述電壓平均值的75%時，將電池組中的一個備用電池單體投入，進入步驟7）；步驟4）當電池組的電壓小於或等於所述電壓平均值的50%時，將電池組中的兩個備用電池單體投入，進入步驟7）；步驟5）當電池組的電壓大於所述電壓平均值的75%時，檢測電池組內各電池單體的電壓，選擇未投入的備用電池單體之一對正在運行且電壓最小的電池單體替換；步驟6）判斷電池組的電壓是否大於電壓平均值的90%；當電池組的電壓小於或等於電壓平均值的90%時，返回執行步驟5），當電池組的電壓大於電壓平均值的90%時，進入步驟7）；步驟7）計算運行的三個電池組的平均剩餘電量；步驟8）當電池組的剩餘電量小於平均剩餘電量時，選擇未投入的備用電池單體之一與正在運行的電池單體之一進行並聯運行；步驟9）判斷電池組的剩餘電量是否大於平均剩餘電量，當電池組的剩餘電量小於平均剩餘電量時，返回執行步驟8），當電池組的剩餘電量大於或等於平均剩餘電量時,進入步驟9）；步驟9）電池組工作模式切換結束。

本發明不限於所公開的實施例和附圖，旨在覆蓋落入本發明精神和保護範圍的各種變化和變形。