一種車輛電源管理系統(tǒng)及電動(dòng)車輛的制作方法
【專利摘要】本申請(qǐng)公開(kāi)了一種車輛電源管理系統(tǒng)及安裝該系統(tǒng)的電動(dòng)車輛。所述車輛電源管理系統(tǒng)與車輛控制系統(tǒng)連接，包括儲(chǔ)能單元、與儲(chǔ)能單元連接的電流控制級(jí)以及與儲(chǔ)能單元和電流控制級(jí)連接的控制器。所述控制器包括電池管理系統(tǒng)以及與車輛控制系統(tǒng)連接的通信接口。所述系統(tǒng)還與電流控制級(jí)并聯(lián)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，所述轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)與控制器連接。本申請(qǐng)車輛電源管理系統(tǒng)保證了電池在瞬時(shí)高電流輸出的情況下正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)。
【專利說(shuō)明】
一種車輛電源管理系統(tǒng)及電動(dòng)車輛
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本申請(qǐng)涉及電動(dòng)車輛領(lǐng)域，具體涉及電動(dòng)車輛的車輛電源管理系統(tǒng)及安裝該系統(tǒng)的電動(dòng)車輛?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，在電動(dòng)車輛領(lǐng)域，逐漸使用鋰離子電池來(lái)取代傳統(tǒng)的鉛酸電池，以制作儲(chǔ)能系統(tǒng)(或稱“蓄電池”)。通常地，車輛電源管理系統(tǒng)的額定工作電壓有6V、12V、24V等。 相對(duì)于鉛酸電池，鋰離子電池對(duì)物理環(huán)境和電力負(fù)荷狀態(tài)的情況更加敏感。例如，在低溫環(huán)境下，鋰離子電池的功率輸入和輸出能力會(huì)受限于其增高的內(nèi)部電阻。而這種情況下，過(guò)高的電流則會(huì)導(dǎo)致臨界電壓超出或低于正常值，進(jìn)而產(chǎn)生損傷電池甚至損壞電池的后果。
[0003]這種超出額定電壓或低于額定電壓的極限電壓可以產(chǎn)生極限電流。通常這種情況可以維持幾秒鐘，例如:為啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)提供動(dòng)力時(shí)。具體地，如果車輛在低壓電力系統(tǒng)中工作電壓為12V，車輛發(fā)動(dòng)機(jī)可以輸出電壓的上限達(dá)到15V，而高功率的應(yīng)用可能會(huì)降低輸出電壓到9V或更低。當(dāng)超出這個(gè)電壓范圍時(shí)，必須保證電池功能正常而且受到電源保護(hù)。
[0004]因此，當(dāng)以上基于鋰離子技術(shù)的啟動(dòng)器或者輔助蓄電池被應(yīng)用到傳統(tǒng)車輛(例如: 汽車、卡車、公共汽車以及摩托車等)中時(shí)，會(huì)發(fā)生超出其額定電壓范圍的現(xiàn)象。例如，基于 LiFeP04技術(shù)的電池，其工作電壓通常在3.7V-2V之間，但瞬時(shí)電壓最小達(dá)到1.6V?；?LiMnOx技術(shù)的電池，其工作電壓通常在4.2V-2.5V之間，但瞬時(shí)電壓最小達(dá)到2V。
[0005]如果將電池直接連接到車輛的12V電壓的板網(wǎng)上，電池的輸入輸出電流與電池內(nèi)部電阻、充電狀態(tài)(SOC:State Of Charge)、板網(wǎng)(Board Net)電壓水平成一定函數(shù)關(guān)系。假如電池和車輛板網(wǎng)之間沒(méi)有電流控制裝置，就會(huì)有伴隨著電壓小幅波動(dòng)的巨大電流流出電池，流入車輛12V電壓的板網(wǎng)內(nèi)。
[0006]因此，現(xiàn)有技術(shù)中一般都需要設(shè)置電流控制裝置。通常這種電流控制裝置是一種功率-脈沖調(diào)制設(shè)備。如果在上面舉例的大電流情況下，該等功率-脈沖調(diào)制設(shè)備就需要被設(shè)計(jì)成經(jīng)得起像啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)所需的高電流脈沖，而這樣做的成本是非常昂貴的。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N具有電源保護(hù)功能的車輛電源管理系統(tǒng)以及安裝該系統(tǒng)的電動(dòng)車輛。
[0008]本申請(qǐng)通過(guò)如下技術(shù)方案之一來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的:一種車輛電源管理系統(tǒng)，與車輛控制系統(tǒng)連接，包括儲(chǔ)能單元、與儲(chǔ)能單元連接的電流控制級(jí)以及與儲(chǔ)能單元和電流控制級(jí)連接的控制器。所述儲(chǔ)能單元包括若干鋰離子電池。所述控制器包括電池管理系統(tǒng)以及與車輛控制系統(tǒng)連接的通信接口；所述系統(tǒng)還與電流控制級(jí)并聯(lián)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，所述轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)與控制器連接。[〇〇〇9]進(jìn)一步地，所述電流控制級(jí)為半導(dǎo)體電流控制級(jí)。
[0010]進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)為機(jī)電開(kāi)關(guān)。
[0011]進(jìn)一步地，所述控制器被配置為用以檢測(cè)儲(chǔ)能單元的狀態(tài)，所述狀態(tài)至少包括電池充電狀態(tài)、溫度以及電壓中的一種或多種。
[0012]更進(jìn)一步地，所述控制器被配置為用以檢測(cè)電流。
