CN104417381A - 电动汽车的动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车的动力系统，其包括：第一动力子系统，第一动力子系统包括第一动力电池、与第一动力电池相连的第一电池管理器、与第一电池管理器相连的第一电机控制器和与第一电机控制器相连的第一电机；第二动力子系统，第二动力子系统包括第二动力电池、与第二动力电池相连的第二电池管理器、与第二电池管理器相连的第二电机控制器和与第二电机控制器相连的第二电机；变速箱，变速箱与第一电机和第二电机分别相连；整车控制器，整车控制器分别与第一电机控制器和第二电机控制器相连，整车控制器根据电动汽车的工作模式对第一动力子系统和第二动力子系统进行控制。该动力系统的可靠性高，具有较强的可用性，能够保证电动汽车行车安全。

Description

电动汽车的动力系统

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种电动汽车的动力系统。

背景技术

随着能源的短缺，新能源汽车受到人们越来越多的关注，纯电动汽车和混合动力汽车均得到了快速发展。

其中，纯电动汽车以电能为能源，具有零排放和无污染的优点，开发前景十分广阔。在纯电动汽车中，动力电池、电机和整车控制系统作为纯电动汽车的三大核心，组成了动力系统的架构，其对于输出车辆驱动力，保障车辆行车安全具有重要意义。

现有的电动汽车主要的驱动方式有集中驱动式、双电机独立驱动式（前驱式和后驱式）及四电机四轮独立驱动式等。其中，双电机独立驱动式及四电机四轮独立驱动式实现了电机系统的冗余，但现有的电动汽车没有对电池和整车控制系统进行冗余设计，因此动力系统的可靠性不够。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷。

为此，本发明的目的在于提出一种电动汽车的动力系统，该动力系统可靠性高，具有较强的可用性，能够保证电动汽车行车安全。

为达到上述目的，本发明的实施例提出的一种电动汽车的动力系统，包括：第一动力子系统，所述第一动力子系统包括第一动力电池、与所述第一动力电池相连的第一电池管理器、与所述第一电池管理器相连的第一电机控制器和与所述第一电机控制器相连的第一电机；第二动力子系统，所述第二动力子系统包括第二动力电池、与所述第二动力电池相连的第二电池管理器、与所述第二电池管理器相连的第二电机控制器和与所述第二电机控制器相连的第二电机；变速箱，所述变速箱与所述第一电机和所述第二电机分别相连；以及整车控制器，所述整车控制器分别与所述第一电机控制器和第二电机控制器相连，所述整车控制器根据电动汽车的工作模式对所述第一动力子系统和第二动力子系统进行控制。

根据本发明实施例的动力系统，在传统的双电机独立驱动式动力系统的基础上，增加了动力电池和整车控制的冗余设计，无需提高单个部件的可靠性，即可大大提升动力系统的系统可靠性，在满足电动汽车基本功能的基础上，具有较强的可用性，保障行车安全，满足用户的驾驶需要。

在本发明的一个实施例中，所述第一动力子系统和第二动力子系统之间相互独立运行。

其中，所述第一动力子系统和第二动力子系统之间互为冗余备份。

在本发明的一个实施例中，所述整车控制器还用于计算所述电动汽车的需求功率，且当所述电动汽车的需求功率低于第一预设功率阈值时，所述整车控制器控制所述第一动力子系统或第二动力子系统进行驱动工作。

其中，所述整车控制器控制所述第一动力子系统和第二动力子系统可以相互切换驱动工作。

在本发明的另一个实施例中，当所述电动汽车的需求功率高于第二预设功率阈值时，所述整车控制器控制所述第一动力子系统和第二动力子系统同时进行驱动工作，其中，所述第二预设功率阈值大于所述第一预设功率阈值。

在本发明的一个实施例中，所述整车控制器还用于计算所述电动汽车的需求制动力矩，且当所述电动汽车的需求制动力矩低于第一预设力矩阈值时，所述整车控制器控制所述第一动力子系统或第二动力子系统进行制动能量回收工作。

