一種車輛電源管理系統(tǒng)及電動車輛的制作方法
【專利摘要】本申請公開了一種車輛電源管理系統(tǒng)及安裝該系統(tǒng)的電動車輛。所述車輛電源管理系統(tǒng)與車輛控制系統(tǒng)連接，包括儲能單元、與儲能單元連接的電流控制級以及與儲能單元和電流控制級連接的控制器。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)還與電流控制級并聯(lián)的轉(zhuǎn)換開關(guān)，所述轉(zhuǎn)換開關(guān)與控制器連接。本申請車輛電源管理系統(tǒng)保證了電池在瞬時高電流輸出的情況下正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)過電流保護(hù)。
【專利說明】
一種車輛電源管理系統(tǒng)及電動車輛
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本申請涉及電動車輛領(lǐng)域，具體涉及電動車輛的車輛電源管理系統(tǒng)及安裝該系統(tǒng)的電動車輛?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，在電動車輛領(lǐng)域，逐漸使用鋰離子電池來取代傳統(tǒng)的鉛酸電池，以制作儲能系統(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。 相對于鉛酸電池，鋰離子電池對物理環(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受限于其增高的內(nèi)部電阻。而這種情況下，過高的電流則會導(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:為啟動內(nèi)燃機(jī)提供動力時。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)用可能會降低輸出電壓到9V或更低。當(dāng)超出這個電壓范圍時，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，會發(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)之間沒有電流控制裝置，就會有伴隨著電壓小幅波動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)得起像啟動發(fā)動機(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?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)的電動車輛。
[0008]本申請通過如下技術(shù)方案之一來實(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，包括儲能單元、與儲能單元連接的電流控制級以及與儲能單元和電流控制級連接的控制器。所述儲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)還與電流控制級并聯(lián)的轉(zhuǎn)換開關(guān)，所述轉(zhuǎn)換開關(guān)與控制器連接。[〇〇〇9]進(jìn)一步地，所述電流控制級為半導(dǎo)體電流控制級。
[0010]進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)換開關(guān)為機(jī)電開關(guān)。
[0011]進(jìn)一步地，所述控制器被配置為用以檢測儲能單元的狀態(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電流。
[0013]更進(jìn)一步地，根據(jù)檢測到的儲能單元的狀態(tài)數(shù)值，所述控制器控制電流控制級工作，以使得充電過程中輸入的電流以及放電過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)送回饋制動狀態(tài)信息時，所述電流控制級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)，所述電流控制級被控制為放電工作模式，儲能單元放電。
[0016]進(jìn)一步地，所述儲能單元、電流控制級、控制器、轉(zhuǎn)換開關(guān)被組裝到電池的殼體內(nèi)。
[0017]本申請通過如下技術(shù)方案之二來實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的:一種電動車輛，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，本申請車輛電源管理系統(tǒng)保證了電池在瞬時高電流輸出的情況下正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)過電流保護(hù)。更近一步地，本申請車輛電源管理系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)過量充電保護(hù)、過量放電保護(hù)以及解決熱限制問題?！靖綀D說明】
[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?！揪唧w實(shí)施方式】
[0020]這里將詳細(xì)地對示例性實(shí)施方式進(jìn)行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，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、本申請的一些方面相一致的裝置和方法的例子。[0021 ]在本申請使用的術(shù)語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。在本申請和所附權(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“和/或”是指并包含一個或多個相關(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，本申請車輛電源管理系統(tǒng)，與車輛控制系統(tǒng)5連接，包括儲能單元1、電流控制級2以及與儲能單元1和電流控制級2連接的控制器3。所述儲能單元1包括若干鋰離子電池(未圖示)。所述電流控制級2為半導(dǎo)體電流控制級，用以管理功率、發(fā)熱、充電狀態(tài)和電壓等，以防止過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檢測儲能單元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)動電流控制級1工作，從而使得充電過程中輸入的電流以及放電過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2中電流和功率的生產(chǎn)量受限于車輛正常操作時的電流或功率的合理下限值。
[0025]為了保證電池在瞬時高電流輸出的情況下正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)過電流保護(hù)，本申請車輛電源管理系統(tǒng)還包括與電流控制級1并聯(lián)的轉(zhuǎn)換開關(guān)4。
[0026]該轉(zhuǎn)換開關(guān)4和一般啟動裝置的高電流轉(zhuǎn)換開關(guān)一樣，可以被組裝到發(fā)動機(jī)繼電器或其他設(shè)備中。在一實(shí)施方式中，所述轉(zhuǎn)換開關(guān)為機(jī)電開關(guān)。
[0027]如果車輛控制系統(tǒng)5需要儲能單元1輸出高電流(例如發(fā)動機(jī)啟動)時，控制器3啟動該轉(zhuǎn)換開關(guān)4，允許高電流流出電池。由于控制器3能使儲能單元1保持滿電狀態(tài)，同時控制并行的電流控制級2和轉(zhuǎn)換開關(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)對儲能單元1的保護(hù)。控制器3能夠在任何時候單獨(dú)或同時操作電流控制級2和轉(zhuǎn)換開關(guān)4。
[0028]進(jìn)一步講，所述電流控制級1具有充放電雙向工作模式，因此電流控制級2可以單獨(dú)有效的控制儲能單元1的充電狀態(tài)。更進(jìn)一步地，本申請?zhí)岢鲆环N低壓狀態(tài)下回饋制動 (或稱再生制動，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)送回饋制動狀態(tài)的信息指令時，所述電流控制級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1被控制為放電工作模式，這樣就可以控制電池儲能單元1放電。
[0029]在一實(shí)施方式中，所述儲能單元1、電流控制級2、控制器3、轉(zhuǎn)換開關(guān)4等組件可被組裝到電池的殼體內(nèi)。
[0030]本申請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)，可以完成對于系統(tǒng)自身的過電流保護(hù)、過量充電保護(hù)、過量放電保護(hù)以及解決熱限制問題，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的較佳實(shí)施方式而已，并不用以限制本申請，凡在本申請的精神和原則之內(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:包括儲能單元、與儲能 單元連接的電流控制級以及與儲能單元和電流控制級連接的控制器;所述儲能單元包括若 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)還與電流控制級并聯(lián)的轉(zhuǎn)換開關(guān)，所述轉(zhuǎn)換開關(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:所述電流控制級為半導(dǎo)體電流 控制級。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)換開關(guān)為機(jī)電開關(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 儲能單元的狀態(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 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)檢測到的儲能單元的 狀態(tài)數(shù)值，所述控制器控制電流控制級工作，以使得充電過程中輸入的電流以及放電過程 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) 送回饋制動狀態(tài)信息時，所述電流控制級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)，所述電流控制級被控制為放電工作模式，儲能單元放 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:所述儲能單元、電流控制級、控 制器、轉(zhuǎn)換開關(guān)被組裝到電池的殼體內(nèi)。10.—種電動車輛，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】B60L3/00GK105946585SQ201610388742
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月2日
【發(fā)明人】胡壯豐, 彥斯·貝肯, 丁力·羅伯特
【申請人】觀致汽車有限公司