[0013]更進(jìn)一步地，根據(jù)檢測(cè)到的儲(chǔ)能單元的狀態(tài)數(shù)值，所述控制器控制電流控制級(jí)工作，以使得充電過(guò)程中輸入的電流以及放電過(guò)程中輸出的電流保持在安全范圍以內(nèi)。
[0014]進(jìn)一步地，所述電流控制級(jí)具有充放電雙向工作模式。
[0015]更進(jìn)一步地，所述車輛控制系統(tǒng)向控制器發(fā)送回饋制動(dòng)狀態(tài)信息時(shí)，所述電流控制級(jí)被控制為充電工作模式，電池就可被充電到最高值;車輛板網(wǎng)電壓降到低水平狀態(tài)，所述電流控制級(jí)被控制為放電工作模式，儲(chǔ)能單元放電。
[0016]進(jìn)一步地，所述儲(chǔ)能單元、電流控制級(jí)、控制器、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)被組裝到電池的殼體內(nèi)。
[0017]本申請(qǐng)通過(guò)如下技術(shù)方案之二來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的:一種電動(dòng)車輛，包括車輛控制系統(tǒng)以及如上所述的車輛電源管理系統(tǒng)。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)車輛電源管理系統(tǒng)保證了電池在瞬時(shí)高電流輸出的情況下正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)。更近一步地，本申請(qǐng)車輛電源管理系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)過(guò)量充電保護(hù)、過(guò)量放電保護(hù)以及解決熱限制問(wèn)題?！靖綀D說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明車輛電源管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。【具體實(shí)施方式】
[0020]這里將詳細(xì)地對(duì)示例性實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時(shí)，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實(shí)施方式中所描述的實(shí)施方式并不代表與本申請(qǐng)相一致的所有實(shí)施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書中所詳述的、本申請(qǐng)的一些方面相一致的裝置和方法的例子。[0021 ]在本申請(qǐng)使用的術(shù)語(yǔ)是僅僅出于描述特定實(shí)施方式的目的，而非旨在限制本申請(qǐng)。在本申請(qǐng)和所附權(quán)利要求書中所使用的單數(shù)形式的“一種”、“所述”和“該”也旨在包括多數(shù)形式，除非上下文清楚地表示其他含義。還應(yīng)當(dāng)理解，本文中使用的術(shù)語(yǔ)“和/或”是指并包含一個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)目的任何或所有可能組合。[〇〇22]如圖1所示，本申請(qǐng)車輛電源管理系統(tǒng)，與車輛控制系統(tǒng)5連接，包括儲(chǔ)能單元1、電流控制級(jí)2以及與儲(chǔ)能單元1和電流控制級(jí)2連接的控制器3。所述儲(chǔ)能單元1包括若干鋰離子電池(未圖示)。所述電流控制級(jí)2為半導(dǎo)體電流控制級(jí)，用以管理功率、發(fā)熱、充電狀態(tài)和電壓等，以防止過(guò)大電流輸出或輸入電池等情況發(fā)生。所述控制器3包括電池管理系統(tǒng) (BMS:Battery Management System)以及與車輛控制系統(tǒng)5連接的通信接口。
[0023]所述控制器3檢測(cè)儲(chǔ)能單元4的狀態(tài)，包括充電狀態(tài)、單元溫度、單元電壓等。進(jìn)一步，所述控制器3還檢測(cè)電流的數(shù)值。根據(jù)以上數(shù)值可以分別計(jì)算電池允許輸入或輸出功率以及電壓。這些值用以驅(qū)動(dòng)電流控制級(jí)1工作，從而使得充電過(guò)程中輸入的電流以及放電過(guò)程中輸出的電流保持在安全范圍以內(nèi)，保護(hù)了電池和整個(gè)系統(tǒng)。
[0024]為了遵守成本效率原則，所述半導(dǎo)體電流控制級(jí)2中電流和功率的生產(chǎn)量受限于車輛正常操作時(shí)的電流或功率的合理下限值。
[0025]為了保證電池在瞬時(shí)高電流輸出的情況下正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)，本申請(qǐng)車輛電源管理系統(tǒng)還包括與電流控制級(jí)1并聯(lián)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)4。
[0026]該轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)4和一般啟動(dòng)裝置的高電流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)一樣，可以被組裝到發(fā)動(dòng)機(jī)繼電器或其他設(shè)備中。在一實(shí)施方式中，所述轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)為機(jī)電開(kāi)關(guān)。
[0027]如果車輛控制系統(tǒng)5需要儲(chǔ)能單元1輸出高電流(例如發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng))時(shí)，控制器3啟動(dòng)該轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)4，允許高電流流出電池。由于控制器3能使儲(chǔ)能單元1保持滿電狀態(tài)，同時(shí)控制并行的電流控制級(jí)2和轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)4,這不僅使得電池可以輸出或輸入高電流而且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能單元1的保護(hù)?？刂破?能夠在任何時(shí)候單獨(dú)或同時(shí)操作電流控制級(jí)2和轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)4。
