CN101741118A - 机动车辆的能量存储系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于机动车辆的能量存储系统。所述系统包含：电串联的多个能量存储单元、每一个均具有第一侧和第二侧的多个双向电源转换器。第一侧中的每一个与多个能量存储单元中的一个电连接。该系统还包括另一个能量存储单元。多个双向电源转换器的第二侧与另一个能量存储单元电并联。双向电源转换器中的每一个均能够在第一侧和第二侧之间转移能量。这样，本发明可持续地评估并改变蓄电池之间的平衡，同时对蓄电池充电或维持蓄电池上的电荷。

Description

机动车辆的能量存储系统
技术领域
本发明涉及一种机动车辆的能量存储系统。
背景技术
电力系统可用于电驱动机动车辆。某些用于平衡电力系统的存储单元的技术是已知的。例如，美国专利第6,984,961号公开一种电池总成系统，其包括多个串联的蓄电池、用于探测蓄电池内产生的电压的电压探测器和用于探测在多个蓄电池内流动的电流的电流探测器。该电池总成系统还包括用于基于探测的电压和电流计算蓄电池的荷电状态(SOC)的SOC计算器和用于充电或放电多个蓄电池中至少一个以便平衡由SOC计算器计算的蓄电池的SOC的充电/放电单元。
又例如，美国专利第6,882,129号公开用于电池驱动车辆的电池组。电池组包含串联的电池模块。电池模块配置用于将电能提供至电池驱动车辆。每个电池模块具有SOC。电池组还包含连接至电池模块的电池控制模块(BCM)。每个电池模块连接至BCM中的一个并且每个BCM均配置用于监视电池模块参数。电池组进一步包含连接至每一个BCM的电池控制接口模块(BCIM)。BCIM配置用于从每一个BCM接收电池模块参数并且基于电池模块参数独立调节每一个电池模块的SOC。
再例如，美国专利第6,583,602号公开了将低压电能供应至低压负载的低压电池块。至少一个高压电池块与低压电池块串联并且与该低压电池块配合以将高压电能供应至高压负载。该低压电池块和高压电池块均包括电池。DC/DC转换器将电能从高压电池块传输至低压电池块。控制器探测(i)涉及低压电池块内平均每个电池电压的低压电池块的电参数，及(ii)涉及高压电池块内平均每个电池电压的高压电池块的电参数。控制器响应探测的电参数控制DC/DC转换器，以平衡低压电池块内的平均每个电池电压和高压电池块内的平均每个电池电压。
发明内容
本发明公开了一种用于机动车辆的能量存储系统。所述系统包含：电串联的多个能量存储单元和各自具有第一侧和第二侧的多个双向电源转换器。各个第一侧均与多个能量存储单元中的一个电连接。该系统还包括另一个能量存储单元。多个双向电源转换器的第二侧与另一个能量存储单元电并联。各个双向电源转换器均能够在第一侧和第二侧之间转移能量。
本发明还公开了一种机动车辆，其包括电机、电串联并电连接至电机的多个电池、以及各自具有第一侧和第二侧的多个双向DC/DC电源转换器。各个第一侧均与多个电池中的一个电连接。车辆还包括电负载和与电负载电连接的另一个电池。多个双向DC/DC电源转换器的第二侧与该另一个电池电并联。各个双向DC/DC转换器均能够在第一侧和第二侧之间转移能量。
本发明还公开了一种用于机动车辆的能量存储系统。所述系统包含：包括多个能量存储单元的电池组和各自具有第一侧和第二侧并且能够在第一侧和第二侧之间转移能量的多个双向DC/DC电源转换器。各个第一侧均与多个能量存储单元中的一个电连接，而第二侧电并联。该系统还包括配置用于通过经由多个双向DC/DC电源转换器中的至少一个在多个能量存储单元中的至少两个之间传输能量以平衡该电池组的控制器。
尽管说明和公开了根据本发明的示例实施例，但是这样的公开不应理解为限制本发明。应了解在不脱离本发明的范围下，可作出多种修改和可替代设计。
附图说明
图1为依照本发明实施例的机动车辆电力系统的方块图。
图2为图1的DC/DC转换器的示意图。
图3为依照本发明另一实施例的机动车辆的电力系统的方块图。
具体实施方式
现参考图1，用于机动车辆12的电力系统10可包括多个高压(例如300V)蓄电池14、至少一个低压(例如12V)蓄电池16、多个双向DC/DC电源转换器18和单向DC/DC电源转换器20(具有例如300∶12的匝数比)。在图1的实施例中，蓄电池14为锂离子电池并且蓄电池16为铅酸电池。然而，可使用其它蓄电池。
