一種基于電池并聯(lián)的電動(dòng)汽車模塊化動(dòng)力系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明具體公開了一種基于電池并聯(lián)的電動(dòng)汽車模塊化動(dòng)力系統(tǒng)及控制方法，包括電池系統(tǒng)和電機(jī)控制系統(tǒng)，所述的電池系統(tǒng)包括供電電池組和電池管理系統(tǒng)，所述的電機(jī)控制系統(tǒng)包括逆變器和逆變控制模塊，所述的電池管理系統(tǒng)對(duì)供電電池組進(jìn)行管理采樣及控制，所述的供電電池組與逆變器通過(guò)導(dǎo)線連接，逆變器將直流電逆變?yōu)榭烧{(diào)電壓、頻率的三相交流電提供給牽引電動(dòng)機(jī)，所述的逆變控制模塊對(duì)逆變器進(jìn)行控制，且通過(guò)總線與電池管理系統(tǒng)通訊。供電電池采用并聯(lián)連接方式，供電電池包分成n組，n組電池分別采用逆變電路給牽引電機(jī)提供供電，電機(jī)控制結(jié)合電池管理系統(tǒng)，從而利于動(dòng)力系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，便于電池的管理和更換。
【專利說(shuō)明】一種基于電池并聯(lián)的電動(dòng)汽車模塊化動(dòng)力系統(tǒng)及控制方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種基于電池并聯(lián)的電動(dòng)汽車模塊化動(dòng)力系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0003]現(xiàn)有電動(dòng)汽車動(dòng)力電池普遍采用多節(jié)電池串聯(lián)的方式，牽引電機(jī)采用單個(gè)逆變單元執(zhí)行控制。
[0004]為了提高電壓目前普遍采用多節(jié)電池串聯(lián)的方式，由于容量限制，供電電池串聯(lián)的電池系統(tǒng)需要是大量電芯并聯(lián)之后再串聯(lián)組成的電池組，盡管這種方法比較容易實(shí)現(xiàn)，對(duì)管理系統(tǒng)要求不高，成本低，但維護(hù)比較麻煩，而且對(duì)各串聯(lián)電池包的性能一致性要求較高，否則，多節(jié)電池串聯(lián)的容量需按照電池最小的容量計(jì)算。因此，目前的電池串聯(lián)方式對(duì)容量大的電池是一種浪費(fèi)，而且如果一節(jié)電池出現(xiàn)問(wèn)題，并聯(lián)電池中的某節(jié)短路，會(huì)造成安全性問(wèn)題，并將對(duì)整個(gè)電池組的工作造成致命的危害，整個(gè)電池組壽命和健康狀態(tài)受到串聯(lián)電芯壽命影響。
[0005]研究表明電池采用并聯(lián)方式連接，并聯(lián)充放電過(guò)程中各電池電壓差異較小，單體間通過(guò)調(diào)整各自電流大小也實(shí)現(xiàn)自我均衡，并聯(lián)時(shí)均能實(shí)現(xiàn)并聯(lián)單體全部滿充滿放，不同SOC狀態(tài)電池并聯(lián)，最終放出的電量與電池整體所含電量相當(dāng)。
[0006]對(duì)于并聯(lián)電池的安全性與可靠性，多個(gè)小電池并聯(lián)不比單個(gè)大電池差，甚至更安全可靠。如果綜合考慮電池性能、生產(chǎn)成本、工藝成熟度、復(fù)雜度及安全性，采用多個(gè)小電池并聯(lián)更具有實(shí)用性。
[0007]牽引電機(jī)采用單個(gè)逆變單元執(zhí)行控制，逆變單元在電流較大時(shí)，設(shè)計(jì)困難，對(duì)執(zhí)行部分元件如驅(qū)動(dòng)電路、IGBT (MOSFET)開關(guān)管要求較高。同時(shí)，逆變單元傳動(dòng)裝置規(guī)格不統(tǒng)一，各功率級(jí)別傳動(dòng)裝置不能互換。
[0008]針對(duì)逆變單元模塊并聯(lián)中的線路級(jí)并聯(lián)，能夠提高系統(tǒng)總的容量，提高變流器工作的可靠性，因此在很多場(chǎng)合，尤其是大功率應(yīng)用中，較為常見。
[0009]現(xiàn)實(shí)電池管理系統(tǒng)(BMS)—般都實(shí)時(shí)檢測(cè)電池組的單體電壓、總電壓、總電流、溫度等參數(shù)，并對(duì)電池組進(jìn)行過(guò)壓、過(guò)流、欠壓、過(guò)溫及短路等保護(hù)及控制，但基本數(shù)據(jù)測(cè)量?jī)H限于系統(tǒng)自行測(cè)量監(jiān)控，保護(hù)控制也多局限于電池管理系統(tǒng)的相應(yīng)保護(hù)措施。
