CN102673422B - 一种纯电动汽车能量系统构型及其车辆储能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纯电动汽车能量系统构型及其车辆储能控制系统，能量系统构型包括：第一充电插头和第二充电插头、第一充电插头连接有第一电池组，第二充电插头连接有第二电池组；第一电池组和第二电池组分别由若干个电池串联组成；本发明通过控制具有单向/双向开关的功率器件，来控制各个电池组，使各个电池组达到同时放电，而其放电过程又相互独立，不会出现反充现象；通过整车电控对功率器件的控制可以实现一组或多组电池组放电；从而保证每个电池组单体都处于监控之中，本发明最大化的降低了充电时间，降低了充电电流，提高整车高压用电部件和电池组的循环寿命；并可以降低整车电压从而保证整车的电磁兼容性能，整车的电控技术水平大大提高。

Description

一种纯电动汽车能量系统构型及其车辆储能控制系统

技术领域

本发明涉及电动汽车领域，涉及一种纯电动汽车能量系统构型及其车辆储能控制系统。

背景技术

当前，电动汽车尤其是纯电动汽车已经是世界汽车发展的重要发展方向，纯电动汽车具有低能耗、无排放和无污染等优点，但却有续驶里程短、动力电池数目多体积重量都较大、充电时间长和电池寿命低等缺点，影响了电动汽车的发展。现有的纯电动汽车的能源系统方案主要包括以下两种方式：

第一种方式：动力电池先并后串，即先将电池单体进行并联（提升其容量），再将多个并联后的电池组进行串联（提升其电压等级）之后形成整车电池包，简单实用；

第二种方式：在整车总电量保持不变的情况下，提高整车电压等级，减少并联电池数目，同时增加串联电池的数目。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足：

第一种方式中电池组的一致性和寿命都难以保证；各个并联的单体电池之间存在着相互充放电，一个单体发生故障就会导致其他并联的单体电池发生故障；整车充电电流较大，增大了快速充电的难度；第二种方式虽然降低了整车的电流，保护了用电器件，但整车的电磁兼容性能较差，影响了整车的高压和行驶安全性。

发明内容

本发明提供了一种纯电动汽车能量系统构型及其车辆储能控制系统，本发明避免了大电流快速充电对电池的损害和对整车高压附件的不良影响，同时增强了动力电池的可靠性，提高了整车电控技术水平，详见下文描述：

一种纯电动汽车能量系统构型，所述能量系统构型包括：第一充电插头和第二充电插头、所述第一充电插头连接有第一电池组，所述第二充电插头连接有第二电池组；所述第一电池组和所述第二电池组分别由若干个电池串联组成；

所述第一电池组的正极连接第一功率器件的一端，所述第一功率器件的另一端连接整车高压用电部件的正极，所述第一电池组的负极连接所述整车高压用电部件的负极；所述第二电池组的正极连接第三功率器件的一端，所述第三功率器件的另一端连接所述整车高压用电部件的正极，所述第二电池组的负极连接所述整车高压用电部件的负极；或，

所述第一电池组的正极连接所述整车高压用电部件的正极，所述第一电池组的负极连接第二功率器件的一端，所述第二功率器件的另一端连接所述整车高压用电部件的负极；所述第二电池组的正极连接所述整车高压用电部件的正极，所述第二电池组的负极连接第四功率器件的一端，所述第四功率器件的另一端连接所述整车高压用电部件的负极；或，

所述第一电池组的正极连接所述第一功率器件的一端，所述第一功率器件的另一端连接所述整车高压用电部件的正极，所述第一电池组的负极连接所述第二功率器件的一端，所述第二功率器件的另一端连接所述整车高压用电部件的负极；所述第二电池组的正极连接有所述第三功率器件的一端，所述第三功率器件的另一端连接所述整车高压用电部件的正极，所述第二电池组的负极连接所述第四功率器件的一端，所述第四功率器件的另一端连接所述整车高压用电部件的负极。

所述第一充电插头、所述第二充电插头、所述第一电池组、所述第二电池组、所述第一功率器件、所述第二功率器件、所述第三功率器件和所述第四功率器件的数量为大于1的正整数，且数量相匹配。

所述第一电池组和所述第二电池组具体为：功率型锂离子电池。

所述第一功率器件、第二功率器件、第三功率器件和第四功率器件具体为：单向可控功率开关。

所述第一功率器件、第二功率器件、第三功率器件和第四功率器件具体为：双向开关。

一种车辆储能控制系统，包括：车辆储能控制器或整车控制器，其中，所述整车控制器集成了所述车辆储能控制器的功能，所述车辆储能控制系统还包括：纯电动汽车能量系统构型，

所述车辆储能控制器或所述整车控制器控制所述第一功率器件、所述第二功率器件、所述第三功率器件和所述第四功率器件的打开和闭合，实现电流的正向或反向流动。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

