用於電動車輛的動力系統及電動車輛的製作方法
2023-07-16 20:48:01 2
專利名稱：用於電動車輛的動力系統及電動車輛的製作方法
技術領域：
本實用新型總體涉及電動車輛技術領域，具體而言涉及用於電動車輛的動力系統及電動車輛。
背景技術：
需要說明的是，該部分的闡述只是提供與本公開相關聯的背景信息且可能或者不會構成現有技術。通常情況下，鋰離子電池的工作溫度為-20°C到55°C，而電池在低溫下不允許充電。在環境溫度過低時，電動車內部電池會出現如下問題1、鋰離子容量在負極沉積，失去 電活性，甚至可能引發安全問題；車輛/電池包經常在低溫下使用，會極大損害電池包壽命，更嚴重時可能會有安全隱患。2、鋰離子電池充電時，鋰離子容易在負極沉積，變成死鋰，電池能發揮的容量顯著下降；在不斷的使用過程中，這些沉積鋰越長越大，甚至可能引發內部短路，造成安全隱患。這是車輛不能在低溫下充電(包括回饋)的原因。3、電池的放電能力有限，不利於行車。目前，電池加熱在電動汽車領域中已經是一種非常重要的技術。電池加熱策略的好壞，電池加熱器性能的優劣直接影響到汽車的舒適性、操作穩定性和安全性。在電動車中，加熱器與動力電池相連接。隨著社會的發展，新能源車，特別是純電動車作為一種代步工具，正慢慢地進入每一個家庭，用戶對汽車的性能要求也越來越高，特別是對舒適性的要求，這就要求車輛必須適應不同的行車需求。然而現階段大部分的電動車顯然無法滿足這種要求，特別是在寒冷的冬天，溫度過低，使動力電池的性能下降，無論是在放電能力上，還是在電池容量上都會有所下降，甚至不能使用。
實用新型內容本實用新型旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本實用新型需要提供一種電動車輛的動力系統，所述動力系統無需外加電源，即可利用自身動力電池所提供的能量實現對動力電池的加熱。此外，本實用新型需要提供一種用於電動車輛的動力系統，所述動力系統可以極大地降低電動車輛在低溫環境使用的限制，在提高加熱效率的同時降低成本。根據本實用新型的一方面，提供了一種用於電動車輛的動力系統，包括電池組；電池加熱器，所述電池加熱器與所述電池組相連，所述電池加熱器構造成適於可在所述電池組和所述電池加熱器之間進行充放電，以通過所述電池組內產生的熱量而對所述電池組進行加熱；電池管理器，所述電池管理器分別與所述電池組和所述電池加熱器相連，以控制所述電池加熱器對所述電池組的加熱；電動機；配電器，所述配電器連接至所述電池加熱器，並用於對所述電池組輸出的電壓進行分配；電動機控制器，所述電動機控制器分別與所述電動機和所述配電器相連，用於控制所述電動機的操作；以及隔離電感，所述隔離電感的兩端分別連接至所述電池組和所述配電器，且所述隔離電感設置在所述電池加熱器內。根據本實用新型的所述動力系統，通過電池加熱器的構造而在所述電池組和所述電池加熱器之間進行充放電，從而實現了利用所述電池組自身的能量實現了對電池組的加熱，效率更高。由於不需要專門的外部電源，從而降低了製造成本，容易實現工業上大規模製造。此外，由於該隔離電感設置在電池加熱器的內部的緣故，從而在防止了負載迴路對加熱迴路特性的影響並保證加熱電路的正常工作的同時，使得整個電池加熱器的安裝和拆卸更加方便。且在氣溫較高的應用環境下，可以整體去除該電池加熱器，從而降低成本。本實用新型的第二方面的實施例公開了一種電動車輛，包括上述的電動車輛的動力系統。該電動汽車能夠在寒冷的地區正常行駛，並且能夠一邊行車，一邊對電池組進行加熱，從而保證安全順利行車。本實用新型的附加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。·
