本發(fā)明涉及主要用于車輛驅(qū)動等電力系統(tǒng)的增程器、能量管理系統(tǒng)及能量管理方法。

背景技術(shù)：

增程器(Range-Extender)是為了增加電動車行駛里程而加裝在電動車上的一個附加儲能部件?，F(xiàn)有技術(shù)中，一般通過兩個獨(dú)立的開關(guān)來分別控制增程器與電機(jī)驅(qū)動單元的預(yù)充電，先對增程器中的穩(wěn)壓電容進(jìn)行充電，再對電機(jī)驅(qū)動單元中的穩(wěn)壓電容進(jìn)行充電，因而，一般會在增程器與電機(jī)驅(qū)動單元之間設(shè)置接觸器。當(dāng)電機(jī)驅(qū)動單元的穩(wěn)壓電容充電時，該接觸器處于斷開狀態(tài)，以保證在該穩(wěn)壓電容充電完成之前電機(jī)驅(qū)動單元不接受來自增程器的能量輸入。直到電機(jī)驅(qū)動單元的穩(wěn)壓電容充電完成后，該接觸器才閉合，使電機(jī)工作。然而，這樣的電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且能實(shí)現(xiàn)此功能的接觸器價格昂貴，重量、體積都較大，這樣，不僅增加了整車重量，也增加了制造成本。另外，駕駛員須通過兩個獨(dú)立的開關(guān)分別控制增程器和電機(jī)驅(qū)動單元，也增加了用戶的操作難度，不利于行車安全。

因此，有必要提供一種新的增程器、以及使用該增程器的能量管理系統(tǒng)和能量管理方法，以解決如上所述的至少一個問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個方面在于提供一種用于耦合在第一能量存儲裝置和電氣負(fù)載之間的能量管理系統(tǒng)。所述能量管理系統(tǒng)包括增程器和電氣負(fù)載驅(qū)動單元。 所述增程器包括第一直流-直流變換器、第二能量存儲裝置、第二直流-直流變換器和第一電容。所述第一直流-直流變換器具有用于可選擇地與所述第一能量存儲裝置耦合的輸入端，及輸出端。所述第二直流-直流變換器可選擇地耦合在所述第二能量存儲裝置和所述第一直流-直流變換器的輸出端之間。所述第一電容，其跨接于所述第一直流-直流變換器的輸出端。所述電氣負(fù)載驅(qū)動單元具有與所述第一直流-直流變換器的輸出端耦合的輸入端及與所述電氣負(fù)載耦合的輸出端，所述電氣負(fù)載驅(qū)動單元包括第二電容跨接于其輸入端。所述增程器進(jìn)一步包括充電組件和増程控制器。所述充電組件可選擇地耦合在所述第一能量存儲裝置和所述第一電容之間，所述第一能量存儲裝置可經(jīng)由所述充電組件給所述第一電容和所述第二電容充電。所述増程控制器被設(shè)置成當(dāng)所述第一、第二電容兩端的電壓達(dá)到預(yù)設(shè)值，且在所述第一、第二能量存儲裝置分別通過所述第一、第二直流變換器耦合至所述電氣負(fù)載驅(qū)動單元時，向所述電氣負(fù)載驅(qū)動單元發(fā)送使能信號，以使所述電氣負(fù)載驅(qū)動單元工作。

本發(fā)明的另一個方面在于提供一種增程器。所述增程器包括第一直流-直流變換器、第二能量存儲裝置、第二直流-直流變換器、第一電容、充電組件和増程控制器。所述第一直流-直流變換器具有用于可選擇地與第一能量存儲裝置耦合的輸入端，及用于與電氣負(fù)載驅(qū)動單元耦合的輸出端。所述第二直流-直流變換器可選擇地耦合在所述第二能量存儲裝置和所述第一直流-直流變換器的輸出端之間。所述第一電容，其跨接于所述第一直流-直流變換器的輸出端。所述充電組件可選擇地耦合在所述第一能量存儲裝置和所述第一電容之間，所述第一能量存儲裝置可經(jīng)由所述充電組件給所述第一電容充電。所述増程控制器被設(shè)置成當(dāng)所述第一電容兩端的電壓達(dá)到預(yù)設(shè)值，且在所述第一、第二能量存儲裝置分別通過所述第一、第二直流變換器耦合至所述電氣負(fù)載驅(qū)動單元時，向所述電氣負(fù)載驅(qū)動單元發(fā)送使能信號，以使所述電氣負(fù)載驅(qū)動單元工作。