本发明提供了一种纯电动汽车能量系统构型及其车辆储能控制系统，本发明通过控制具有单向/双向开关的功率器件，来控制各个电池组，使各个电池组达到同时放电，而其放电过程又相互独立，不会出现反充现象；通过整车电控对功率器件的控制可以实现一组或多组电池组放电；从而保证每个电池组单体都处于监控之中，本发明最大化的降低了充电时间，降低了充电电流，提高整车高压用电部件和电池组的循环寿命；并可以降低整车电压从而保证整车的电磁兼容性能，整车的电控技术水平大大提高。

附图说明

图1为本发明提供的一种纯电动汽车能量系统构型的结构示意图；

图2为本发明提供的多组纯电动汽车能量系统构型的结构示意图；

图3为本发明提供的车辆储能控制系统的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：第一充电插头；        2：第二充电插头；

3：第一电池组；          4：第二电池组；

5：第一功率器件；        6：第二功率器件；

7：第三功率器件；        8：第四功率器件；

9：整车高压用电部件；    10：正向电流开关；

11：负向电流开关。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了避免大电流快速充电对电池的损害和对整车高压附件的不良影响，同时增强动力电池的可靠性，提高整车电控技术水平，本发明实施例提供了一种纯电动汽车能量系统构型，参见图1和图2，详见下文描述：

一种纯电动汽车能量系统构型，参见图1，包括：第一充电插头1和第二充电插头2、第一充电插头1连接有第一电池组3，第二充电插头2连接有第二电池组4；第一电池组3和第二电池组4分别由若干个电池串联组成；第一电池组3和第二电池组4与整车高压用电部件9采用以下三种方式连接，具体为；

第一电池组3的正极连接第一功率器件5的一端，第一功率器件5的另一端连接整车高压用电部件9的正极，第一电池组3的负极连接整车高压用电部件9的负极；第二电池组4的正极连接第三功率器件7的一端，第三功率器件7的另一端连接整车高压用电部件9的正极，第二电池组4的负极连接整车高压用电部件9的负极；或，

第一电池组3的正极连接整车高压用电部件9的正极，第一电池组3的负极连接第二功率器件6的一端，第二功率器件6的另一端连接整车高压用电部件9的负极；第二电池组4的正极连接整车高压用电部件9的正极，第二电池组4的负极连接第四功率器件8的一端，第四功率器件8的另一端连接整车高压用电部件9的负极；或，

第一电池组3的正极连接第一功率器件5的一端，第一功率器件5的另一端连接整车高压用电部件9的正极，第一电池组的负极连接第二功率器件6的一端，第二功率器件6的另一端连接整车高压用电部件9的负极；第二电池组4的正极连接有第三功率器件7的一端，第三功率器件7的另一端连接整车高压用电部件9的正极，第二电池组4的负极连接第四功率器件8的一端，第四功率器件8的另一端连接整车高压用电部件9的负极。

进一步地，为了满足实际应用中的多种需要，参见图2，纯电动汽车能量系统构型还包括多组电池组并联的情况，即，第一充电插头1、第二充电插头2、第一电池组3、第二电池组4、第一功率器件5、第二功率器件6、第三功率器件7和第四功率器件8的数量为大于1的正整数，且数量相匹配。

进一步地，为了保证整车有较短的充电时间，动力电池（即图中第一电池组3和第二电池组4）优选功率型锂离子电池。

其中，第一功率器件5、第二功率器件6、第三功率器件7和第四功率器件8具体为：单向可控功率开关（可实现正向或反向导通、关断的可控性功率开关）或双向开关，优选为双向开关的功率器件。例如：采用双IGBT功率器件，来控制正反两个单向电流，具体实现时，还可以采用其他双向开关的功率器件，本发明实施例对此不做限制。

当第一功率器件5和第三功率器件7功率器件采用双向开关导通时，其工作特点如下：

1）当第一电池组3放电时，第一功率器件5中的正向电流开关10打开，负向电流开关11闭合，电流从第一电池组3流出而不会被相邻的第二电池组电流反充；同理，第二电池组4放电时，第二功率器件7中的正向电流开关10打开，负向电流开关11闭合，第一电池组3和第二电池组4的电流汇集后给整车高压用电部件9供电，而第一电池组3和第二电池组4的放电过程是完全各自独立的，不会产生互相充电影响；

2）当整车高压用电部件9需要第一电池组3和第二电池组4回收制动能量时，第一电池组3和第二电池组4中的正向电流开关10闭合，反向电流开关11打开，实现了制动能量的回收。

具体实现时，各个电池组是并联关系，由于每一个电池组都是单独放电和充电，并单独进行电池组的管理，这样可以保证每个电池组处于监控之中，且各个电池组不会相互影响。整车放电时，各组电池组放出电流汇集给整车高压用电部件9，而各组电池组的状态可以不相同；整车充电时，每个电池组都有各自独立的充电插头，采用各自分散充电，这样可以最大化的降低充电时间，同时可以降低充电电流，提高了电池的寿命。

