CN102029883B - 一种电机动力系统以及使用该系统的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机动力系统及使用该系统的车辆，所述系统包括：多个电机系统，各个电机系统通过离合器相连；多个电池组，每个电池组分别通过开关装置与所述多个电机系统中的每个电机系统电连接，用于对所述电机系统供电或者接收所述电机系统的馈电；电池状态检测装置，与所述多个电池组中的每个电池组电连接，用于检测每个电池组的状态；控制器，与所述电池状态检测装置和开关装置电连接，用于根据电机动力系统的负载的功率需求和每个电池组的状态，控制所述离合器和开关装置，以确定通过离合器相连的电机系统以及与该电机系统电连接的电池组。本发明的电机动力系统能够均衡使用电池组，延长电池组的使用寿命。

Description

一种电机动力系统以及使用该系统的车辆

技术领域

本发明涉及电动汽车领域，并且尤其涉及电动汽车中的电机动力系统。

背景技术

目前的电动汽车为了保证较长的续驶里程和馈电电能接收效率，常采用多个大容量的电池单体相互串联，以作为电动汽车的储能部件。图1示出了现有的电动汽车的结构示意图，如图1所示，所述电动汽车包括电池组1、控制器2、电机控制器3、电机4、变速机构5以及车轮6。其中，所述电池组1包括相互串联的多个电池单体，且整个电池组1的能量应足以满足整车的动力需求；控制器2根据整车的动力需求，控制所述电机控制器3，以使所述电机4在电机控制器3的控制下，利用电池组1所供应的电能，通过驱动变速机构5，进而驱动车轮6旋转。

由于所述电池组需要的能量需要满足整车的动力需求，因此，其需要由大量电池单体串联组成。然而，在电池组使用过程，电池组的某些电池单体可能会过充或者过放，这样会影响该电池单体的使用寿命，从而最终影响整个电池组的容量和使用寿命。而随着串联的电池单体越多，保持各个电池单体之间的一致性的难度会越大，这样会导致电池组的使用寿命会减短，同时也会导致电动汽车的动力性下降。

发明内容

为了克服现有技术的电动汽车难以保持电池组内的各个电池单体之间的一致性的缺陷，本发明特提供新的电机动力系统以及使用该系统的车辆

本发明提供的电机动力系统包括：多个电机系统，各个电机系统通过离合器相连；多个电池组或电池，每个电池组或电池分别通过开关装置与所述多个电机系统中的每个电机系统电连接，用于对所述电机系统供电或者接收所述电机系统的馈电；电池状态检测装置，与所述多个电池组或电池中的每个电池组或电池电连接，用于检测每个电池组或电池的状态；以及控制器，与所述电池状态检测装置和开关装置电连接，用于根据电机动力系统的负载的功率需求和每个电池组或电池的状态，控制所述离合器和开关装置，以确定通过离合器相连的电机系统以及与该电机系统电连接的电池组或电池。

相应地，本发明还提供一种使用上述电机动力系统的车辆。

本发明的电机动力系统采用了分布式电池组或电池多向为多个电机系统供电并存储电机系统所回馈的能量，即分布式电池组或电池内的每个相对独立的电池组或电池同时与多个电机系统电连接，可分阶段地为多个电机系统提供能量，并分阶段地存储多个电机系统回馈的电能；相对应地，每个电机系统同时与分布式电池组或电池内多个电池组或电池电连接，可分阶段地从不同的相对独立的电池组或电池接收电能，也可分阶段地将自身回馈的能量存储于不同的电池组或电池内。通过上述结构布局，控制器可综合考虑电机动力系统的负载以及各个电池组或电池的状态，控制离合器和开关装置，以在满足电机动力系统的负载的前提下，均衡使用每个电池组或电池，从而使得电池组或电池保持在正常状态。

与现有技术中仅使用一个电池组相比，本发明的多个电池组中的单个电池组的容量要小一些，因为本发明不要求一个电池组的供电能力能够满足整个电机动力系统的负载，这样可减少单个电池组中所使用的电池单体的数量，降低了单个电池组内的电池单体之间保持一致性的难度。至于多个电池组或电池之间的一致性，本发明也通过控制开关装置，保证了各个电池组或电池的均衡使用。因此本发明可很好地保持多个电池组中的各个电池单体之间以及各个电池组或电池之间的一致性，延长了电池组或电池的使用寿命。