低压蓄电池16与低压负载22(例如点火系统)电连接。对于本领域技术人员明显的是，如果需要可将来自蓄电池16的电能供应至负载22。
多个蓄电池14电串联并且形成高压电池组24。电池组24与单向DC/DC转换器20和高压负载26电连接。DC/DC转换器20也与低压蓄电池16电连接。来自电池组24的电能可供应至DC/DC转换器20。DC/DC转换器20可将该高压电能逐步降低至低压电能。可将该低压电能供应至蓄电池16以例如为蓄电池16充电。对于本领域技术人员明显的是，来自电池组24的电能也可供应至高压负载26，例如电机。该电机可用于为车辆12提供动力。
多个双向DC/DC电源转换器18中的每一个均与多个高压蓄电池14中的一个和低压蓄电池16电连接。如下面更详细地讨论，电源转换器18中的每一个均可在高压蓄电池14/高压电池组24和低压蓄电池16之间传输电能。
现参考图2，各个双向DC/DC电源转换器18中均可包括一对双向整流器/逆变器28、30、一对线圈32、34和电容器36。电容器36可平滑进/出电源转换器18的电流输入/输出。
在图2的实施例中，双向整流器/逆变器28包含金属氧化物半导体场效应晶体管桥(MOSFET bridge，例如4晶体管控制的桥)，并且与线圈32电连接。双向整流器/逆变器30也包含MOSFET桥并且与线圈34电连接。然而，可使用任何合适的晶体管(例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT))。
图2中的线圈32、34具有3.6∶12的匝数比并且形成高频隔离变压器38。可由电池14、16的标称电压确定匝数比：高压蓄电池14均可具有3.6V的标称电压并且低压蓄电池16可具有12V的标称电压。对于本领域技术人员明显的是，隔离变压器38将高压电池组24与低压蓄电池16电隔离。当然，电源转换器18可具有任何合适的配置。
再次参考图1，电力系统10进一步包括控制器40。控制器40与多个高压蓄电池14中每一个和双向DC/DC电源转换器18中每一个电连接并且进行通讯。
控制器40可确定关于每一个蓄电池14的状况的信息。例如，控制器40可从合适的传感器(未显示)读取与每一个蓄电池14相关的温度、电压和电流信息，这些传感器可运转地设置以用于感应蓄电池14的这些参数。控制器40可进一步基于各个蓄电池14的状况确定各个蓄电池14的荷电状态。控制器40可使用该信息以平衡电池组24的蓄电池14。
如本领域技术人员所知，当电能输送至高压电池组24或从其移除时，多个蓄电池14可实现不同的荷电状态。双向DC/DC电源转换器18可用于在蓄电池14之间往返传输电能以平衡各自的荷电状态。例如，如果一个或多个蓄电池14具有大于目标荷电状态的荷电状态，则控制器40可指令与所述一个或多个蓄电池14相关的那些电源转换器18向例如低压蓄电池16放电，在本示例中低压蓄电池16作用为存储器。随后该电能可重新分配至电池组24的蓄电池14或通过蓄电池16保持。如果一个或多个蓄电池14具有低于目标荷电状态的荷电状态，则控制器40可指令与所述一个或多个蓄电池相关的那些电源转换器18从例如低压蓄电池16中抽取电能并且将其提供至所述一个或多个蓄电池14。当然其它情景也是可能的。
现参考图3，相对于图1中编号元件相差100的图3中编号元件具有类似(然而不需要相同)于图1中编号元件的描述。机动车辆112的电力系统110包括多个高压蓄电池114、至少一个低压蓄电池116和多个双向DC/DC电源转换器118。然而，其它配置也是可能的。
低压蓄电池116与低压负载122电连接。
多个蓄电池114电串联并且形成高压电池组124。电池组124与高压负载126电连接。来自电池组124的电能可供应至高压负载126。
多个双向DC/DC电源转换器118中的每一个均与多个高压蓄电池114中的一个和低压蓄电池116电连接。各个电源转换器118中可在高压蓄电池114/高压电池组124中的一个和低压蓄电池116之间传输电能。如下面更详细地讨论，可执行其以平衡蓄电池114和/或为蓄电池116充电。
