電動汽車能源管理系統的製作方法

2023-06-12 05:30:11 1

專利名稱：電動汽車能源管理系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電動汽車技術領域，具體而言，涉及一種電動汽車能源管理系統。
背景技術：
隨著人們對能源危機、環保意識的觀念不斷改變以及人們對汽車的舒適性、安全性要求的提高，電動汽車取得了一定的發展。但是，動力電池目前仍是其發展的瓶頸，蓄電池由於功率密度偏低，不能滿足車輛的頻繁地起步、加速和制動工況的要求，而且由於加速時浪費了過多的能量，致使車輛的行駛裡程也不能滿足要求，採用複合電源能夠解決這些問題。電動車續航裡程不僅與電池的容量有關，同時還與電動車的行駛狀態有關，較大的脈衝電流不僅對電池的使用壽命有很大影響，還會影響電池電量的使用效率，從而影響續航能力。因此，電源控制在電動汽車中非常重要，它很大程度上影響電動汽車的性能。由 於電源控制的特點，要求控制系統的快速響應能力、準確性以及可預測性非常高，若要運行較為複雜的控制算法，對於一般的MCU (Micro Control Unit,微控制單元)、DSP (DigitalSignal Processing,數位訊號處理)等可編程器件的使用較為困難或成本過高。可編程邏輯器件適合於完成各種算法和組合邏輯，且其準確性與可預測性較強。可編程邏輯器件的連續式布線結構決定了它的時序延遲是均勻的和可預測的，適合於觸發器有限而乘積項豐富的結構。此外，可編程邏輯器件的速度快，時間的可預測性的特點，能完全滿足在電源控制系統中對時間與準確性上的要求。而現有的方式是採用動力電池和超級電容的並聯，通過DSP控制器控制DC-DC變換器的輸出來控制超級電容功率，其缺點是不能主動控制功率流，其次，採用DSP控制器的系統，它的時序延遲不可預測，難以實現高精度控制。

實用新型內容本實用新型的目的旨在至少解決上述的技術問題之一。為此，本實用新型的目的在於提出一種電動汽車能源管理系統，採用兩組電源供電，根據電機的不同工作狀態決定兩組電源輸出功率的比例，可最大限度發揮兩組電源電池組和儲能電容各自的優勢，既可保證電機運行性能，又能延長電池組的使用壽命。為達到上述目的，本實用新型提出的一種電動汽車能源管理系統，包括第一儲能模塊；第二儲能模塊，所述第二儲能模塊與所述第一儲能模塊並聯；電源監控模塊，所述電源監控模塊分別與所述第一儲能模塊和所述第二儲能模塊相連，對所述第一儲能模塊的儲能狀態和所述第二儲能模塊的儲能狀態進行監控；分配模塊，所述分配模塊分別與所述第一儲能模塊、所述第二儲能模塊和所述電源監控模塊相連，通過所述電源監控模塊獲取車輛的當前運行狀態和道路狀態，並根據所述第一儲能模塊和第二儲能模塊的儲能狀態設置所述第一儲能模塊和所述第二儲能模塊的輸出功率比例；第一可控開關，所述第一可控開關分別與所述第一儲能模塊和所述分配模塊相連；以及第二可控開關，所述第二可控開關分別與所述第二儲能模塊的一端和所述分配模塊相連；其中，所述分配模塊通過對所述第一可控開關和所述第二可控開關的控制，並根據所述第一儲能模塊和所述第二儲能模塊的輸出功率比例輸出對應的電能。根據本實用新型的電動汽車能源管理系統，採用複合電源供電，結合使用高可靠性的分配模塊控制，充分利用儲能電容能在短時間內提供/吸收大的功率，效率高、循環壽命長等優點，在同容量電池下，既提升電動汽車的運行性能，又能提高電池組的使用效率。其中，所述第一可控開關和所述第二可控開關為絕緣柵雙極型電晶體IGBT或金屬-氧化層-半導體-場效電晶體M0SFET。所述第一儲能模塊為蓄電池組，所述第二儲能模塊包括儲能電容和直流-直流DC-DC雙向變換器，其中，所述DC-DC雙向變換器與所述分配模塊相連。並且，當所述電動汽車處於減速或制動狀態下，且所述儲能電容的容量低於預設值，所述分配模塊控制所述DC-DC雙向變換器向所述儲能電容充電。當所述電動汽車處於靜止或低速狀態下，且所述儲能電容的容量低於預設值，所述分配模塊控制所述第一儲能模塊為所述儲能電容充電。此外，當所述電源監控模塊檢測到與外部充電器連接時，所述分配模塊控制先對所述儲能電容充電，並在所述儲能電容充滿電後，再對所述第一儲能模塊充電。進一步地，所述電動汽車能源管理系統還包括第三可控開關，所述第三可控開關分別與所述第二儲能模塊的另一端、所述分配模塊和所述外部充電器相連，在所述分配模塊的控制下先對所述儲能電容充電。本實用新型附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。