[0010]電池系統(tǒng)與電機(jī)牽引系統(tǒng)不能做到資源與信息共享，在電池系統(tǒng)健康狀態(tài)不佳或電量不足時(shí)，電機(jī)牽引系統(tǒng)不能根據(jù)預(yù)警改變控制策略，在保證安全前提下高效運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明具體公開了一種基于電池并聯(lián)的電動(dòng)汽車模塊化動(dòng)力系統(tǒng)及控制方法。
[0012]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下: 一種基于電池并聯(lián)的電動(dòng)汽車模塊化動(dòng)力系統(tǒng)，包括電池系統(tǒng)和電機(jī)控制系統(tǒng)，所述的電池系統(tǒng)包括供電電池組和電池管理系統(tǒng)，所述的電機(jī)控制系統(tǒng)包括逆變器和逆變控制模塊，所述的電池管理系統(tǒng)對(duì)供電電池組進(jìn)行管理采樣及控制，所述的供電電池組與逆變器通過(guò)導(dǎo)線連接，逆變器將直流電逆變?yōu)榭烧{(diào)電壓、頻率的三相交流電提供給牽引電動(dòng)機(jī)，所述的逆變控制模塊對(duì)逆變器進(jìn)行控制，且通過(guò)總線與電池管理系統(tǒng)通訊。
[0013]所述的供電電池組包括并聯(lián)連接的若干電池組，每個(gè)電池組包括若干串聯(lián)連接的電池單元，且每個(gè)電池組各自連接一個(gè)逆變模塊，即所述的逆變器由與電池包相同數(shù)量的逆變模塊并聯(lián)組成，所述的每個(gè)逆變模塊采用獨(dú)立直流母線為牽引電動(dòng)機(jī)供電。
[0014]所述的每組電池所采用的逆變模塊可以為橋式逆變拓?fù)洹⑷娖綐蚴侥孀兺負(fù)?、多電平橋式逆變拓?fù)浠蜍涢_關(guān)橋式逆變拓?fù)洹?br> [0015]所述的每個(gè)逆變模塊結(jié)構(gòu)相同，每個(gè)逆變模塊都輸出三相交流電，每個(gè)逆變模塊的三個(gè)橋臂中點(diǎn)與一個(gè)輸出電抗器連接，各個(gè)電抗器并聯(lián)連接至牽引電動(dòng)機(jī)。
[0016]所述的電池管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)充電情況、電機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)對(duì)電池單元進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(包括電壓、電流、溫度)采集，對(duì)所采集的數(shù)據(jù)分析及計(jì)算，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行SOC及SOH計(jì)算，進(jìn)行均衡管理，根據(jù)電池狀態(tài)選擇控制策略，確定實(shí)施具體動(dòng)作以利于電池的運(yùn)行。
[0017]對(duì)電池單元進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，對(duì)所采集的數(shù)據(jù)分析及計(jì)算，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行SOC及SOH計(jì)算，進(jìn)行均衡管理，這部分算法采用的現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)算法，在此不進(jìn)行詳細(xì)展開。
[0018]所述的電池管理系統(tǒng)控制策略如下:
電池溫度過(guò)高時(shí)啟動(dòng)散熱風(fēng)機(jī)進(jìn)行散熱，電池充電之前溫度過(guò)低時(shí)，先對(duì)電池包加熱至設(shè)定溫度，再進(jìn)行充電；檢測(cè)充電槍接入信號(hào)，充電時(shí)閉合充電回路，監(jiān)測(cè)充電過(guò)程中充電電流、電池電壓，實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)，完成充電后斷開充電回路；檢測(cè)電動(dòng)汽車鑰匙開關(guān)狀態(tài)，檢測(cè)啟動(dòng)信號(hào)，監(jiān)測(cè)放電過(guò)程中放電電流、電池電壓，完成過(guò)流保護(hù)，過(guò)放保護(hù)；針對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)大電容進(jìn)行預(yù)充電，預(yù)充完成后閉合主繼電器，斷開預(yù)充繼電器；顯示電池組的詳細(xì)信息包括:總電壓、總電流、S0C、單體電壓、電池溫度；電池管理保護(hù)啟動(dòng)及電池運(yùn)行條件差或繼電器等執(zhí)行元件未能正確執(zhí)行控制命令(包括故障導(dǎo)致)時(shí)報(bào)警。