本實用新型的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I是為根據本實用新型的一個實施例的用於電動車輛的動力系統的結構示意圖；圖2為根據本實用新型的一個實施例的、用於電動車輛的動力系統的電氣結構示意圖；圖3為根據本實用新型的一個實施例的、用於電動車輛的動力系統的電氣連接示意圖；以及圖4為根據本實用新型的一個實施例的、用於電動車輛的動力系統中的配電器的結構示意圖。
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，而不能理解為對本實用新型的限制。下述說明本質上只是示例性的，而不是以任何方式來限制本公開、本公開的應用或者使用。為了簡潔，將在附圖中使用相同的參考數字以識別相似的元件。如此處所使用，術語至少A、B和C中的至少一個必須理解為指的是邏輯(A或者B或者C)，使用非排他性邏輯或者。必須理解，在不改變本公開的原理的情況下，方法中的步驟可以不同的順序來執行。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。[0020]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，應當理解，本實用新型的實施例的範圍不受說明書中所公開的示例的限制。相反，本實用新型的實施例包括落入所附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。例如，在下面的用於電動車輛的動力系統的描述中，將以電動車作為示例來進行描述。但是，普通技術人員顯然知道，本實用新型不僅限於電動車，也可以將本實用新型的動力系統應用到其他類型的電力驅動的車輛，例如混合動力車等。根據本實用新型的一個實施例，提供了一種用於電動車輛的動力系統。如圖I中所示，該動力系統可以包括電池組101、電池加熱器102、電池管理器103、配電器104、電動機105、電動機控制器106和隔離電感L2。根據本實用新型的一個實施例，電池組101適於對電動車輛提供動力，可選地，該電池組101可以為動力電池組，也可以為任何能夠為電動車輛提供動力的電池所形成。電池加熱器102與電池組101相連，且所述電池加熱器102構造成適於可在所述電池組101和所述電池加熱器102之間進行充放電，以通過所述電池組101內產生的熱量而對所述電池組101進行加熱。電池管理器103分別與電池組101和所述電池加熱器102相連，以控制電池加熱器102對電池組101的加熱。可選地，電池管理器103通過CAN線107與電池加熱器102相連，同時還通過採樣線108與電池組101相連，以對電池組101中的電池進行溫度採樣、電壓採樣、對電池組101輸出電流採樣等。此外，電池管理器103還具有計算電池剩餘電量的功能，並可通過CAN線107把控制信號發送給相關的電氣器件，以實現對電池功能的管理。具體而言，電池管理器103用於在電池組101的溫度低於第一預定溫度閾值且電池組101剩餘電量高於預定電量閾值時，控制電池加熱器102對電池組101加熱。如圖I中所示，隔離電感L2的兩端分別連接至電池組101和配電器104，且隔離電感L2設置在電池加熱器102 內。根據本實用新型的所述動力系統，通過電池加熱器102的構造而在電池組101和電池加熱器102之間進行充放電，從而實現了利用電池組101自身的能量實現了對電池組的加熱，效率更高。由於不需要專門的外部電源，從而降低了製造成本，容易實現工業上大規模製造。此外，由於該隔離電感L2設置在電池加熱器102的內部的緣故，從而在防止了負載迴路對加熱迴路特性的影響並保證加熱電路的正常工作的同時，使得整個電池加熱器的安裝和拆卸更加方便。且在氣溫較高的應用環境下，可以整體去除該電池加熱器，從而降低成本。根據本實用新型的一個實施例，配電器104可以是一個通斷大電流的高壓器件，電池管理器103通過發送控制信號給配電器104來達到對電池組101輸出的電壓進行分配。