本發(fā)明涉及電源管理系統(tǒng)，尤其是一種電傳動車載電源管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

儲能模塊作為公司目前研制新能源車(包括儲能式低地板車、新能源自卸車、新能源環(huán)衛(wèi)車)的核心部件之一，是由多個超級電容單體串并聯(lián)而成的。而在儲能模塊充放電時，由于超級電容的不一致性導(dǎo)致超級電容單體出現(xiàn)過充或欠充現(xiàn)象。超級電容單體間的電壓不一致嚴(yán)重影響超級電容的使用壽命，所以儲能模塊迫切需要使用控制電路解決電壓不均衡問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電傳動車載電源管理系統(tǒng)，實現(xiàn)超級電容單體間的電壓一致，有效地保護(hù)超級電容，使之更高效率、更長壽命地運(yùn)行。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種電傳動車載電源管理系統(tǒng)，包括偶數(shù)個超級電容模組，每個超級電容模組內(nèi)設(shè)有2ⁿ個相互串聯(lián)的超級電容，每2¹個相互連接的超級電容組成一個一級均衡組，每2²個相互連接的超級電容組成一個二級均衡組，每2³個相互連接的超級電容組成一個三級均衡組，以此類推每2^n-1組成一個n-1級均衡組，一級均衡組內(nèi)的兩個超級電容之間通過一個雙向dc-dc均衡模塊實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移均衡，二級均衡組包括兩個一級均衡組，二級均衡組內(nèi)的兩個一級均衡組之間通過一個雙向dc-dc均衡模塊實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移均衡，三級均衡組內(nèi)的兩個二級均衡組之間通過一個雙向dc-dc均衡模塊實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移均衡，依次類推，一個超級電容模組內(nèi)包括兩個n-1級均衡組，超級電容模組內(nèi)的兩個n-1級均衡組之間通過一個雙向dc-dc均衡模塊實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移均衡，兩個超級電容模組之間通過一個雙向dc-dc均衡模塊實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移均衡。本發(fā)明整個均衡策略為模塊化均衡，大模塊內(nèi)帶小模塊，大小模塊同時均衡，相比于逐次均衡，大大縮短均衡時間。

作為改進(jìn)，每個超級電容模組對應(yīng)一個控制單元，控制單元之間通過can總線相互通訊。

作為改進(jìn)，控制單元之間通過兩路can冗余通訊。

作為改進(jìn)，所述控制單元包括電壓采樣電路、溫度采樣電路、硬件保護(hù)電路、24v供電電源、mcu、通訊接口電路和所述雙向dc-dc均衡模塊；mcu通過電壓采集電路采集每個超級電容的電壓信號，mcu通過溫度采集電路采集每個超級電容的溫度信號，mcu控制雙向dc-dc均衡模塊的工作狀態(tài)；電壓采集電路實時采集每個超級電容單體的端電壓；將需要均衡的兩組超級電容端電壓u1、u2相比較，其差值δu與設(shè)定的啟動均衡閥值u做比較，若δu＞u，則啟動對應(yīng)均衡模塊，對兩組超級電容進(jìn)行電壓均衡，直到兩組超級電容端電壓趨近一致時，停止均衡。

作為改進(jìn)，溫度采集電路包括兩路溫度采集，超級電容模組溫度采集和控制單元溫度采集，實時采集溫度數(shù)據(jù)通過can總線傳輸給數(shù)據(jù)中繼器，當(dāng)超級電容模組溫度≥55℃時，數(shù)據(jù)中繼器發(fā)出溫度報警信號；當(dāng)控制單元上的環(huán)境溫度＞65℃時，關(guān)閉所有雙向dc-dc均衡模塊。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所帶來的有益效果是：