[0028]進(jìn)一步講，所述電流控制級(jí)1具有充放電雙向工作模式，因此電流控制級(jí)2可以單獨(dú)有效的控制儲(chǔ)能單元1的充電狀態(tài)。更進(jìn)一步地，本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N低壓狀態(tài)下回饋制動(dòng) (或稱再生制動(dòng)，Regenerative Braking)的方案，S卩在低水平充電狀態(tài)下，假如車輛控制系統(tǒng)5向控制器3發(fā)送回饋制動(dòng)狀態(tài)的信息指令時(shí)，所述電流控制級(jí)1被控制為充電工作模式， 電池就可被充電到最高值。相應(yīng)地，也可以進(jìn)行反向操作，假如車輛的12V板網(wǎng)電壓降到低水平狀態(tài)，所述電流控制級(jí)1被控制為放電工作模式，這樣就可以控制電池儲(chǔ)能單元1放電。
[0029]在一實(shí)施方式中，所述儲(chǔ)能單元1、電流控制級(jí)2、控制器3、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)4等組件可被組裝到電池的殼體內(nèi)。
[0030]本申請(qǐng)的主題及核心就是提出一種與鋰離子電池有關(guān)的基于低壓的車輛電源管理系統(tǒng)，可以完成對(duì)于系統(tǒng)自身的過(guò)電流保護(hù)、過(guò)量充電保護(hù)、過(guò)量放電保護(hù)以及解決熱限制問(wèn)題，此外還提出了一種非常符合成本效益原則的方法為電機(jī)啟動(dòng)提供高電流。
[0031]在上面的描述中，闡述了本發(fā)明的技術(shù)方案的細(xì)節(jié)，然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠了解，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例所列出的具體細(xì)節(jié)，而是可以在權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)變化。
[0032]以上所述僅為本申請(qǐng)的較佳實(shí)施方式而已，并不用以限制本申請(qǐng)，凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)保護(hù)的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種車輛電源管理系統(tǒng)，與車輛控制系統(tǒng)連接，其特征在于:包括儲(chǔ)能單元、與儲(chǔ)能 單元連接的電流控制級(jí)以及與儲(chǔ)能單元和電流控制級(jí)連接的控制器;所述儲(chǔ)能單元包括若 干鋰離子電池;所述控制器包括電池管理系統(tǒng)以及與車輛控制系統(tǒng)連接的通信接口；所述 系統(tǒng)還與電流控制級(jí)并聯(lián)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，所述轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)與控制器連接。2.如權(quán)利要求1所述的車輛電源管理系統(tǒng)，其特征在于:所述電流控制級(jí)為半導(dǎo)體電流 控制級(jí)。3.如權(quán)利要求1所述的車輛電源管理系統(tǒng)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)為機(jī)電開(kāi)關(guān)。4.如權(quán)利要求1所述的車輛電源管理系統(tǒng)，其特征在于:所述控制器被配置為用以檢測(cè) 儲(chǔ)能單元的狀態(tài)，所述狀態(tài)至少包括電池充電狀態(tài)、溫度以及電壓中的一種或多種。5.如權(quán)利要求4所述的車輛電源管理系統(tǒng)，其特征在于:所述控制器被配置為用以檢測(cè) 電流。6.如權(quán)利要求4或5所述的車輛電源管理系統(tǒng)，其特征在于:根據(jù)檢測(cè)到的儲(chǔ)能單元的 狀態(tài)數(shù)值，所述控制器控制電流控制級(jí)工作，以使得充電過(guò)程中輸入的電流以及放電過(guò)程 中輸出的電流保持在安全范圍以內(nèi)。7.如權(quán)利要求1所述的車輛電源管理系統(tǒng)，其特征在于:所述電流控制級(jí)具有充放電雙 向工作模式。8.如權(quán)利要求7所述的車輛電源管理系統(tǒng)，其特征在于:所述車輛控制系統(tǒng)向控制器發(fā) 送回饋制動(dòng)狀態(tài)信息時(shí)，所述電流控制級(jí)被控制為充電工作模式，電池就可被充電到最高 值;車輛板網(wǎng)電壓降到低水平狀態(tài)，所述電流控制級(jí)被控制為放電工作模式，儲(chǔ)能單元放 電。9.如權(quán)利要求1所述的車輛電源管理系統(tǒng)，其特征在于:所述儲(chǔ)能單元、電流控制級(jí)、控 制器、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)被組裝到電池的殼體內(nèi)。10.—種電動(dòng)車輛，其特征在于:包括車輛控制系統(tǒng)以及如權(quán)利要求1至9任何一項(xiàng)中所 述的車輛電源管理系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】B60L3/00GK105946585SQ201610388742
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月2日
【發(fā)明人】胡壯豐, 彥斯·貝肯, 丁力·羅伯特
【申請(qǐng)人】觀致汽車有限公司