本實用新型上述的和/或附加的方面和優點從
以下結合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I為根據本實用新型實施例的電動汽車能源管理系統的方框示意圖；和圖2為根據本實用新型另一個實施例的電動汽車能源管理系統的方框示意圖。
具體實施方式
下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的限制。下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現本實用新型的不同結構。為了簡化本實用新型的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。當然，它們僅僅為示例，並且目的不在於限制本實用新型。此外，本實用新型可以在不同例子中重複參考數字和/或字母。這種重複是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設置之間的關係。此外，本實用新型提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領域普通技術人員可以意識到其他工藝的可應用於性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特徵在第二特徵之「上」的結構可以包括第一和第二特徵形成為直接接觸的實施例，也可以包括另外的特徵形成在第一和第二特徵之間的實施例，這樣第一和第二特徵可能不是直接接觸。在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語的具體含義。參照下面的描述和附圖，將清楚本實用新型的實施例的這些和其他方面。在這些描述和附圖中，具體公開了本實用新型的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本實用新型的實施例的原理的一些方式，但是應當理解，本實用新型的實施例的範圍不受此限制。相反，本實用新型的實施例包括落入所附加權利要求書的精神和內涵範圍內的所有變化、修改和等同物。 下面參照圖I和圖2描述根據本實用新型實施例提出的電動汽車能源管理系統。如圖I所示，該電動汽車能源管理系統包括第一儲能模塊101、第二儲能模塊102、電源監控模塊103、分配模塊104、第一可控開關105和第二可控開關106。其中，第二儲能模塊102與第一儲能模塊101並聯連接。具體而言，在本實用新型的一個實施例中，如圖2所示，第一儲能模塊101為蓄電池組201，包括多個動力電池。第二儲能模塊102包括儲能電容202和直流-直流DC-DC雙向變換器203，其中，DC-DC雙向變換器203與分配模塊104相連。在本實用新型的一個示例中，儲能電容202可以為超級電容。如圖I所示，電源監控模塊103分別與第一儲能模塊101和第二儲能模塊102相連，對第一儲能模塊101的儲能狀態和第二儲能模塊102的儲能狀態進行監控。也就是說，電源監控模塊103對蓄電池組201和超級電容進行實時監控，包括監測蓄電池組201和超級電容的電壓、電流、溫度信號，同時，還要獲取當前車輛的運行狀態和道路狀態，如速度、坡度、牽引信號和制動信號等，用以判斷系統需要的功率狀態，及時調整輸出功率滿足電動汽車的需求。如圖I所示，分配模塊104分別與第一儲能模塊101、第二儲能模塊102和電源監控模塊103相連，通過電源監控模塊103獲取車輛的當前運行狀態和道路狀態，並根據第一儲能模塊101和第二儲能模塊102的儲能狀態設置第一儲能模塊101和第二儲能模塊102的輸出功率比例。並且，第一可控開關105分別與第一儲能模塊101和分配模塊104相連，第二可控開關106分別與第二儲能模塊102的一端和分配模塊104相連。其中，分配模塊104通過對第一可控開關105和第二可控開關106的控制，並根據第一儲能模塊101和第二儲能模塊102的輸出功率比例輸出對應的電能。進一步地，在本實用新型的一個實施例中，第一可控開關105和第二可控開關106可以為 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型電晶體)或 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金屬-氧化層-半導體-場效電晶體)。