本發(fā)明的另一個方面在于提供一種能量管理方法。所述能量管理方法包括操作能量管理系統(tǒng)。所述能量管理系統(tǒng)包括第一能量存儲裝置；第一直流-直流變換器，其具有可選擇地耦合于所述第一能量存儲裝置的輸入端；第二能量存儲裝置；第二直流-直流變換器，其具有可選擇地耦合于所述第二能量存儲裝置的輸入端；跨接于所述第一、第二直流-直流變換器的輸出端的第一電容；可選擇地耦合在所述第一能量存儲裝置和所述第一電容之間的充電組件；及電氣負(fù)載驅(qū)動單元，其具有與所述第一、第二直流-直流變換器的輸出端耦合的輸入端，所述電氣負(fù)載驅(qū)動單元包括跨接于其輸入端的第二電容。所述操作的步驟包括：用所述第一能量存儲裝置經(jīng)由所述充電組件同時給所述第一、第二電容充電；當(dāng)所述第一、第二電容兩端的電壓達(dá)到預(yù)設(shè)值時，將所述第一、第二能量存儲裝置分別通過所述第一、第二直流-直流變換器耦合至所述電氣負(fù)載驅(qū)動單元；及在所述第一、第二能量存儲裝置被耦合至所述電氣負(fù)載驅(qū)動單元之后，向所述電氣負(fù)載驅(qū)動單元發(fā)送使能信號，以使所述電氣負(fù)載驅(qū)動單元工作。

附圖說明

當(dāng)參照附圖閱讀以下詳細(xì)描述時，本發(fā)明的這些和其它特征、方面及優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，在附圖中，相同的元件標(biāo)號在全部附圖中用于表示相同的部件，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方式的能量管理系統(tǒng)的電路圖；及

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方式的能量管理方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

為幫助本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠確切地理解本發(fā)明所要求保護(hù)的主題，下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式。在以下對這些具體實(shí)施方式的詳細(xì)描述中，本說明書對一些公知的功能或構(gòu)造不做詳細(xì)描述以避免不必要 的細(xì)節(jié)而影響到本發(fā)明的披露。

除非另作定義，本權(quán)利要求書和說明書中所使用的技術(shù)術(shù)語或者科學(xué)術(shù)語應(yīng)當(dāng)為本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本說明書以及權(quán)利要求書中所使用的“第一”、“第二”以及類似的詞語并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來區(qū)分不同的組成部分?！耙粋€”或者“一”等類似詞語并不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個?！鞍ā被蛘摺熬哂小钡阮愃频脑~語意指出現(xiàn)在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵蓋出現(xiàn)在“包括”或者“具有”后面列舉的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件?！斑B接”或者“相連”等類似的詞語并非限定于物理的或者機(jī)械的連接，而是可以包括電性的連接，不管是直接的還是間接的。

本發(fā)明的實(shí)施例一方面涉及一種可以應(yīng)用于電動車輛的能量管理系統(tǒng)，及該系統(tǒng)所包括的增程器，該系統(tǒng)可與電動車輛上已有的能量存儲裝置相配合，以起到優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)、簡化操作的作用。

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式的能量管理系統(tǒng)60的電路圖。參見圖1，所述能量管理系統(tǒng)60用于對來自第一能量存儲裝置20的能量進(jìn)行控制、轉(zhuǎn)換并輸出給電氣負(fù)載40。所述第一能量存儲裝置20可能包括高能量電池(鉛酸電池等)、超級電容、發(fā)電機(jī)、燃料電池、光伏逆變電源或它們的組合等。所述電氣負(fù)載40可包括直流電機(jī)、單向電機(jī)、三相電機(jī)或它們的組合。在一些實(shí)施例中，所述電氣負(fù)載40包括三相電機(jī)。