根據本實用新型的一個實施例，電動機控制器106分別與電動機105和配電器104相連，且電動機控制器106具有第一輸入端、第二輸入端和連接在第一輸入端和第二輸入端之間的預充電容C2，電動機控制器106用於根據控制指令和配電器104為電動機控制器分配的電壓為電動機105供電。具體而言，電動機控制器106可以通過其內部的驅動電路把電池組101提供的直流電逆變成電動機105所需的三相交流電以給電動機105供電。在本實用新型的一個實施例中，所述電池管理器103控制成將所述動力系統工作在行車加熱模式或者停車加熱模式中。在所述行車加熱模式中，所述電動機控制器106根據所述電池管理器103發送的信號控制所述電動機105在限功率下運行。所述電池加熱器102進行故障自檢後將檢測結果發送至所述電池管理器103，並在所述電池加熱器102出現故障時所述電池管理器103發出禁止所述電動汽車加熱、行駛或充電的提示。。行車加熱具體是指除了電池加熱器給電池組加熱之外，電動車輛的其它高壓用電設備也能同時工作，例如電機、空調等，但電機和空調會被限功率運行。對應地，停車加熱是指除了電池加熱器給電池組加熱之外，電動車輛的其它高壓用電設備不工作，例如電池加熱器工作時，電機、空調等高壓用電設備不工作。相應地，行車電量閾值是指允許電動車輛進入行車加熱模式時電池組的剩餘電量，而停車電量是指允許電動車輛進入停車加熱模式時電池組的剩餘電量。根據本實用新型的一個實施例，隔離電感L2可以連接在電池組101和配電器104之間，且隔離電感L2的電感值與電動機控制器的預充電容C2相匹配。在本實用新型的一個實施例中，隔離電感L2的電感值L根據以下公式確定F = ITt^LC，其中T為電動機的等 效負載工作周期，C為預充電容C2的電容值。由於該隔離電感的緣故，從而防止了負載迴路對加熱迴路特性的影響，並保證加熱電路的正常工作。下面將結合圖2來對所述動力系統中的電池加熱器的詳細結構進行描述。如圖3所示，加熱組件1021和加熱器殼體1022。加熱組件1021與電池組101相連，並構造成適於可在電池組101和加熱組件1021之間進行充放電，以通過電池組101內產生的熱量來對電池組101進行加熱，加熱器殼體1022用於容納加熱組件1021和隔離電感L2。根據本實用新型的一個實施例，加熱組件1021可以包括第一開關模塊301、第一電容Cl、第一電感LI和第二開關模塊302。第一開關模塊301的一端與電池組101的第一電極和隔離電感L2相連。第一電容Cl的一端與第一開關模塊301的另一端相連,且第一電容Cl的另一端與電池組101的第二電極相連。第一電感LI的一端與第一開關模塊301和第一電容Cl之間的節點相連。第二開關模塊302的一端與第一電感LI的另一端相連，且第二開關模塊302的另一端與電池組101的第二電極相連。第一開關模塊301和第二開關模塊302的控制端分別與電池管理器103相連，在對電池組101加熱時，電池管理器103發送信號給電池加熱器102，電池加熱器102控制第一開關模塊301和第二開關模塊302依次導通，且在第一開關模塊301導通時第二開關模塊302關閉，在第二開關模塊302導通時第一開關模塊301關閉。進一步地，如圖2所示，電池組101中ESR為電池組等效內阻，ESL為電池組等效電感，E為電池組。L2為隔離電感，用於將表示電池加熱器102的Part 2與電動機105的等效負載電路Part5相隔離，這樣電池組101的反電壓就被隔離電感L2所吸收，不會加到後級負載。C2為電動機控制器106的直流母線電容，即預充電容，R表示電動機105的等效負載。電池加熱器102工作時，其內部開關模塊按照一定的時序閉合和關斷。在本實用新型的一個示例中，如圖2所示，開關模塊可以為IGBT(Insulated GateBipolar Transistor,絕緣柵雙極型電晶體)。