[0019]模塊化動(dòng)力系統(tǒng)的控制方法，如下:
針對(duì)新啟用的電池組，其采用獨(dú)立直流母線的并聯(lián)逆變模塊，逆變控制模塊同時(shí)監(jiān)測(cè)所有并聯(lián)逆變模塊的電流值，當(dāng)電動(dòng)汽車總驅(qū)動(dòng)電流要求較小，即所有供電電池組的并聯(lián)回路電流都小于單個(gè)回路所能夠提供的總電流時(shí)，供電電池組放電電流通過(guò)自均衡功能，逆變控制模塊不必進(jìn)行均流控制；當(dāng)電動(dòng)汽車總驅(qū)動(dòng)電流要求較大，即有并聯(lián)回路電流大于單個(gè)回路所能夠提供的總電流時(shí)，逆變控制模塊進(jìn)行均流控制將各模塊電流限制在電池允許最大放電電流范圍內(nèi)；當(dāng)電動(dòng)汽車總驅(qū)動(dòng)電流要求很大，即超過(guò)并聯(lián)電池所能夠提供的總電流時(shí)，逆變控制模塊進(jìn)行均流控制，當(dāng)將各模塊電流限制在電池允許最大放電電流范圍內(nèi)，同時(shí)與電池管理系統(tǒng)通信，要求發(fā)出報(bào)警信號(hào)并告知用戶；
針對(duì)電池剩余容量(SOC)差或電池健康狀況(SOH)差別超過(guò)設(shè)定值的電池組，所述的電池管理系統(tǒng)采集，根據(jù)每供電電池組的剩余容量及健康狀態(tài)分配其輸出電流，從而控制每組供電電池組的放電電流大小和放電深度，避免過(guò)放和過(guò)流；逆變控制模塊根據(jù)電池管理系統(tǒng)分配的電流大小進(jìn)行控制，這樣不僅可使整個(gè)電池組中電池的放電時(shí)間同步，而且確保系統(tǒng)不因?yàn)槟骋唤M電池出現(xiàn)問(wèn)題而導(dǎo)致系統(tǒng)故障，甚至損害電池組，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度；
當(dāng)電池狀態(tài)不正常時(shí)，亦即當(dāng)供電電池組并聯(lián)回路出現(xiàn)過(guò)放(電池電壓低于允許值)、SOC過(guò)低、SOH過(guò)低情況時(shí)，電池管理系統(tǒng)通知逆變控制模塊，通知電機(jī)控制系統(tǒng)調(diào)整控制策略，將相應(yīng)出現(xiàn)過(guò)放、SOC過(guò)低、SOH過(guò)低情況的并聯(lián)回路逆變模塊控制信號(hào)鎖死，亦即將相應(yīng)并聯(lián)回路從動(dòng)力系統(tǒng)中切除，保證個(gè)別電池狀態(tài)不佳時(shí)電動(dòng)汽車能正常運(yùn)行同時(shí)也能防止出現(xiàn)電池?fù)p壞，同時(shí)電池管理系統(tǒng)顯示報(bào)警，通告電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，提醒操作人員注意。
[0020]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果如下:
供電電池采用并聯(lián)連接方式，供電電池包分成η組，η組電池分別采用逆變電路給牽引電機(jī)提供供電，電機(jī)控制結(jié)合電池管理系統(tǒng)，從而利于動(dòng)力系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，便于電池的管理和更換。
[0021]本發(fā)明提出基于電池并聯(lián)的逆變模塊并聯(lián)系統(tǒng)作為電動(dòng)汽車牽引系統(tǒng)，該動(dòng)力系統(tǒng)模塊單元由電池組和逆變裝置共同組成，系統(tǒng)供電電池采用η組電池并聯(lián)連接方式組成供電電池包，η組電池分別采用逆變電路給牽引電機(jī)提供供電，各逆變模塊通過(guò)電抗器連接，電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)合電池管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)資源共享，根據(jù)電池健康狀態(tài)和電量狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整控制策略，該方法能增大牽引系統(tǒng)輸出電流，實(shí)現(xiàn)大功率輸出，通過(guò)多模塊并聯(lián)分擔(dān)負(fù)載，可使各個(gè)模塊主開關(guān)器件電流應(yīng)力大大減小，同時(shí)有利于電池的管理和更換。