附图说明

图1是现有的电动汽车的结构示意图；

图2是本发明提供的电机动力系统的结构示意图；

图3a-图3b示出了本发明的电机动力系统的一种实施方式在一种使用状态下的工作示意图；

图4a-图4b示出了本发明的电机动力系统在一种实施方式中在另一种使用状态的工作示意图；以及

图5示出了使用本发明的电机动力系统的车辆的结构示意图。

具体实施方式

下面参考附图详细描述本发明。

图2是本发明提供的电机动力系统的结构示意图，注意，图2仅示出了两个电池组、两个电机系统的情况。如图2所述，本发明提供的电机动力系统包括：多个电机系统7，各个电机系统7通过离合器8相连；多个电池组或电池(以下统称为电池组)1，每个电池组或电池1分别通过开关装置10与所述多个电机系统7中的每个电机系统7电连接，用于对所述电机系统7供电或者接收所述电机系统7的馈电；电池状态检测装置9，与所述多个电池组或电池1中的每个电池组或电池1电连接，用于检测每个电池组或电池1的状态；以及控制器2，与所述电池状态检测装置9和开关装置10电连接，用于根据电机动力系统的负载的功率需求和每个电池组或电池1的状态，控制所述离合器8和开关装置10，以确定通过离合器8相连的电机系统7以及与该电机系统7电连接的电池组或电池1。

其中，所述电机动力系统还包括输出功率控制装置，所述控制器2通过该输出功率控制装置获取所述电机动力系统的负载的功率需求。所述输出功率控制装置可以任何能够控制电机动力系统的输出功率的装置，例如常用的油门。

其中，所述电机系统7包括电机控制器3和电机4，电机控制器3通过开关装置10(具体为开关K1-K8)分别与所述多个电池组1中的每个电池组1电连接，以将电池组1的电能提供给电机4；所述电机控制器3还与控制器2电连接，用于接收控制器2的指令，以控制电机4的转速和转矩。所述多个电机系统7中的各个电机4通过离合器8相互串联。

所述电机动力系统具有两种工作模式：电动模式和能量回馈模式。当电机动力系统处于电动模式时，控制器2可以根据负载的功率需求，控制连接在各个电机系统7之间的离合器8结合。例如，当单个电机系统7无法满足电机动力系统的负载的功率需求的情况下，所述控制器2可通过控制离合器8，使另一个电机系统7切入进来工作，并根据各个电池组1的状态，通过控制设置于每个电池组1与所述多个电机系统7中的每个电机系统7之间的连接电路上的开关装置10(具体为开关K1-K8)的导通与断开，选择性地将适合放电的电池组1连接至需要工作电机系统7，以为电机系统7供电。此时，所述电池组1与电机系统7采用一对一的方式进行放电。

当电机动力系统处于能量回馈模式时，控制器2可以根据电池组1的状态，确定需要充电的电池组1，并根据该需要充电的电池组1的个数，控制连接在电机系统7之间的离合器8，以使得与所述需要充电的电池组1的个数相等的电机系统7之间的离合器8接合；控制开关K1-K8的导通和断开，将所述需要充电的电池组1以一对一的方式分别连接至所述通过离合器8接合而相串联的电机系统7。此时，所述需要充电的电池组1接收与其相对应的电机系统7的能量回馈，以进行充电。

需要说明的是，在同一时刻，一个电池组1仅为一个电机系统7供电或者接收该电机系统7所回馈的电能。

下面参考图3a-图4b，以两个电池组1、两个电机系统7为例对本发明的电机动力系统的运行过程进行说明。

图3a-图3b分别示出了本发明的电机动力系统在平行供电和平行馈电状态下的工作示意图，如图3a所示，开关K1、K2、K3、K4闭合、开关K5、K6、K7、K8断开，电机动力系统处于电动模式，电池组1平行地向电机系统7供电；如图3b所示，开关K1、K2、K3、K4闭合、开关K5、K6、K7、K8断开，电机动力系统处于能量回馈模式，电机系统7将回馈的电能平行地回馈至电池组1。

图4a和图4b分别是示出了本发明的电机动力系统在交叉供电和交叉馈电状态下的工作示意图，如图4a所示，开关K5、K6、K7、K8闭合，开关K1、K2、K3、K4断开，电机动力系统处于电动模式，电池组1交叉地向电机系统7供电；如图4b所示，开关K5、K6、K7、K8闭合，开关K1、K2、K3、K4断开，电机动力系统处于能量回馈模式，电机系统7将回馈的电能交叉地回馈至电池组1。

注意，图3a-图4b旨在表示电池组1与电机系统7之间的是可以根据需要进行灵活匹配的。上述“平行”与“交叉”针对图3a-图4b中电池组1与电机系统7之间的位置而言的。