需要說明的是,該開關模塊可以採用其他能實現電路通斷的器件，其也落入本實用新型的保護範圍之內。當加熱開始時，內部元器件如電感、電容都處於初始狀態，並沒有儲存能量，電池加熱器102的工作流程包括(I) IGBTl導通，IGBT2關斷時，電池包E通過迴路「C1-D1-ESL-ESR-E-C1」對第一電容Cl進行充電，當充電進行到一段時間後，第一電容Cl兩端的電壓與電池包E的電壓相等，但由於電路中存在感性元件，使第一電容Cl繼續充電，第一電容Cl兩端電壓比電池包E電壓高，當充電電流為零時，第一電容Cl開始放電，此時放電迴路為CI-Dl-ESL-ESR-E-C1」，直到放電電流為零。(2) IGBTl關斷，當I GBT2導通時，第一電容Cl繼續放電。其中存在放電迴路為「C1-D2-L1-IGBT2-C1」。由於第一電感LI的存在，第一電容Cl繼續放電，使第一電容Cl兩端電壓低於電池包E電壓。如此重複上述過程，從而實現了通過電池組101的反覆充電和放電，而實現了對電池組101自身加熱，通過電池加熱器102的構造而在電池組101和電池加熱器102之間進行充放電，從而實現了利用電池組101自身的能量實現了對電池組101的加熱，效率更高。由於不需要專門的外部電源，從而降低了製造成本，容易實現工業上大規模製造。當第一開關模塊301導通時，若不加入隔離電感L2，則預充電容C2通過第一開關模塊301對第一電容Cl進行充電，充電電流大小由迴路中總抗決定，致使第一電容Cl電流波形不可控，加熱電路特性被改變，電路不能正常工作。因此，根據本實用新型的一個實施例，當電動機105與電池加熱器102同時工作時，需加入隔離電感L2。在本實用新型的一個實施例中，電池加熱器102還包括動力接插件，用於連接並固定動力線109。該動力接插件需要滿足防渦流要求，並且由於電池加熱器102工作期間電流變化頻率非常快，導致動力接插件內部的磁導材料溫升很快，因此，儘量選擇磁導率小的動力接插件。根據本實用新型的一個實施例，電池加熱器102上可以設置有四個動力接插件，其中兩個動力接插件與電池組101相連，另外兩個動力接插件與配電器104相連。動力接插件用於高壓線束的始端和末端。所述電池加熱器102通過動力線與配電器104連接。如圖3中所示，電池加熱器102的加熱組件1021與配電器104之間並聯連接。可選地，電池加熱器102也包括一個低壓接插件，用於與外部系統進行連接並通訊，其中包括用於連接電池管理器103的CAN線107以及自檢信號線和故障信號線。參照圖3，在本實用新型的一個實施例中，隔離電感L2放置在電池加熱器102內部。由此，使配電器104與電池組101直接連接，從而使得整個動力系統的物理結構更加簡單。如圖3所示，在本實用新型的一個實施例中，電池加熱器102內部包括隔離電感L2、保險401以及加熱器自身用電器件。這樣，當電池組101不需要加熱時，可把電池加熱器102整體卸下，直接使配電器104與例如動力電池包的電池組101進行連接，從而有利於節省成本。此外，在氣溫較高的地方，電動車無需外加電池加熱器，而在寒冷的地方，則可以裝載電池加熱器102，從而在車型開發時，無需為適應銷售地區而作較大的改動。提高了該動力系統的適用範圍。根據本實用新型的一個實施例，電池加熱器102包括四個動力接插件，其中兩個通過動力線109與電池組101相連，另外兩個動力接插件通過動力線109與配電器104相連。動力接插件用於高壓線束的始端和末端。在本實用新型的一個實施例中，參照圖I-圖3，電池加熱器102還包括冷卻組件110,用於對所述電池加熱器102進行冷卻，即對電池加熱器102中的第一開關模塊301和第二開關模塊302進行冷卻。在本實用新型的一個實施例中，冷卻組件110可以進一步包括設置在電池加熱器102中的風道和設置在風道一端的風扇。