[0022]進(jìn)一步地，本發(fā)明意欲提供一種基于電池并聯(lián)的電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)，其中電池包分成η組，η組電池并聯(lián)連接，每組電池可以由m個(gè)電池采用串聯(lián)連接方式組成。電池管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)每節(jié)電池的放電電壓、電流大小和放電深度，判斷電池目前所處的狀態(tài)，并根據(jù)該狀態(tài)決定允許哪些操作，禁止哪些操作，并通過(guò)總線傳輸給電機(jī)控制系統(tǒng)，電池狀態(tài)不正常時(shí)，它應(yīng)該能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并提醒電機(jī)控制系統(tǒng)改變控制策略。
[0023]η組電池分別采用逆變模塊并聯(lián)給牽引電機(jī)提供供電，亦即N個(gè)逆變電路采用單獨(dú)母線供電。逆變模塊并聯(lián)組成調(diào)速系統(tǒng)，解決大功率驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。電機(jī)控制系統(tǒng)亦即調(diào)速控制系統(tǒng)根據(jù)電池管理系統(tǒng)所提供信息，分配負(fù)載電流，適當(dāng)調(diào)整控制策略，保證電池安全運(yùn)行同時(shí)實(shí)現(xiàn)并聯(lián)輸出。
[0024]該動(dòng)力系統(tǒng)與傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)相比較的優(yōu)點(diǎn):
1、該方法增大牽引系統(tǒng)輸出電流，采用獨(dú)立直流母線并聯(lián)系統(tǒng)，其回路中不包含零序環(huán)流通路，因而能夠抑制某些并聯(lián)控制方式下存在的零序環(huán)流，從而能減小環(huán)流。
[0025]2、根據(jù)并聯(lián)各電池組支路電流計(jì)算單體S0C，根據(jù)每組電池的剩余容量及健康狀態(tài)分配其輸出電流，從而控制每組電池的放電電流大小和放電深度，避免過(guò)放和過(guò)流，可使整個(gè)電池組中電池的放電時(shí)間同步，而且確保系統(tǒng)不因?yàn)槟骋唤M電池出現(xiàn)問(wèn)題而導(dǎo)致系統(tǒng)故障，甚至損害電池組，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度。
[0026]3、逆變器模塊可以移植，可以通用，同時(shí)可使布局靈活。
[0027]4、逆變器模塊熱源分散，熱設(shè)計(jì)相對(duì)容易。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0028]圖1傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)示意圖；
圖2根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的動(dòng)力系統(tǒng)A相電路圖示意圖；
圖3根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的動(dòng)力系統(tǒng)示意圖 圖4根據(jù)圖2、3中的動(dòng)力系統(tǒng)基本控制示意；
圖中B供電電池組，Tr逆變器，ΒΒη電池組，TrfTrn逆變模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步說(shuō)明。
[0030]如圖2所示，本發(fā)明的基于電池并聯(lián)的電動(dòng)汽車模塊化動(dòng)力系統(tǒng)包括電池系統(tǒng)和電機(jī)控制系統(tǒng)，所述的電池系統(tǒng)包括供電電池組B和電池管理系統(tǒng)，所述的電機(jī)控制系統(tǒng)包括逆變器Tr和逆變控制模塊，所述的電池管理系統(tǒng)對(duì)供電電池組進(jìn)行管理采樣及控制，所述的供電電池組與逆變器通過(guò)導(dǎo)線連接，逆變器將直流電逆變?yōu)榭烧{(diào)電壓、頻率的三相交流電提供給牽引電動(dòng)機(jī)，所述的逆變控制模塊對(duì)逆變器進(jìn)行控制，且通過(guò)總線與電池管理系統(tǒng)通訊。