具體地說，在本實用新型的一個實施例中，如圖2所示，分配模塊104為可編程邏輯控制模塊204。此外，根據本實用新型實施例的電動汽車能源管理系統還包括第三可控開關205，其中第三可控開關205分別與第二儲能模塊102的另一端、可編程邏輯控制模塊204和外部充電器相連，在可編程邏輯控制模塊204的控制下先對儲能電容202充電。如圖2所示，該電動汽車能源管理系統200包括蓄電池組201、第一可控開關105、第二可控開關106、第三可控開關205、電源監控模塊103、可編程邏輯控制模塊204、儲能電容202和DC-DC雙向變換器203。其中，蓄電池組201和儲能電容202均是由多個單體經過串聯或並聯構成，蓄電池組201和儲能電容202的內部帶有相應的管理系統，儲能裝置是採用並聯連接方式，即儲能電容202和DC-DC雙向變換器203串聯連接，再整體與蓄電池組201並聯，以實現蓄電池組201和儲能電容202可以分別給電動汽車的電機驅動單元供電。[0031 ] 該系統中由第一可控開關105、第二可控開關106和可編程邏輯控制模塊204構成功率分配電路，第一可控開關105控制蓄電池組201的功率輸出，第二可控開關106控制儲能電容的功率輸出以及電動汽車制動時能量的回饋。可編程邏輯控制模塊204可產生穩健的PWM (Pulse Width Modulation,脈衝寬度調製)信號來控制各個可控開關的通斷,可編程邏輯控制模塊204作為系統的控制模塊，具有響應快速性、高準確性、可預測的優點。並且，DC-DC雙向變換器203和第二可控開關106 —起控制儲能電容202的充放電，且都是由可編程邏輯控制模塊204控制，DC-DC雙向變換器203可以穩定儲能電容202的輸出，且可以升壓，也可以降壓。當DC-DC雙向變換器203處於升壓狀態，儲能電容202放電；當DC-DC雙向變換器203處於降壓狀態，儲能電容充電。根據本實用新型實施例的電動汽車能源管理系統，通過控制第一可控開關105和第二可控開關106可以實現蓄電池組201與儲能電容202兩者獨立供電，也可以同時供電，這種方式的切換比較方便。具體而言，在本實用新型的一個實施例中，該電動汽車能源管理系統分為放電與 充電兩種工作模式。在放電工作模式時，電動汽車處於正常的運行狀態，主要分為三種狀態啟動、力口速與恆速運行。I.啟動狀態下由於電動汽車由靜止轉換到運行，電源的輸出功率在逐漸增加，且增加率較大，不適合由蓄電池組201進行供電，此時可編程邏輯控制模塊204將關閉蓄電池組的功率輸出，功率將全部由儲能電容202提供。在電動汽車啟動後並具有一定速度時，可編程邏輯控制模塊將開啟並逐漸增加蓄電池組的輸出功率，同時相應地減少儲能電容的功率輸出，從而達到保護蓄電池組的目的。2.加速狀態下在電動汽車處於一定運行速度下，由於加速而引起的增加的功率部分，將全部由儲能電容202提供，蓄電池組201保持恆功率輸出，當電動汽車到達加速目標速度後，此時可編程邏輯控制模塊204將在逐漸減小儲能電容輸出功率的同時，在蓄電池組性能範圍內逐漸增加電池的輸出功率，以維持電動汽車在目標速度下運行。3.恆速狀態下由於此狀態下電動汽車的消耗功率恆定，功率將全部由蓄電池組201提供，可最大限度發揮電池的使用效率，從而提高電動汽車的續航裡程。在本實用新型的一個實施例中，在充電工作模式時，當電動汽車處於減速或制動狀態下，且儲能電容的容量低於預設值，分配模塊控制DC-DC雙向變換器為儲能電容充電。也就是說，此時電機處於發電狀態，可編程邏輯控制模塊控制第二可控開關和DC-DC雙向變換器給儲能電容充電，儲能電容吸收瞬時峰值功率，回收制動能量，避免了瞬間大電流對蓄電池組的影響，有效地延長電池的使用壽命，從而降低了系統的成本。在本實用新型的另一個實施例中，在充電工作模式時，當電動汽車處於靜止或者低速的狀態下，且儲能電容的容量低於預設值，分配模塊控制第一儲能模塊為儲能電容充電。也就是說，此時蓄電池組還未達到額定最大輸出功率，通過可編程邏輯控制模塊控制相應的可控開關，對儲能電容進行充電，將蓄電池組的部分電量轉移至儲能電容，以維持後續需要。這種充電方式，是作為輔助補充的，儲能電容還是以回收制動能量為主。在本實用新型的一個實施例中，當電源監控模塊103檢測到與外部充電器連接時，分配模塊104 (即圖2中可編程邏輯控制模塊204)控制先對儲能電容202充電，並在儲能電容202充滿電後，再對第一儲能模塊101充電。