所述能量管理系統(tǒng)60包括增程器10和電氣負(fù)載驅(qū)動單元30。增程器10中可包括至少一個輔助的能量存儲裝置，用來與第一能量存儲裝置20相配合為電氣負(fù)載40供電。增程器包括能量輸入端101及能量輸出端103。能量輸入端101與第一能量存儲裝置20耦合，用于接收從第一能量存儲裝置20輸入的能量。能量輸出端103與電氣負(fù)載驅(qū)動單元30耦合，用于向電氣負(fù)載驅(qū)動單元30輸出能量。增程器被設(shè)置成在滿足一定條件時向電氣負(fù)載驅(qū)動單元 30發(fā)送使能信號(Enable signal)。電氣負(fù)載驅(qū)動單元30用于在接收到所述使能信號之后，將從增程器10輸入的能量傳輸給電氣負(fù)載40，以使電氣負(fù)載40工作。

在圖所示的具體實(shí)施例中，增程器10包括第二能量存儲裝置12、第一直流-直流變換器11、第二直流-直流變換器13、第一電容C₁、充電組件14及増程控制器15。電氣負(fù)載驅(qū)動單元30包括電氣負(fù)載控制器31、電壓轉(zhuǎn)換電路32及第二電容C₂。

第一直流-直流變換器11可選擇地耦合在第一能量存儲裝置20和電氣負(fù)載驅(qū)動單元30之間，具體地，其輸入端101可選擇地與第一能量存儲裝置20耦合，其輸出端103與電氣負(fù)載驅(qū)動單元30的輸入端301耦合。這樣，第一能量存儲裝置20可經(jīng)由第一直流-直流變換器11耦合至電氣負(fù)載驅(qū)動單元30，所述第一直流-直流變換器的輸出端103可被用作上述增程器10的能量輸出端。

第二直流-直流變換器13可選擇地耦合在第二能量存儲裝置12和第一直流-直流變換器的輸出端103之間，第二直流-直流變換器13同時也可選擇地耦合在第二能量存儲裝置12和電氣負(fù)載驅(qū)動單元30之間，這樣，第二能量存儲系統(tǒng)12可經(jīng)由第二直流-直流變換器13耦合至電氣負(fù)載驅(qū)動單元30。

在一些實(shí)施例中，能量管理系統(tǒng)60進(jìn)一步包括第二開關(guān)裝置K₂及第三開關(guān)裝置K₃。第二開關(guān)裝置K₂位于所述第一能量存儲裝置20和所述第一直流-直流變換器11之間。第三開關(guān)裝置K₃位于所述第二能量存儲裝置12和所述第二直流-直流變換器13之間。可通過閉合第二開關(guān)裝置K₂和第三開關(guān)裝置K₃，將第一、第二能量存儲裝置20、12分別經(jīng)由所述第一、第二直流變換器11、13耦合至所述電氣負(fù)載驅(qū)動單元30。

第一電容C₁跨接于第一直流-直流變換器的輸出端103，同時也跨接于第二直流-直流變換器13的輸出端，用于穩(wěn)定第一直流-直流變換器11和第二直流-直流變換器13的輸出電壓。在第一直流-直流變換器11和第二直流- 直流變換器13的輸出端有電壓輸出之前，第一電容C₁中需要存儲有一定的電能，即：第一電容C₁兩端的電壓達(dá)到一個預(yù)設(shè)值。也就是說，在第一電容C₁兩端的電壓達(dá)到該預(yù)設(shè)值之后，第一、第二能量存儲裝置20、12才可分別經(jīng)由第一、第二直流變換器11、13被耦合至所述電氣負(fù)載驅(qū)動單元30。

第二電容C₂跨接于電氣負(fù)載驅(qū)動單元30的輸入端301，同時也與第一電容C₁并聯(lián)，用于穩(wěn)定電氣負(fù)載驅(qū)動單元30的輸入電壓。在電氣負(fù)載驅(qū)動單元30的輸入端301有電壓輸入之前，第二電容C₂中需要存儲有一定的電能，即：第二電容C₂兩端的電壓達(dá)到一個預(yù)設(shè)值。