电力系统110进一步包括控制器140。控制器140与多个高压蓄电池114中的每一个和双向DC/DC电源转换器118中的每一个通信和/或电连接。如参考图1中说明的控制器40所讨论的，控制器140可基于各个蓄电池114的状态进一步确定它们的荷电状态。控制器140可使用该信息通过例如指令所选择的电源转换器118在蓄电池114之间往返传输电能，以便以类似于上述方式实现平衡来平衡电池组124的蓄电池114。
控制器140也可实时(on the fly)平衡蓄电池114，同时例如将电能提供至低压蓄电池116。控制器140可例如指令各个蓄电池114以将指定量的电能提供至蓄电池116。该指定量可取决于具体蓄电池114的荷电状态。例如，当控制器140指令转换器118输送1.0A以支持低压蓄电池116上的负载时，荷电状态大于目标值的那些蓄电池114可调节它们的指令以在固定时间段提供1.1A的电流，同时荷电状态低于目标值的那些蓄电池114可调节它们的指令以在固定时间段提供0.9A的电流。该固定时间段可为将电流提供至蓄电池116以实现荷电状态平衡的总时间的一部分。因此，控制器140可持续地评估并改变蓄电池114之间的平衡，同时对蓄电池116充电或维持蓄电池116上的电荷。
在其它实施例中，可省略低压蓄电池116并且双向DC/DC电源转换器118可与低压负载122电连接。电源转换器118可具有一定大小以处理负载122带来的最大瞬时负载，并且因此来自蓄电池114的电能可逐渐增大并且经由电源转换器118共同提供至负载122。其它设置和配置也是可能的。
尽管说明并公开了依照本发明的示例实施例，但这种公开不应解释为限制本发明。可以预想在不脱离本发明范围下作出多种修改和可替代设计。

Claims (12)

1.一种用于机动车辆的能量存储系统，包含：
电串联的多个能量存储单元；
多个具有第一侧和第二侧的双向电源转换器，所述第一侧中的每一个均与所述多个能量存储单元中的一个电连接；及
另一个能量存储单元，所述多个双向电源转换器的第二侧与所述另一能量存储单元电并联，所述双向电源转换器中的每一个均能够在所述第一侧和所述第二侧之间转移能量。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一侧和所述第二侧均具有电压并且所述电压不同。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述双向电源转换器包含DC/DC转换器。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个能量存储单元包含锂离子电池。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述另一个能量存储装置包含铅酸电池。
6.如权利要求1所述的系统，进一步包含：具有输入侧和输出侧的单向电源转换器，所述输入侧与所述多个能量存储单元电连接并且所述输出侧与所述另一个能量存储单元电连接，所述单向电源转换器能够将能量从所述输入侧转移至所述输出侧。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个能量存储单元与所述另一个能量存储单元电隔离。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述多个双向电源转换器将所述多个能量存储单元与所述另一个能量存储单元电隔离。
9.如权利要求1所述的系统，进一步包含：与所述多个双向电源转换器中的每一个通信并且配置用于接收关于所述多个能量存储单元的信息的控制器。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述关于多个能量存储单元的信息包括温度信息、电压信息和电流信息中的至少一个。
11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述控制器配置用于基于所述接收的信息确定所述多个能量存储单元中的每一个的荷电状态。
12.如权利要求1所述的系统，进一步包含：控制器，配置用于同时指令(i)所述多个双向电源转换器中的一些将能量从所述第一侧转移至所述第二侧以及(ii)所述多个双向电源转换器中的另外一些将能量从所述第二侧转移至所述第一侧。
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