本發(fā)明整個均衡策略為模塊化均衡，大模塊內(nèi)帶小模塊，大小模塊同時均衡，相比于逐次均衡，大大縮短均衡時間。

附圖說明

圖1為儲能模塊整體控制電路框圖。

圖2為兩路can冗余通訊框圖。

圖3為控制單元均壓原理框圖。

圖4為控制單元功能框圖。

圖5為溫度采樣電路圖。

具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

一種電傳動車載電源管理系統(tǒng)，該車載電源管理系統(tǒng)對儲能模塊進(jìn)行電源管理，儲能模塊包括偶數(shù)個超級電容模組，每個超級電容模組內(nèi)設(shè)有2ⁿ個相互串聯(lián)的超級電容，每2¹個相互連接的超級電容組成一個一級均衡組，每2²個相互連接的超級電容組成一個二級均衡組，每2³個相互連接的超級電容組成一個三級均衡組，以此類推每2^n-1組成一個n-1級均衡組，一級均衡組內(nèi)的兩個超級電容之間通過一個雙向dc-dc均衡模塊實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移均衡，二級均衡組包括兩個一級均衡組，二級均衡組內(nèi)的兩個一級均衡組之間通過一個雙向dc-dc均衡模塊實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移均衡，三級均衡組內(nèi)的兩個二級均衡組之間通過一個雙向dc-dc均衡模塊實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移均衡，依次類推，一個超級電容模組內(nèi)包括兩個n-1級均衡組，超級電容模組內(nèi)的兩個n-1級均衡組之間通過一個雙向dc-dc均衡模塊實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移均衡，兩個超級電容模組之間通過一個雙向dc-dc均衡模塊實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移均衡。

如圖1所示，本實施例儲能模塊由10個超級電容模組串聯(lián)構(gòu)成，每個超級電容模組配備一個超級電容控制單元，因此儲能模塊控制電路是由10個超級電容控制單元串聯(lián)組成，每個超級電容模組電壓均衡單元能實現(xiàn)對2并8串共16個超級電容單體進(jìn)行電壓測量、溫度檢測、電壓自動均衡、故障檢測報警等功能。每個超級電容模組內(nèi)設(shè)有八個超級電容單體c1～c8。c1和c2、c3和c4、c5和c6、c7和c8組成一級均衡組；c1～c4和c5～c8組成二級均衡組。相鄰超級電容模組間進(jìn)行電壓均衡時，需要在高電位模組(模組1)電容串聯(lián)的中點處引出一條線至低電位模組(模組2)的串聯(lián)中點。每個模組向低電位模組引出一根均衡線，同時接收到高電位模組的均衡線，所以每個模組會有兩個點位作為模組間均衡的均衡線端點。

如圖2所示，控制單元之間通過兩路can冗余通訊，當(dāng)4個儲能模組串聯(lián)在一起時，其can通訊是掛連在兩路can總線(can1、can2)上的，每個均衡單元向數(shù)據(jù)中繼器發(fā)送8個超級電容單體電壓信號、2個模組溫度信號以及過壓報警等故障信號，某個控制單元中的can通訊損壞不影響其他控制單元的can通訊通道，若其中一路can總線損壞，可由另一路承擔(dān)通訊功能。

如圖3所示，控制單元采用dc-dc模塊主動電壓均衡方法，實現(xiàn)電容單體間的能量轉(zhuǎn)移，整個均衡策略為模塊化均衡，大模塊內(nèi)帶小模塊，大小模塊同時均衡，相比于逐次均衡，大大縮短均衡時間。一個超級電容模組內(nèi)有8個雙向dc-dc均衡模塊，1～7號雙向dc-dc模塊實現(xiàn)本組內(nèi)的超級電容間的能量轉(zhuǎn)移均衡，第8號雙向dc-dc模塊實現(xiàn)本組與相鄰模組間的電壓均衡。1～8號模塊分為三種類型：1～4號模塊實現(xiàn)1+1超級電容的電壓均衡,當(dāng)相鄰兩個超級電容壓差＞0.05v時，啟動dc-dc均衡模塊；5～6號均衡模塊實現(xiàn)2+2超級電容的電壓均衡，當(dāng)相鄰兩個超級電容壓差＞0.1v時，啟動dc-dc均衡模塊；7～8號模塊實現(xiàn)4+4超級電容的電壓均衡，當(dāng)相鄰兩個超級電容壓差＞0.2v時，啟動dc-dc均衡模塊。電壓采集電路實時采集每個超級電容單體的端電壓uc1～uc8，將需要均衡的兩組超級電容端電壓u1、u2相比較，其差值δu與設(shè)定的啟動均衡閥值u做比較，若δu＞u，則啟動對應(yīng)均衡模塊，對兩組超級電容進(jìn)行電壓均衡，直到兩組超級電容端電壓趨近一致時，停止均衡。

如圖4所示，所述控制單元包括電壓采樣電路、溫度采樣電路、硬件保護(hù)電路、24v供電電源、mcu、通訊接口電路和所述雙向dc-dc均衡模塊。mcu通過電壓采集電路采集每個超級電容的電壓信號，mcu通過溫度采集電路采集每個超級電容的溫度信號，mcu控制雙向dc-dc均衡模塊的工作狀態(tài)?？刂茊卧饕O(shè)計有3個方面的功能：電壓自動均衡功能、模組熱管理功能和模組編碼設(shè)置功能。

1、電壓自動均衡

1)電壓信號采集

依托l(wèi)tc6803-3電池電壓檢測芯片，將8路電容電壓的模擬電壓信號通過adc轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。