所述电池状态检测装置9所检测的电池组1的状态为电池组1的荷电量。所述控制器2控制所述开关装置10，使荷电量较高的电池组1优先供电，荷电量较低的电池组1被优先馈电。通常电池组1的正常荷电量为30％-80％，因此，当所述多个电池组或电池1中存在荷电量高于80％或者荷电量低于30％的电池组或电池1时，所述控制器2控制所述开关装置(10)，以使荷电量高于80％的电池组或电池1优先供电，荷电量低于30％的电池组或电池1被优先馈电。这样可以避免电池组1过充或者过放。

其中，所述电池状态检测装置9所检测的电池组1的状态还可以是电池组1的温度。控制器2控制所述开关装置10，以使温度较低的电池组或电池1比温度较高的电池组或电池1优先参与电机系统7的供电或馈电。这样可是使得温度过高的电池组1得到休息，以避免进一步恶化其温度，影响其性能。

其中，所述电池组1的个数和电机系统7的个数可以根据电机动力系统的负载的功率需求来决定，优选地，所述电池组1的个数大于电机系统7的个数，这样可留有多余的电池组，以备电机动力系统进行更加灵活地调用，增强整个电机动力系统的健壮性。例如，当与各个电机系统7一对一对应的电池组1中存在一些过充、过放或者温度过高的电池组时，此时可将所述多余的电池组切入供电。

在本发明的电机动力系统中，单个电池组中所包含的电池单体的个数可以根据实际的电机动力系统的负载的功率需求来决定，为了降低使得电池组中电池单体保持一致性的难度，单个电池组中所包含的电池单体个数越少越高，优选为少于或等于60个。

图5示出了使用本发明的电机动力系统的车辆的结构示意图，如图5所示，所述车辆包括上述电机动力系统、变速机构5以及车轮6，电机动力系统中的电机4的输出轴与变速机构5相连，以通过变速机构5来驱动车轮6转动。

本发明的电机动力系统可根据电池组的状态以及电机动力系统的负载的功率需求，对开关装置的导通和断开进行多种组合，使各个电池组均获得均衡利用的机会；同时还可以使性能好的电池组获得更高的利用率，屏蔽性能差的电池组的利用率，使得电池组获得更高的使用寿命。

Claims (6)

1.一种电机动力系统，该系统包括：

多个电机系统（7），各个电机系统（7）通过离合器（8）相连；

多个电池组或电池（1），每个电池组或电池（1）分别通过开关装置（10）与所述多个电机系统（7）中的每个电机系统（7）电连接，用于对所述电机系统（7）供电或者接收所述电机系统（7）的馈电；

电池状态检测装置（9），与所述多个电池组或电池（1）中的每个电池组或电池（1）电连接，用于检测每个电池组或电池（1）的状态；以及

控制器（2），与所述电池状态检测装置（9）和开关装置（10）电连接，用于根据电机动力系统的负载的功率需求和每个电池组或电池（1）的状态，控制所述离合器（8）和开关装置（10），以确定通过离合器（8）相连的电机系统（7）以及与该电机系统（7）电连接的电池组或电池（1），

其中，所检测的电池组或电池（1）的状态包括电池组或电池（1）的荷电量或者电池组或电池（1）的温度，所述控制器（2）控制所述开关装置（10），使荷电量较高的电池组或电池（1）优先供电，荷电量较低的电池组或电池（1）被优先馈电，所述控制器（2）控制所述开关装置（10），以使温度较低的电池组或电池（1）比温度较高的电池组或电池（1）优先参与电机系统（7）的供电或馈电。

2.根据权利要求1所述的电机动力系统，当所述多个电池组或电池（1）中存在荷电量高于80%或者荷电量低于30%的电池组或电池（1）时，所述控制器（2）控制所述开关装置（10），以使荷电量高于80%的电池组或电池（1）优先供电，荷电量低于30%的电池组或电池（1）被优先馈电。

3.根据权利要求1或2所述的电机动力系统，其中，所述多个电池组（1）中的每个电池组由1-60个电池单体组成。

4.根据权利要求1或2所述的电机动力系统，其中，所述电池组或电池（1）的数量大于所述电机系统（7）的数量。

5.根据权利要求1或2所述的电机动力系统，其中，该系统还包括输出功率控制装置，所述控制器（2）通过该输出功率控制装置获取所述电机动力系统的负载的功率需求。

6.一种使用权利要求1-5中任意一项权利要求所述的电机动力系统的车辆。