其中，由于各个电池组之间是并联关系，通过控制具有单向/双向开关通断功率器件，来控制各个电池组，使各个电池组达到同时放电，而其放电过程又相互独立，不会出现反充现象。通过车辆储能控制器或集成其功能的整车控制器对功率器件的控制可以实现一组或多组电池组放电。

参见图3，一种车辆储能控制系统，包括：车辆储能控制器或整车控制器，其中，整车控制器集成了车辆储能控制器的功能，还包括纯电动汽车能量系统构型，车辆储能控制器或整车控制器控制第一功率器件5、第二功率器件6、第三功率器件7和第四功率器件8的打开和闭合，实现电流的正向或反向流动。

其中，车辆储能控制器或整车控制器通过控制功率器件的打开和闭合的数量以及时机，可以实现给一组或几组电池组回馈能量，并且控制了回馈能量的多少，从而提高了能量回收效率，也使整车的电控水平大大提高。

综上所述，本发明实施例提供了一种纯电动汽车能量系统构型及其车辆储能控制系统，本发明实施例通过控制具有单向/双向开关的功率器件，来控制各个电池组，使各个电池组达到同时放电，而其放电过程又相互独立，不会出现反充现象；通过整车电控对功率器件的控制可以实现一组或多组电池组放电；从而保证每个电池组单体都处于监控之中，本发明实施例最大化的降低了充电时间，降低了充电电流，提高整车高压用电部件和电池组的循环寿命；并可以降低整车电压从而保证整车的电磁兼容性能，整车的电控技术水平大大提高。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种纯电动汽车能量系统构型，其特征在于，所述能量系统构型包括：第一充电插头和第二充电插头、所述第一充电插头连接有第一电池组，所述第二充电插头连接有第二电池组；所述第一电池组和所述第二电池组分别由若干个电池串联组成；

所述第一电池组的正极连接第一功率器件的一端，所述第一功率器件的另一端连接整车高压用电部件的正极，所述第一电池组的负极连接所述整车高压用电部件的负极；所述第二电池组的正极连接第三功率器件的一端，所述第三功率器件的另一端连接所述整车高压用电部件的正极，所述第二电池组的负极连接所述整车高压用电部件的负极；或，

所述第一电池组的正极连接所述整车高压用电部件的正极，所述第一电池组的负极连接第二功率器件的一端，所述第二功率器件的另一端连接所述整车高压用电部件的负极；所述第二电池组的正极连接所述整车高压用电部件的正极，所述第二电池组的负极连接第四功率器件的一端，所述第四功率器件的另一端连接所述整车高压用电部件的负极；或，

所述第一电池组的正极连接所述第一功率器件的一端，所述第一功率器件的另一端连接所述整车高压用电部件的正极，所述第一电池组的负极连接所述第二功率器件的一端，所述第二功率器件的另一端连接所述整车高压用电部件的负极；所述第二电池组的正极连接有所述第三功率器件的一端，所述第三功率器件的另一端连接所述整车高压用电部件的正极，所述第二电池组的负极连接所述第四功率器件的一端，所述第四功率器件的另一端连接所述整车高压用电部件的负极；

所述第一功率器件、第二功率器件、第三功率器件和第四功率器件为：单向可控功率开关，或，

所述第一功率器件、第二功率器件、第三功率器件和第四功率器件为：双向开关；

其中，当所述第一功率器件、所述第三功率器件采用双向开关导通时，工作特点如下：

1)当第一电池组放电时，第一功率器件中的正向电流开关打开，负向电流开关闭合，电流从第一电池组流出而不会被相邻的第二电池组电流反充；同理，第二电池组放电时，第二功率器件中的正向电流开关打开，负向电流开关闭合，第一电池组和第二电池组的电流汇集后给整车高压用电部件供电，第一电池组和第二电池组的放电过程是完全各自独立的，不会产生互相充电影响；

2)当整车高压用电部件需要第一电池组和第二电池组回收制动能量时，第一电池组和第二电池组中的正向电流开关闭合，反向电流开关打开，实现了制动能量的回收；

所述第一充电插头、所述第二充电插头、所述第一电池组、所述第二电池组、所述第一功率器件、所述第二功率器件、所述第三功率器件和所述第四功率器件的数量为大于1的正整数，且数量相匹配；

所述第一电池组和所述第二电池组具体为：功率型锂离子电池。

2.一种车辆储能控制系统，包括：车辆储能控制器或整车控制器，其中，所述整车控制器集成了所述车辆储能控制器的功能，其特征在于，所述车辆储能控制系统还包括：权利要求1中所述的纯电动汽车能量系统构型，

所述车辆储能控制器或所述整车控制器控制所述第一功率器件、所述第二功率器件、所述第三功率器件和所述第四功率器件的打开和闭合，实现电流的正向或反向流动。