單體電壓：由采樣控制板完成；

模組電壓：由單體電壓計算得到；

電壓采集精度：5mv。

2)電壓均衡

采用8路dc-dc電壓均衡模塊，當(dāng)某個超級電容單體(或組合)電壓與相鄰超級電容單體(或組合)的端電壓差值大于設(shè)定的啟動均衡閥值(u＝0.1v、0.2v、0.3v)時，mcu就會向均衡模塊發(fā)出均衡指令，相應(yīng)dc-dc均衡模塊導(dǎo)通使電壓高的超級電容向電壓低的超級電容充電，從而使兩邊超級電容電壓一致。

3)過電壓保護(hù)

過電壓保護(hù)分為兩級保護(hù)，當(dāng)單體端電壓大于保護(hù)閥值(3.5v)時，mcu控制器優(yōu)先關(guān)斷dc-dc均衡模塊；當(dāng)mcu控制器保護(hù)失靈時，均衡模塊過電壓保護(hù)電路啟動強(qiáng)制關(guān)斷dc-dc均衡模塊。當(dāng)單體電壓大于3.8v時，mcu控制器發(fā)出過壓報警信號。

2、模組熱管理

1)溫度采集

兩路溫度采集：模組溫度采集和控制單元溫度采集。

模組溫度采集：將溫度探頭設(shè)置在模組中央的單體上，以中心溫度視為模組溫度。

控制單元溫度采集：將溫度探頭設(shè)置在控制板上，監(jiān)測控制板的溫度。

如圖5所示，溫度采樣基準(zhǔn)電壓為5v，定義溫度t＝25℃，rntc＝1kω時，vin＝2.5v。

采集輸入:

溫度采集精度：±2℃；

2)散熱風(fēng)扇控制

在充放電階段，溫度t以各模組最高溫度為準(zhǔn)，當(dāng)35℃＞t≥25℃時，開啟1個風(fēng)扇；t≥35℃時，同時開啟2個風(fēng)扇。

3)過溫度保護(hù)

在模組單體和均衡控制板上設(shè)有溫度采集點，實時采集溫度數(shù)據(jù)通過can總線傳輸給數(shù)據(jù)中繼器，當(dāng)模組溫度≥55℃時，數(shù)據(jù)中繼器發(fā)出溫度報警信號。在dc-dc均衡板上設(shè)有溫度檢測保護(hù)裝置，當(dāng)均衡板上的環(huán)境溫度＞65℃時，關(guān)閉所有dc-dc均衡模塊。

3、模組編碼設(shè)置功能

每個控制單元均有6位id編碼設(shè)置功能，id編碼數(shù)按模組電位由低到高設(shè)置編碼(例如10串的控制單元，電位由低到高的編碼為000000～001001)?？刂茊卧獙?shù)據(jù)打包以報文形式加上11位的id地址(其中后六位id為控制單元編碼)發(fā)送給數(shù)據(jù)中繼器。數(shù)據(jù)中繼器對控制單元的數(shù)據(jù)采集采用輪詢的形式，由can總線第一個控制單元至第40個控制單元的輪詢時間為1s。

本控制單元的均衡策略采用dc-dc自動均衡策略，可實現(xiàn)儲能單元間的能量轉(zhuǎn)移，其能量轉(zhuǎn)移效率高，與能耗型電壓均衡策略(例如：開關(guān)電阻法)相比，將能量進(jìn)行轉(zhuǎn)移而非消耗，使其產(chǎn)生的熱量大幅下降，更加節(jié)能環(huán)保，可改善超級電容的工作環(huán)境。整個均衡策略為模塊化均衡，大模塊內(nèi)帶小模塊，大小模塊同時均衡，模塊1、模塊2均衡的同時，模塊5也可以均衡。通過在模組間連接均衡線可以對相鄰模組進(jìn)行電壓均衡，解決了模組間出現(xiàn)電壓不均衡和過電壓的現(xiàn)象。

選擇2并8串的超級電容式控制單元是比較現(xiàn)階段比較成熟的產(chǎn)品，可以縮短項目研究周期。在技術(shù)問題上，控制單元采用兩路供電模式，一路為24v供電給mcu及電壓/溫度信號采集電路；一路為模組端電壓供給dc-dc均衡板及硬件保護(hù)電路。若采用2并10串或2并12串的模組，其dc-dc均衡板和硬件保護(hù)電路的供電電壓達(dá)到35v或42v，超過運(yùn)算放大器和電壓比較器最大工作電壓36v。這樣會影響控制單元的使用壽命。