充電組件14可選擇地耦合在第一能量存儲裝置20和第一電容C₁之間，同時也可選擇地耦合在第一能量存儲裝置20和第二電容C₂之間。所述第一能量存儲裝置20可經(jīng)由充電組件14同時給第一電容C₁和第二電容C₂充電。本技術(shù)方案中，第二電容C₂在輸出端103有電壓輸出之前與第一電容C₁一起被充電，待第二電容充電完成之后，電氣負(fù)載驅(qū)動單元30的輸入端301才會有電壓輸入，這樣就保證了第二電容能夠正常實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的功能，不會造成安全問題。因而，可以不需要接觸器，而直接將電氣負(fù)載驅(qū)動單元與增程器耦合，這樣，不僅能夠節(jié)省空間、降低整車重量，而且也降低了成本。

在一些實(shí)施例中，充電組件14包括二極管D及限流電阻R。二極管D的正極與第一能量存儲裝置20可選擇地耦合，二極管D的負(fù)極與第一電容C₁耦合及第二電容C₂耦合，其用于限制充電電流的方向，使充電電流只能由第一能量存儲裝置20流向第一、第二電容C_1、C₂。限流電阻R與二極管D串聯(lián)，用于限制充電電流的大小，防止第一、第二電容C_1、C₂損壞。

在一些實(shí)施例中，能量管理系統(tǒng)60進(jìn)一步包括第一開關(guān)裝置K₁，其位于第一能量存儲裝置20和充電組件14之間，可通過閉合第一開關(guān)裝置K₁，使第一能量存儲裝置20經(jīng)由充電組件14給第一、第二電容C_1、C₂充電。

増程控制器15被設(shè)置成在第一、第二電容C₁、C₂兩端的電壓達(dá)到預(yù)設(shè)值，且在所述第一、第二能量存儲裝置20、12分別通過所述第一、第二直流變換 器11、13耦合至所述電氣負(fù)載驅(qū)動單元30之后，向所述電氣負(fù)載驅(qū)動單元30發(fā)送使能信號，以使所述電氣負(fù)載驅(qū)動單元30工作。

在一些實(shí)施例中，所述能量管理系統(tǒng)60進(jìn)一步包括測量裝置，用于測量所述第一、第二電容C₁、C₂兩端的電壓。該預(yù)設(shè)值大于0且小于第一能量存儲裝置20輸出電壓，例如，該預(yù)設(shè)值可被設(shè)置成約為所述第一能量存儲裝置輸出電壓的95％。

電氣負(fù)載驅(qū)動單元30中的電氣負(fù)載控制器31用于接收増程控制器15發(fā)出的使能信號，増程控制器15和電氣負(fù)載控制器31之間可以通過有線的方式通信，也可以通過無線的方式通信。在一些實(shí)施例中，電氣負(fù)載控制器31與増程控制器15耦合。電壓轉(zhuǎn)換電路32的輸入端與第一、第二直流-直流變換器的輸出端103耦合，其輸出端與電氣負(fù)載40耦合，電壓轉(zhuǎn)換電路32用于進(jìn)一步轉(zhuǎn)換和傳輸來自增程器10的能量，以供電氣負(fù)載40使用。在一些實(shí)施例中，所述電氣負(fù)載40包括三相電機(jī)，所述電壓轉(zhuǎn)換電路32包括三相逆變電路，該三相逆變電路包括六個有源開關(guān)，例如：場效應(yīng)管等。當(dāng)電氣負(fù)載控制器31接收到使能信號之后，其向電壓轉(zhuǎn)換電路32發(fā)送開關(guān)控制信號，使其實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換的功能，從而驅(qū)動電氣負(fù)載40工作。

在一些實(shí)施例中，電氣負(fù)載控制器31還通過限流電阻R耦合于所述第一能量存儲系統(tǒng)20，這樣，第一能量存儲系統(tǒng)20可經(jīng)由所述限流電阻R給電氣負(fù)載控制器31供電。