[0031]供電電池組共包括mXn節(jié)電池，由η組并聯(lián)供電池組BfBn組成，其中每組電池由m個(gè)電池串聯(lián)連接組成，供電電池組采用先串聯(lián)后并聯(lián)連接方式后，各組電池的一致性不需要完全一致，電池組輸出的電流為多組電池的電流值總和。且每個(gè)電池組各自連接一個(gè)逆變模塊，即所述的逆變器由與電池包相同數(shù)量的逆變模塊TrfTrn并聯(lián)組成，均為η個(gè)(η為自然數(shù))，所述的每個(gè)逆變模塊采用獨(dú)立直流母線為牽引電動(dòng)機(jī)供電。
[0032]每組電池所采用的逆變模塊電路拓?fù)淇梢詾闃蚴侥孀兺負(fù)?、三電平橋式逆變拓?fù)?、多電平橋式逆變拓?fù)浠蜍涢_關(guān)橋式逆變拓?fù)洹?br> [0033]所述的每個(gè)逆變模塊結(jié)構(gòu)相同，每個(gè)逆變模塊都輸出三相交流電，每個(gè)逆變模塊的三個(gè)橋臂中點(diǎn)與一個(gè)輸出電抗器連接，各個(gè)電抗器并聯(lián)連接至牽引電動(dòng)機(jī)。
[0034]所述的電池管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)充電情況、電機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)對(duì)電池單元進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(包括電壓、溫度)采集，對(duì)所采集的數(shù)據(jù)分析及計(jì)算，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行SOC及SOH計(jì)算，進(jìn)行均衡管理，根據(jù)電池狀態(tài)選擇控制策略，確定實(shí)施具體動(dòng)作以利于電池的運(yùn)行。
[0035]所述的電池管理系統(tǒng)控制策略如下:
電池溫度過(guò)高時(shí)啟動(dòng)散熱風(fēng)機(jī)進(jìn)行散熱，電池充電之前溫度過(guò)低時(shí)，先對(duì)電池包加熱至某特定溫度，再進(jìn)行充電；檢測(cè)充電槍接入信號(hào)，充電時(shí)閉合充電回路，監(jiān)測(cè)充電過(guò)程中充電電流、電池電壓，實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)，完成充電后斷開充電回路；檢測(cè)電動(dòng)汽車鑰匙開關(guān)狀態(tài)，檢測(cè)啟動(dòng)信號(hào)，監(jiān)測(cè)放電過(guò)程中放電電流、電池電壓，完成過(guò)流保護(hù)，過(guò)放保護(hù)；針對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)大電容進(jìn)行預(yù)充電，預(yù)充完成后閉合主繼電器，斷開預(yù)充繼電器；顯示電池組的詳細(xì)信息包括:總電壓、總電流、S0C、單體電壓、電池溫度；電池管理保護(hù)啟動(dòng)及電池運(yùn)行條件差或繼電器等執(zhí)行元件未能正確執(zhí)行控制命令(包括故障導(dǎo)致)時(shí)報(bào)警。
[0036]模塊化動(dòng)力系統(tǒng)的控制方法，如下:
針對(duì)新啟用的電池組，其采用獨(dú)立直流母線的并聯(lián)逆變模塊，逆變控制模塊同時(shí)監(jiān)測(cè)所有并聯(lián)逆變模塊的電流值，當(dāng)電動(dòng)汽車總驅(qū)動(dòng)電流要求較小，即所有供電電池組的并聯(lián)回路電流都小于單個(gè)回路所能夠提供的總電流時(shí)，供電電池組放電電流通過(guò)自均衡功能，逆變控制模塊不必進(jìn)行均流控制；當(dāng)電動(dòng)汽車總驅(qū)動(dòng)電流要求較大，即有并聯(lián)回路電流大于單個(gè)回路所能夠提供的總電流時(shí)，逆變控制模塊進(jìn)行均流控制將各模塊電流限制在電池允許最大放電電流范圍內(nèi)；當(dāng)電動(dòng)汽車總驅(qū)動(dòng)電流要求很大，即超過(guò)并聯(lián)電池所能夠提供的總電流時(shí)，逆變控制模塊進(jìn)行均流控制，當(dāng)將各模塊電流限制在電池允許最大放電電流范圍內(nèi)，同時(shí)與電池管理系統(tǒng)通信，要求發(fā)出報(bào)警信號(hào)并告知用戶；