并且，所述整车控制器控制所述第一动力子系统和第二动力子系统可以相互切换进行制动能量回收工作。

在本发明的另一个实施例中，当所述电动汽车的需求制动力矩高于第二预设力矩阈值时，所述整车控制器控制所述第一动力子系统和第二动力子系统同时进行制动能量回收工作，其中，所述第二预设力矩阈值大于所述第一预设力矩阈值。

在本发明的一个实施例中，当所述第一动力子系统和所述第二动力子系统中的一套动力子系统发生故障时，所述整车控制器控制发生故障的动力子系统关闭，并控制未发生故障的动力子系统进行驱动工作或进行制动能量回收工作。

在本发明的一个实施例中，当所述整车控制器发生故障时，所述第二电机控制器控制所述第一动力子系统或第二动力子系统进行驱动工作。

在本发明的一个实施例中，当所述整车控制器发生故障时，所述第二电机控制器控制所述第一动力子系统或第二动力子系统进行制动能量回收工作。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的电动汽车的动力系统的结构示意图；以及

图2为根据本发明一个实施例的计算电动汽车的动力系统可靠性的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的电动汽车的动力系统。

图1为根据本发明实施例的电动汽车的动力系统的结构示意图。如图1所示，该电动汽车的动力系统包括第一动力子系统10、第二动力子系统20、变速箱30和VCU（Vehicle Control Unit，整车控制器）40。

其中，第一动力子系统10包括第一动力电池101即B1、第一电池管理器102即BMS（Battery Management System，电池管理系统）1、第一电机控制器103即MCU（Micro Controller Unit，微控制器）1和第一电机M1，第一电池管理器102与第一动力电池101相连，第一电机控制器103与第一电池管理器102相连，第一电机M1与第一电机控制器103相连；第二动力子系统20包括第二动力电池201即B2、第二电池管理器202即BMS2、第二电机控制器203即MCU2和第二电机M2，第二电池管理器202与第二动力电池201相连，第二电机控制器203与第二电池管理器202相连，第二电机M2与第二电机控制器203相连。

如图1所示，变速箱30与第一电机M1和第二电机M2分别相连，整车控制器40分别与第一电机控制器103和第二电机控制器203相连，整车控制器40根据电动汽车的工作模式对第一动力子系统101和第二动力子系统201进行控制。

也就是说，本发明的电动汽车的动力系统采用两套独立的动力电池、电池管理器、电机及电机控制器，两个电机通过并联方式完成转矩的合成，同时通过变速箱30完成配比，最后经主减速器50驱动电动汽车运行。

在本发明的一个实施例中，第一动力子系统10和第二动力子系统20之间相互独立运行。并且，第一动力子系统10和第二动力子系统20之间互为冗余备份。

即言，在功率、扭矩可由单套动力子系统可以满足的情况下，由整车控制器40控制单套动力子系统单独工作，这样仅由一套动力子系统单独工作，减少了使用频度，相对延长了整车寿命。并且既可满足电动汽车动力输出、再生制动，又通过动力系统关键部件的冗余设计，可以在一套动力子系统出现引起停车的故障而被迫关断后，通过整车控制器40的控制，由另一套动力子系统单独工作，保证电动汽车跛行回家。

具体地说，在本发明的一个实施例中，整车控制器40还用于计算电动汽车的需求功率，且当电动汽车的需求功率低于第一预设功率阈值时，整车控制器40控制第一动力子系统10或第二动力子系统20进行驱动工作。其中，整车控制器40还控制第一动力子系统10和第二动力子系统20相互切换驱动工作。

也就是说，通过整车控制器40计算电动汽车的需求功率扭矩，若单套动力子系统即可满足，则控制电动汽车进入单系统驱动模式，并且整车控制器40根据第一动力子系统10和第二动力子系统20的历史使用和动力电池状态，可以控制第一动力子系统10和第二动力子系统20相互切换，进行驱动工作。