本發(fā)明的實(shí)施例還涉及通過操作上述能量管理系統(tǒng)60來實(shí)現(xiàn)的能量管理方法80。在一個具體的實(shí)施例中，如圖2所示，該方法包括如下步驟：

在步驟S1中，用第一能量存儲裝置經(jīng)由充電組件同時給第一、第二電容充電。在一些實(shí)施例中，給所述充電的步驟包括閉合位于所述第一能量存儲裝置和所述充電組件之間的第一開關(guān)裝置。

在步驟S2中，測量所述第一、第二電容兩端的電壓。

在步驟S3中，判斷所述第一、第二電容兩端的電壓是否達(dá)到預(yù)設(shè)值。當(dāng) 所述第一、第二電容兩端的電壓小于所述預(yù)設(shè)值時，返回步驟S2。當(dāng)所述第一、第二電容兩端的電壓大于或等于所述預(yù)設(shè)值時，進(jìn)行步驟S4的操作。

在步驟S4中，將第一、第二能量存儲裝置分別通過第一、第二直流-直流變換器耦合至電氣負(fù)載驅(qū)動單元。在一些實(shí)施例中，所述耦合的步驟包括閉合位于所述第一能量存儲裝置和所述第一直流-直流變換器之間的第二開關(guān)裝置和位于所述第二能量存儲裝置和所述第二直流-直流變換器之間的第三開關(guān)裝置。

在步驟S5中，在所述第一、第二能量存儲裝置耦合至所述電氣負(fù)載驅(qū)動單元之后，向電氣負(fù)載驅(qū)動單元發(fā)送使能信號，所述電氣負(fù)載驅(qū)動單元隨后驅(qū)動電氣負(fù)載40工作。

在圖1所示的實(shí)施例中，第一開關(guān)裝置K₁首先被閉合，使第一、第二電容同時被充電。其次，測量所述第一、第二電容兩端的電壓，并判斷是否達(dá)到預(yù)設(shè)值。當(dāng)?shù)谝?、第二電容兩端的電壓達(dá)到該預(yù)設(shè)值后，第二開關(guān)裝置K₂及第三開關(guān)裝置K₃被閉合，使第一、第二能量存儲裝置20、12耦合至所述電氣負(fù)載驅(qū)動單元30。此后，向電氣負(fù)載控制器31發(fā)送使能信號，所述電氣負(fù)載控制器32在接收到所述使能信號之后向電壓轉(zhuǎn)換電路32發(fā)送開關(guān)控制信號，以驅(qū)動電氣負(fù)載40工作。

本發(fā)明揭露的技術(shù)方案能夠在第一、第二電容C₁、C₂預(yù)充電完成且增程器10被開啟后，自動開啟電氣負(fù)載驅(qū)動單元30，電氣負(fù)載驅(qū)動單元30繼而驅(qū)動電氣負(fù)載40工作。在現(xiàn)有技術(shù)中，上述這些步驟需要通過操作多個開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，操作過程較為繁瑣，且所述多個開關(guān)需要操作者按照一定的順序來操作，一旦出錯可能會對電氣負(fù)載或增程器造成損害，進(jìn)一步提高了操作難度。在本發(fā)明揭露的技術(shù)方案中，操作者只需對第一開關(guān)裝置K₁進(jìn)行一次操作，即可實(shí)現(xiàn)電容預(yù)充電、增程器開啟、電氣負(fù)載驅(qū)動等功能，大大簡化了操作步驟。在一些實(shí)施例中，所述第一開關(guān)裝置K₁為電動車的鑰匙開關(guān)，對于電動車來說，本技術(shù)方案可以降低駕駛員的誤操作率，進(jìn)而提升電動車的 安全性。

雖然結(jié)合特定的具體實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，對本發(fā)明可以作出許多修改和變型。因此，要認(rèn)識到，權(quán)利要求書的意圖在于覆蓋在本發(fā)明真正構(gòu)思和范圍內(nèi)的所有這些修改和變型。