針對(duì)電池容量差或電池健康狀況差別超過(guò)設(shè)定值的電池組，所述的電池管理系統(tǒng)采集，根據(jù)每供電電池組的剩余容量及健康狀態(tài)分配其輸出電流，從而控制每組供電電池組的放電電流大小和放電深度，避免過(guò)放和過(guò)流；逆變控制模塊根據(jù)電池管理系統(tǒng)分配的電流大小進(jìn)行控制，這樣不僅可使整個(gè)電池組中電池的放電時(shí)間同步，而且確保系統(tǒng)不因?yàn)槟骋唤M電池出現(xiàn)問(wèn)題而導(dǎo)致系統(tǒng)故障，甚至損害電池組，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度；
當(dāng)電池狀態(tài)不正常時(shí)，亦即當(dāng)供電電池組并聯(lián)回路出現(xiàn)過(guò)放(電池電壓低于允許值)、SOC過(guò)低、SOH過(guò)低情況時(shí)，電池管理系統(tǒng)通知逆變控制模塊，通知電機(jī)控制系統(tǒng)調(diào)整控制策略，將相應(yīng)出現(xiàn)過(guò)放、SOC過(guò)低、SOH過(guò)低等情況的并聯(lián)回路逆變模塊控制信號(hào)鎖死，亦即將相應(yīng)并聯(lián)回路從動(dòng)力系統(tǒng)中切除，保證個(gè)別電池狀態(tài)不佳時(shí)電動(dòng)汽車能正常運(yùn)行同時(shí)也能防止出現(xiàn)電池?fù)p壞，同時(shí)電池管理系統(tǒng)顯示報(bào)警，通告電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，提醒操作人員注意。
[0037]電池管理系統(tǒng)采用以單片機(jī)為核心的電路構(gòu)成智能管理系統(tǒng)，電池管理系統(tǒng)具有一般電池管理系統(tǒng)的電壓采集、溫度采集、通訊以及保護(hù)等功能的同時(shí)，根據(jù)并聯(lián)各電池組支路電流計(jì)算單體S0C，根據(jù)每組電池的剩余容量及健康狀態(tài)分配其輸出電流，從而控制每組電池的放電電流大小和放電深度,避免過(guò)放和過(guò)流。不僅可使整個(gè)電池組中電池的放電時(shí)間同步，而且確保系統(tǒng)不因?yàn)槟骋唤M電池出現(xiàn)問(wèn)題而導(dǎo)致系統(tǒng)故障，甚至損害電池組，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度。
[0038]在整個(gè)電池管理系統(tǒng)中，單片機(jī)能夠根據(jù)電壓、電流采樣，判斷電池目前所處的狀態(tài)，并根據(jù)該狀態(tài)分配供電電池組可以輸出的電流大小，允許哪些操作，禁止哪些操作，并通過(guò)液晶顯示告知用戶；電池狀態(tài)不正常時(shí)，它應(yīng)該能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并通知電機(jī)控制系統(tǒng)調(diào)整控制策略的同時(shí)，通過(guò)報(bào)警手段提醒操作人員的注意。
[0039]并聯(lián)的η組電池每組電池采用一個(gè)逆變器進(jìn)行控制，各組電池的開通與關(guān)斷、電池供電電流大小只要控制相應(yīng)的逆變器即可。η個(gè)逆變器單元結(jié)構(gòu)相同，每個(gè)逆變其單元都輸出三相交流電，η個(gè)逆變器單元的三個(gè)橋臂中點(diǎn)都接輸出電抗器，通過(guò)電抗器并聯(lián)連接至交流電機(jī)。
[0040]并聯(lián)電池之間由于電池兩端的電壓保持一致，具有自均衡的能力。
[0041]逆變器控制器通過(guò)總線接收電池管理系統(tǒng)傳遞的電壓電流分配值并根據(jù)電流限制值控制逆變器裝置單元。
[0042]特別地，當(dāng)電池組中某并聯(lián)支路電池SOC低于特定值或電池電壓低于特定值時(shí)，BMS通知電機(jī)控制系統(tǒng)，將該組電池逆變電路控制信號(hào)鎖死，亦即將該并聯(lián)回路切除，調(diào)整控制策略，利用剩余供電電池組進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)，這樣可在保證安全前提下實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行。