在本实施例中，当电动汽车的需求功率高于第二预设功率阈值时，整车控制器40控制第一动力子系统10和第二动力子系统20同时进行驱动工作，其中，第二预设功率阈值大于第一预设功率阈值。即言，通过整车控制器40计算电动汽车的需求功率扭矩，若单套动力子系统不能满足，则整车控制器40控制电动汽车进入双系统驱动模式，即控制第一动力子系统10和第二动力子系统20同时工作，第一电机M1和第二电机M2共同输出驱动力矩，由变速箱30合成。

在本发明的另一个实施例中，整车控制器40还用于计算电动汽车的需求制动力矩，且当电动汽车的需求制动力矩低于第一预设力矩阈值时，整车控制器40控制第一动力子系统10或第二动力子系统20进行制动能量回收工作。其中，整车控制器40还控制第一动力子系统10和第二动力子系统20相互切换进行制动能量回收工作。

也就是说，通过整车控制器40计算电动汽车的需求制动力矩，若单套动力子系统即可满足，则控制电动汽车进入单系统制动能量回收模式，并且整车控制器40根据第一动力子系统10和第二动力子系统20的历史使用和动力电池状态，可以控制第一动力子系统10和第二动力子系统20相互切换，进行制动能量回收工作。

在本实施例中，当电动汽车的需求制动力矩高于第二预设力矩阈值时，整车控制器40控制第一动力子系统10和第二动力子系统20同时进行制动能量回收工作，其中，第二预设力矩阈值大于第一预设力矩阈值。即言，通过整车控制器40计算电动汽车的需求制动力矩，若单套动力子系统不能满足，则整车控制器40控制电动汽车进入双系统制动能量回收模式，即控制第一动力子系统10和第二动力子系统20同时工作，进行制动能量回收。

在本发明的一个实施例中，当第一动力子系统10和第二动力子系统20中的一套动力子系统发生故障时，整车控制器40控制发生故障的动力子系统关闭，并控制未发生故障的动力子系统进行驱动工作或进行制动能量回收工作。也就是说，若两套动力子系统中的一套动力子系统出现动力电池故障、电机故障、绝缘故障或其它异常，整车控制器40则控制电动汽车进入单系统跛行模式，并关闭故障的动力子系统，由另一套动力子系统继续工作，例如控制电动汽车进入单系统驱动模式或单系统制动能量回收模式。

另外，在本发明的一个实施例中，如图2所示，当整车控制器40发生故障时，第二电机控制器203控制第一动力子系统10或第二动力子系统20进行驱动工作。或者，当整车控制器40发生故障时，第二电机控制器203控制第一动力子系统10或第二动力子系统20进行制动能量回收工作。也就是说，若整车控制器40发生故障或其它异常，例如发生CAN总线故障，整车控制器节点进入总线关闭状态，此时由第二电机控制器203控制电动汽车进入VCU失效跛行模式，类似上述的单系统驱动模式和单系统制动能量回收模式，其中由第二电机控制器203采集油门、刹车、档位信号计算需求功率扭矩和需求制动力矩。此时，由第二电机控制器203代替整车控制器40的功能，当然，可以理解的是，在整车控制器40故障时第一电机控制器103也可以代替整车控制器40的功能，其控制原理和第二电机控制器203一样，在此就不再赘述。

需要说明的是，在本发明的实施例中，第一预设功率阈值、第二预设功率阈值、第一预设力矩阈值和第二预设力矩阈值的大小均可以根据实际需要进行标定。

具体地，如图2所示，以电动汽车的驱动任务可靠性为例，计算电动汽车的动力系统的可靠性：

Rs=(1-(1-R(VCU))*(1-R(MCU2)))

*(1-(1–R(B1)*R(BMS1)*R(M1)*R(MCU1))