採用風扇進行散熱的電池加熱器。在本實用新型的另一個實施例中，冷卻組件110可以進一步包括設置在電池加熱器102中的冷卻液通道以及設置在電池加熱器102上的冷卻液進口和冷卻液出口(未示出)。採用冷卻液進行散熱的電池加熱器，散熱效果好，並且密封性能優。在本實用新型的一個實施例中，如圖4所示，電動汽車的動力系統中的配電器104可以進一步包括主接觸器601和預充接觸器602。主接觸器601用於在電池管理器103的控制下將配電器104的輸出電壓分配至電動汽車的用電設備，如電動機105等。預充接觸器602與電動機控制器106的第一輸入端603和第二輸入端604其中之一相連，在本實施例中，所述預充接觸器602與第一輸入端603相連。預充接觸器602用於在電池管理器103的控制下，在電動機控制器106控制電動機105啟動之前，為預充電容C2充電。下面將簡單描述本實用新型的用於車輛的動力系統的操作過程。當電動車被啟動之後，電池管理器103開始工作，並檢測電池組101的平均溫度和配電器104內的主接觸器的通斷情況。所述電池組的溫度為電池組101的平均溫度，電池管理器103對電池組101內的每個電池模組的溫度進行採樣，採集電池組101內每節電池的溫度值，並計算出電 池組內所有電池的平均溫度。如果電池組101的平均溫度小於第一預定溫度閾值且電池組101的剩餘電量大於預定電量閾值時，同時用戶按下加熱按鈕並保持預定的時間，則電池管理器103通過CAN線107向電池加熱器102發送電池加熱控制指令，允許整車加熱和行駛。在本實用新型的一個示例中，第一預定溫度閾值可以為_10°C，該預定電量閾值可以是電池組101的總電量的30%。在行車加熱開始之前，也就是電機工作之前，電池管理器103發送控制信號給配電器104，控制預充接觸器進行吸合，從而使電池組101給預充電容C2充電，當預充電容電壓接近電池組電壓後，才允許電動機105進行工作。電池管理器103根據電動車行駛的狀態而將使得所述動力系統工作在行車加熱模式或者停車加熱模式中。當在行車時，電動機控制器106根據電池管理器103發送的電池充電信號控制電動機105在限定功率下運行。當電池加熱到所需溫度時，電池管理器103可以中止電池加熱器102對電池組101的加熱。綜上，根據本實用新型實施例的一個實施例，利用車上電池組101大電流放電，電池包E自身內阻發熱，達到給電池組101加熱的目的。該動力系統無需外加電源，加熱所需電量完全由本身電池組101提供，通過電池管理器103和電池加熱器102對電池組101進行加熱管理，大大降低了電動車輛在低溫環境使用的限制，且能夠實現電動汽車邊行車邊加熱，即可在電池加熱的同時能滿足電動汽車限功率運行，滿足客戶在低溫時行車和充電要求。此外,該動力系統對電池直接加熱,加熱效率更高,成本較低，實用性強,容易實行產業化。本實用新型第二方面的實施例公開了一種電動車輛，包括上述的電動車輛的動力系統。該電動汽車能夠在寒冷的地區正常行駛，並且能夠一邊行車，一邊對電池組進行加熱，從而保證安全順利行車。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，本領域的普通技術人員可以理解在不脫離本實用新型的原理和宗旨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權利要求及其等同物 限定。
權利要求1.一種用於電動車輛的動力系統，其特徵在於，包括 電池組； 電池加熱器，所述電池加熱器與所述電池組相連，所述電池加熱器在所述電池組和所述電池加熱器之間進行充放電，以通過所述電池組內產生的熱量而對所述電池組進行加執. 電池管理器，所述電池管理器分別與所述電池組和所述電池加熱器相連，以控制所述電池加熱器對所述電池組的加熱； 配電器，所述配電器連接至所述電池加熱器，並用於對所述電池組輸出的電壓進行分配； 電動機和電動機控制器，所述電動機控制器分別與所述電動機和所述配電器相連，用於控制所述電動機的操作；以及 隔離電感，所述隔離電感的兩端分別連接至所述電池組和所述配電器，且所述隔離電感設置在所述電池加熱器內。