[0043]因此，本發(fā)明是在考慮到現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述問(wèn)題的情況下做出的，本發(fā)明欲提供一種基于電池并聯(lián)的模塊化電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)，解決了大功率電力傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)困難且對(duì)器件要求高，裝置使用不統(tǒng)一，不能互換等弊端。同時(shí)采用電池先串后并連接方式，解決了目前普遍采的先并后串的電池組，維護(hù)困難、對(duì)各串聯(lián)電池包的性能一致性要求較聞等弊端。
[0044]所述的電池管理系統(tǒng)通過(guò)對(duì)電池組數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集分析，動(dòng)態(tài)制定電池管理策略，通過(guò)熱管理、均衡管理、充電管理、放電管理、邊界管理等手段控制電池工作在合適的工況，將各種系統(tǒng)異常狀態(tài)反饋并做出保護(hù)措施，同時(shí)對(duì)電池組進(jìn)行絕緣監(jiān)測(cè)和對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)充電管理，與整車及充電機(jī)、電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行信息交換。
【權(quán)利要求】
1.一種基于電池并聯(lián)的電動(dòng)汽車模塊化動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于:包括電池系統(tǒng)和電機(jī)控制系統(tǒng)，所述的電池系統(tǒng)包括供電電池組和電池管理系統(tǒng)，所述的電機(jī)控制系統(tǒng)包括逆變器和逆變控制模塊，所述的電池管理系統(tǒng)對(duì)供電電池組進(jìn)行管理采樣及控制，所述的供電電池組與逆變器通過(guò)導(dǎo)線連接，逆變器將直流電逆變?yōu)榭烧{(diào)電壓、可調(diào)頻率的三相交流電提供給牽引電動(dòng)機(jī)，所述的逆變控制模塊對(duì)逆變器進(jìn)行控制，且通過(guò)總線與電池管理系統(tǒng)通訊。
2.如權(quán)利要求1所述的模塊化動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于:所述的供電電池組包括并聯(lián)連接的若干電池組，每個(gè)電池組包括若干串聯(lián)連接的電池單元，且每個(gè)電池組各自連接一個(gè)逆變模塊，即所述的逆變器由與電池包相同數(shù)量的逆變模塊并聯(lián)組成，所述的每個(gè)逆變模塊采用獨(dú)立直流母線為牽引電動(dòng)機(jī)供電。
3.如權(quán)利要求2所述的模塊化動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于:所述的每組電池所采用的逆變模塊可以為橋式逆變拓?fù)?、三電平橋式逆變拓?fù)洹⒍嚯娖綐蚴侥孀兺負(fù)浠蜍涢_關(guān)橋式逆變拓?fù)洹?br> 4.如權(quán)利要求2所述的模塊化動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于:所述的每個(gè)逆變模塊結(jié)構(gòu)相同，每個(gè)逆變模塊都輸出三相交流電，每個(gè)逆變模塊的三個(gè)橋臂中點(diǎn)與一個(gè)輸出電抗器連接，各個(gè)電抗器并聯(lián)連接至牽弓I電動(dòng)機(jī)。
5.如權(quán)利要求1所述的模塊化動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述的電池管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)充電情況、電機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)對(duì)電池單元進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，對(duì)所采集的數(shù)據(jù)分析及計(jì)算，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行SOC及SOH計(jì)算，進(jìn)行均衡管理，根據(jù)電池狀態(tài)選擇控制策略，確定實(shí)施具體動(dòng)作以利于電池的運(yùn)行。