根據本實用新型的電動汽車能源管理系統，蓄電池組與儲能電容對電動汽車的電機供電由可編程邏輯控制模塊分開控制，以達到智能充放電目的。放電時，可編程邏輯控制 模塊根據電機的不同運行狀態與蓄電池狀態，智能優化兩種電源的輸出功率比例。例如，在電動汽車啟動、加速等狀態下，由儲能電容提供瞬時大功率輸出，不足部分由蓄電池組進行補給；在恆速運行狀態下，輸出功率主要由蓄電池組提供。充電時，電源監控模塊根據對蓄電池組的電量檢測結果，決定優先充電。因此，電動汽車在不同的運行狀態下，由可編程邏輯控制模塊控制不同的電源提供相應比例的驅動功率，並根據電機運行狀態進行實時調整，非常適合在城市道路上運行，例如電動汽車頻繁啟動。此外，在保證運行性能前提下，提高了反應速度，並提高電動汽車的啟動、加速性能與續航裡程，同時還能最大限度地延長電池的使用壽命。在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。儘管已經示出和描述了本實用新型的實施例，對於本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的範圍由所附權利要求及其等同限定。
權利要求1.一種電動汽車能源管理系統，其特徵在於，包括 第一儲能模塊； 第二儲能模塊，所述第二儲能模塊與所述第一儲能模塊並聯； 電源監控模塊，所述電源監控模塊分別與所述第一儲能模塊和所述第二儲能模塊相連，對所述第一儲能模塊的儲能狀態和所述第二儲能模塊的儲能狀態進行監控； 分配模塊，所述分配模塊分別與所述第一儲能模塊、所述第二儲能模塊和所述電源監控模塊相連，通過所述電源監控模塊獲取車輛的當前運行狀態和道路狀態，並根據所述第一儲能模塊和第二儲能模塊的儲能狀態設置所述第一儲能模塊和所述第二儲能模塊的輸出功率比例； 第一可控開關，所述第一可控開關分別與所述第一儲能模塊和所述分配模塊相連； 以及 第二可控開關，所述第二可控開關分別與所述第二儲能模塊的一端和所述分配模塊相連； 其中，所述分配模塊通過對所述第一可控開關和所述第二可控開關的控制，並根據所述第一儲能模塊和所述第二儲能模塊的輸出功率比例輸出對應的電能。
2.如權利要求I所述的電動汽車能源管理系統，其特徵在於，所述第一可控開關和所述第二可控開關為絕緣柵雙極型電晶體IGBT或金屬-氧化層-半導體-場效電晶體MOSFET。
3.如權利要求I所述的電動汽車能源管理系統，其特徵在於，所述第一儲能模塊為蓄電池組，所述第二儲能模塊包括儲能電容和直流-直流DC-DC雙向變換器，其中，所述DC-DC雙向變換器與所述分配模塊相連。
4.如權利要求3所述的電動汽車能源管理系統，其特徵在於，當所述電動汽車處於減速或制動狀態下，且所述儲能電容的容量低於預設值，所述分配模塊控制所述DC-DC雙向變換器向所述儲能電容充電。
5.如權利要求I所述的電動汽車能源管理系統，其特徵在於，當所述電動汽車處於靜止或低速狀態下，且所述儲能電容的容量低於預設值，所述分配模塊控制所述第一儲能模塊為所述儲能電容充電。
6.如權利要求I所述的電動汽車能源管理系統，其特徵在於，當所述電源監控模塊檢測到與外部充電器連接時，所述分配模塊控制先對所述儲能電容充電，並在所述儲能電容充滿電後，再對所述第一儲能模塊充電。
7.如權利要求6所述的電動汽車能源管理系統，其特徵在於，還包括 第三可控開關，所述第三可控開關分別與所述第二儲能模塊的另一端、所述分配模塊和所述外部充電器相連，在所述分配模塊的控制下先對所述儲能電容充電。
專利摘要本實用新型提出一種電動汽車能源管理系統，包括並聯的第一、第二儲能模塊；電源監控模塊，電源監控模塊分別與第一、第二儲能模塊相連，對第一、第二儲能模塊的儲能狀態進行監控；分配模塊，分配模塊分別與第一、第二儲能模塊和電源監控模塊相連，通過電源監控模塊獲取車輛的當前運行狀態和道路狀態，並根據第一、第二儲能模塊的儲能狀態設置第一、第二儲能模塊的輸出功率比例；第一可控開關，第一可控開關分別與第一儲能模塊和分配模塊相連；第二可控開關，第二可控開關分別與第二儲能模塊的一端和分配模塊相連。該系統根據電機的不同工作狀態決定兩組電源輸出功率的比例，既可保證電機運行性能，又能延長電池組的使用壽命。
文檔編號B60L3/12GK202685978SQ20122026406
公開日2013年1月23日 申請日期2012年6月5日 優先權日2012年6月5日
發明者熊麗滿, 孫增光 申請人:北汽福田汽車股份有限公司