2.根據權利要求I所述的動力系統，其特徵在於，所述電動機控制器具有第一輸入端、第二輸入端和連接在所述第一輸入端和第二輸入端之間的預充電容，且所述隔離電感與所述電動機控制器的預充電容相匹配。
3.根據權利要求2所述的動力系統，其特徵在於，所述隔離電感的電感值L根據以下公式確定
4.根據權利要求I所述的動力系統，其特徵在於，所述電池管理器在所述電池組的溫度低於第一預定溫度閾值且所述電池組的剩餘電量高於預定電量閾值時，控制所述電池加熱器對所述電池組進行加熱。
5.根據權利要求I所述的動力系統，其特徵在於，所述電池加熱器包括 加熱組件；以及 加熱器殼體，所述加熱器殼體用於容納所述加熱組件和所述隔離電感。
6.根據權利要求5所述的動力系統，其特徵在於，所述加熱組件包括 第一開關模塊，所述第一開關模塊的一端與所述電池組的第一電極相連； 第一電容，所述第一電容的一端與所述第一開關模塊的另一端相連，且所述第一電容的另一端與所述電池組的第二電極相連； 第一電感，所述第一電感的一端與所述第一開關模塊和所述第一電容之間的節點相連；以及 第二開關模塊，所述第二開關模塊的一端與所述第一電感的另一端相連，且所述第二開關模塊的另一端與所述電池組的第二電極相連，所述第一開關模塊和第二開關模塊的控制端分別與所述電池管理器相連。
7.根據權利要求6所述的動力系統，其特徵在於，所述電池管理器發送信號給電池加熱器，所述電池加熱器控制成在對所述電池組加熱時控制所述第一開關模塊和第二開關模塊依次導通，且在所述第一開關模塊導通時所述第二開關模塊關閉，在所述第二開關模塊導通時所述第一開關模塊關閉。
8.根據權利要求I所述的動力系統，其特徵在於，所述電池管理器控制所述動力系統工作在行車加熱模式或者停車加熱模式中。
9.根據權利要求8所述的動力系統，其特徵在於，在所述行車加熱模式中，所述電動機控制器根據所述電池管理器發送的信號控制所述電動機在限功率下運行。
10.根據權利要求I所述的動力系統，其特徵在於，進一步包括冷卻組件，用於對所述電池加熱器進行冷卻。
11.根據權利要求4所述的動力系統，其特徵在於，所述電池加熱器和所述配電器串聯連接，且所述電池加熱器分別通過兩根動力線與所述電池組和所述配電器連接。
12.根據權利要求11所述的動力系統，其特徵在於，所述動力線分別通過設置在所述電池加熱器、所述配電器以及所述電池組上的動力接插件固定並連接。
13.根據權利要求I所述的動力系統，其特徵在於，所述電動車輛為純電動車或者混合動力車。
14.一種電動車輛，其特徵在於，包括如權利要求1-13任意一項所述的電動車輛的動力系統。
專利摘要本實用新型公開了一種用於電動車輛的動力系統，包括電池組；電池加熱器，電池加熱器構造成適於可在電池組和電池加熱器之間進行充放電；電池管理器；電動機；配電器和電動機控制器，用於控制電動機的操作；以及隔離電感，隔離電感的兩端分別連接至電池組和配電器，且隔離電感設置在電池加熱器內。根據本實用新型的動力系統，可以利用電池組自身所產生的熱量而實現對電池的加熱，從而極大地降低了車輛特別是電動車輛在低溫環境下的限制。此外，由於該隔離電感設置在電池加熱器內的緣故，從而整個電池加熱器可以被卸下，有利於降低成本。本實用新型還公開了一種具有該動力系統的電動車輛。
文檔編號B60L11/18GK202656881SQ20122023203
公開日2013年1月9日 申請日期2012年5月22日 優先權日2012年5月22日
發明者伍星馳, 王洪軍, 謝世濱 申請人:比亞迪股份有限公司