6.如權(quán)利要求6所述的模塊化動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述的電池管理系統(tǒng)控制策略如下: 電池溫度過(guò)高時(shí)啟動(dòng)散熱風(fēng)機(jī)進(jìn)`行散熱，電池充電之前溫度過(guò)低時(shí)，先對(duì)電池包加熱至設(shè)定溫度，再進(jìn)行充電；檢測(cè)充電槍接入信號(hào)，充電時(shí)閉合充電回路，監(jiān)測(cè)充電過(guò)程中充電電流、電池電壓，實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)，完成充電后斷開充電回路；檢測(cè)電動(dòng)汽車鑰匙開關(guān)狀態(tài)，檢測(cè)啟動(dòng)信號(hào)，監(jiān)測(cè)放電過(guò)程中放電電流、電池電壓，完成過(guò)流保護(hù)，過(guò)放保護(hù)；針對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)大電容進(jìn)行預(yù)充電，預(yù)充完成后閉合主繼電器，斷開預(yù)充繼電器；顯示電池組的詳細(xì)信息，包括:總電壓、總電流、S0C、單體電壓、電池溫度；當(dāng)電池管理保護(hù)啟動(dòng)、電池電壓低于設(shè)定值、電池剩余容量SOC或電池健康狀況SOH低于設(shè)定值、繼電器未能正確執(zhí)行控制命令時(shí)報(bào)警。
7.如權(quán)利要求1所述的模塊化動(dòng)力系統(tǒng)的控制方法，其特征在于: 針對(duì)新啟用的電池組，其采用獨(dú)立直流母線的并聯(lián)逆變模塊，逆變控制模塊同時(shí)監(jiān)測(cè)所有并聯(lián)逆變模塊的電流值，當(dāng)電動(dòng)汽車總驅(qū)動(dòng)電流要求較小，即所有供電電池組的并聯(lián)回路電流都小于單個(gè)回路所能夠提供的總電流時(shí)，供電電池組放電電流通過(guò)自均衡功能，逆變控制模塊不必進(jìn)行均流控制；當(dāng)電動(dòng)汽車總驅(qū)動(dòng)電流要求較大，即有并聯(lián)回路電流大于單個(gè)回路所能夠提供的總電流時(shí)，逆變控制模塊進(jìn)行均流控制將各模塊電流限制在電池允許最大放電電流范圍內(nèi)；當(dāng)電動(dòng)汽車總驅(qū)動(dòng)電流要求很大，即超過(guò)并聯(lián)電池所能夠提供的總電流時(shí)，逆變控制模塊進(jìn)行均流控制，當(dāng)將各模塊電流限制在電池允許最大放電電流范圍內(nèi)，同時(shí)與電池管理系統(tǒng)通信，要求發(fā)出報(bào)警信號(hào)并告知用戶；針對(duì)電池剩余容量SOC或電池健康狀況SOH差別超過(guò)設(shè)定值的并聯(lián)電池組，所述的電池管理系統(tǒng)采集，根據(jù)每供電電池組的剩余容量及健康狀態(tài)分配其輸出電流，從而控制每組供電電池組的放電電流大小和放電深度，避免過(guò)放和過(guò)流；逆變控制模塊根據(jù)電池管理系統(tǒng)分配的電流大小進(jìn)行控制，這樣不僅可使整個(gè)電池組中電池的放電時(shí)間同步，而且確保系統(tǒng)不因?yàn)槟骋唤M電池出現(xiàn)問(wèn)題而導(dǎo)致系統(tǒng)故障，甚至損害電池組，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度； 當(dāng)電池狀態(tài)不正常時(shí)，亦即當(dāng)供電電池組并聯(lián)回路出現(xiàn)過(guò)放、SOC過(guò)低、SOH過(guò)低情況時(shí)，電池管理系統(tǒng)通知逆變控制模塊，通知電機(jī)控制系統(tǒng)調(diào)整控制策略，將相應(yīng)出現(xiàn)過(guò)放、SOC過(guò)低、SOH過(guò)低情況的并聯(lián)回路逆變模塊控制信號(hào)鎖死，亦即將相應(yīng)并聯(lián)回路從動(dòng)力系統(tǒng)中切除，保證個(gè)別電池狀態(tài)不佳時(shí)電動(dòng)汽車能正常運(yùn)行同時(shí)也能防止出現(xiàn)電池?fù)p壞，同時(shí)電池管理系統(tǒng)顯示報(bào)警 ，通告電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，提醒操作人員注意。
【文檔編號(hào)】H02P27/06GK103441553SQ201310410349
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】賀冬梅, 喬昕, 劉廣敏, 侯恩廣, 李楊, 崔立志, 張?jiān)? 欒朋, 宋春雷 申請(qǐng)人:山東省科學(xué)院自動(dòng)化研究所