*(1-R(B2)*R(BMS2)*R(M2)*R(MCU2)))

假设各零部件可靠性均为0.99，计算Rs=0.9983，高于传统的单电机、单电池方式：Rs=0.99*0.99*0.99*0.99*0.99=0.9509。因此，本发明的电动汽车的动力系统的可靠性得到了提高。

根据本发明实施例的动力系统，在传统的双电机独立驱动式动力系统的基础上，增加了动力电池和整车控制的冗余设计，无需提高单个部件的可靠性，即可大大提升动力系统的系统可靠性，在满足电动汽车基本功能的基础上，具有较强的可用性，保障行车安全，满足用户的驾驶需要。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (12)

1.一种电动汽车的动力系统，其特征在于，包括：

第一动力子系统，所述第一动力子系统包括第一动力电池、与所述第一动力电池相连的第一电池管理器、与所述第一电池管理器相连的第一电机控制器和与所述第一电机控制器相连的第一电机；

第二动力子系统，所述第二动力子系统包括第二动力电池、与所述第二动力电池相连的第二电池管理器、与所述第二电池管理器相连的第二电机控制器和与所述第二电机控制器相连的第二电机；

变速箱，所述变速箱与所述第一电机和所述第二电机分别相连；以及

整车控制器，所述整车控制器分别与所述第一电机控制器和第二电机控制器相连，所述整车控制器根据电动汽车的工作模式对所述第一动力子系统和第二动力子系统进行控制。

2.如权利要求1所述的动力系统，其特征在于，所述第一动力子系统和第二动力子系统之间相互独立运行。

3.如权利要求1所述的动力系统，其特征在于，所述第一动力子系统和第二动力子系统之间互为冗余备份。

4.如权利要求1所述的动力系统，其特征在于，所述整车控制器还用于计算所述电动汽车的需求功率，且当所述电动汽车的需求功率低于第一预设功率阈值时，所述整车控制器控制所述第一动力子系统或第二动力子系统进行驱动工作。

5.如权利要求4所述的动力系统，其特征在于，所述整车控制器控制所述第一动力子系统和第二动力子系统相互切换驱动工作。

6.如权利要求4所述的动力系统，其特征在于，当所述电动汽车的需求功率高于第二预设功率阈值时，所述整车控制器控制所述第一动力子系统和第二动力子系统同时进行驱动工作，其中，所述第二预设功率阈值大于所述第一预设功率阈值。

7.如权利要求1所述的动力系统，其特征在于，所述整车控制器还用于计算所述电动汽车的需求制动力矩，且当所述电动汽车的需求制动力矩低于第一预设力矩阈值时，所述整车控制器控制所述第一动力子系统或第二动力子系统进行制动能量回收工作。

8.如权利要求7所述的动力系统，其特征在于，所述整车控制器控制所述第一动力子系统和第二动力子系统相互切换进行制动能量回收工作。

9.如权利要求7所述的动力系统，其特征在于，当所述电动汽车的需求制动力矩高于第二预设力矩阈值时，所述整车控制器控制所述第一动力子系统和第二动力子系统同时进行制动能量回收工作，其中，所述第二预设力矩阈值大于所述第一预设力矩阈值。

10.如权利要求1所述的动力系统，其特征在于，当所述第一动力子系统和所述第二动力子系统中的一套动力子系统发生故障时，所述整车控制器控制发生故障的动力子系统关闭，并控制未发生故障的动力子系统进行驱动工作或进行制动能量回收工作。

11.如权利要求1所述的动力系统，其特征在于，当所述整车控制器发生故障时，所述第二电机控制器控制所述第一动力子系统或第二动力子系统进行驱动工作。

12.如权利要求1所述的动力系统，其特征在于，当所述整车控制器发生故障时，所述第二电机控制器控制所述第一动力子系统或第二动力子系统进行制动能量回收工作。