CN105253027A - 一种电动汽车分布式能源供给系统及其工作方法 - Google Patents

一种电动汽车分布式能源供给系统及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车分布式能源供给系统及其工作方法。该系统包括能源管理模块、动力电池和功率跟随器组，所述功率跟随器组包括2个或2个以上功率跟随器，所述功率跟随器为具有整车功率跟随功能的増程器，所述能源管理模块分别与动力电池、功率跟随器、电动汽车驱动系统和整车控制单元电连接。本发明可根据电动汽车不同工况的行驶条件选择不同类型的能源供给组合工作，即能增加行驶里程，又实现了低排放。

Description

一种电动汽车分布式能源供给系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种电动汽车分布式能源供给系统及其工作方法。
背景技术
目前市场上主流的采用新型能源供给的驱动车辆主要采用纯动力电池提供能量以及采用单一发动机和单一动力电池联合提供能源供给的混合能源驱动车辆，而这些技术针对乘用车和商用车不同车型应用，市内工况和高速工况不同行驶工况的使用都具有不同的局限性。纯电动汽车为零排放，但由于电池技术的制约，导致汽车续驶里程非常有限，混合动力汽车虽然续驶里程有保障，但在节能减排方面效果不明显。
发明内容
本发明的目的是克服现有电动汽车能源供给系统提供的能量有限，行驶里程低的技术问题，提供了一种电动汽车分布式能源供给系统及其工作方法，其可根据电动汽车不同工况的行驶条件选择不同类型的能源供给组合工作，即能增加行驶里程，又实现了低排放。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明的一种电动汽车分布式能源供给系统，包括能源管理模块、动力电池和功率跟随器组，所述功率跟随器组包括2个或2个以上功率跟随器，所述功率跟随器为具有整车功率跟随功能的増程器，所述能源管理模块分别与动力电池、功率跟随器、电动汽车驱动系统和整车控制单元电连接。
在本技术方案中，増程器是由燃料发动机、发电机和微处理器组成的将化学能转化为电能的发电机组，输出高压直流电，它的电功率在10kw到30kw均是高效的。
能源管理模块与整车控制单元通信，获取电动汽车在最近一段时间内的怠速时间、平均车速和最大车速，如果怠速时间大于阈值T1且平均车速小于阈值V1且最大车速小于阈值K1，则能源管理模块判断电动汽车处于频繁启停工况，能源管理模块控制功率跟随器不工作，只有动力电池给电动汽车供电，此时分布式能源供给系统处于纯动力电池提供能量模式；如果不满足上述条件，则判断是否平均车速大于等于阈值V2且最大车速大于等于阈值K2，如果是则能源管理模块判断电动汽车当前处于高速行驶工况，能源管理模块根据电动汽车的功率需求控制相应的多个功率跟随器工作，动力电池和这些功率跟随器给电动汽车供电，每个功率跟随器都工作于单位油耗排放最低的最佳工况区域，此时分布式能源供给系统处于多功率跟随器功率跟随模式，否则能源管理模块判断电动汽车处于正常行驶工况，能源管理模块控制一个功率跟随器工作，动力电池和一个功率跟随器给电动汽车供电，此时分布式能源供给系统处于单功率跟随器功率跟随模式。
能源管理模块监测动力电池的电压、充电电流、放电电流、SOC状态。当动力电池的电量不足时，能源管理模块控制1个或1个以上功率跟随器工作，动力电池和功率跟随器给电动汽车供电，增加行驶里程。
本发明在能源管理模块的控制下根据当前整车行驶工况和驱动系统所需能量状态，灵活组合多台功率跟随器同时或者分时进行工作，或灵活组合功率跟随器和动力电池组进行协同工作，既能保证动力电池提供整车所需的能量，优化动力电池的使用延长其使用寿命，也保证功率跟随器中的发动机工作于单位油耗排放很低的工况区域，有效减少了排放，提高了燃料利用性。
作为优选，所述能源管理模块包括控制器、充电接口、高压接口、信号接口、接触器KM1、接触器KM2、接触器KM3、电阻R、熔断器F1、熔断器F3以及与每个功率跟随器对应的开关模块，动力电池一端与接触器KM1的第一导通端和接触器KM2的第一导通端电连接，接触器KM2的第二导通端与电阻R一端电连接，电阻R另一端与接触器KM1的第二导通端和熔断器F1的第一导通端电连接，熔断器F1的第二导通端与开关模块一端、控制器的第一检测端、高压接口一端和接触器KM3的第一导通端电连接，接触器KM3的第二导通端与熔断器F3的第一导通端电连接，熔断器F3的第二导通端与充电接口一端电连接，开关模块另一端与对应的功率跟随器一端电连接，功率跟随器另一端与动力电池另一端、控制器的第二检测端、充电接口另一端和高压接口另一端电连接，控制器分别与接触器KM1的控制端、接触器KM2的控制端、接触器KM3的控制端和开关模块的控制端电连接，信号接口分别与控制器和整车控制单元电连接，高压接口与电动汽车驱动系统电连接。
作为优选，所述开关模块包括接触器KM4和熔断器F4，所述熔断器F4的第一导通端与熔断器F1的第二导通端电连接，熔断器F4的第二导通端与接触器KM4的第一导通端电连接，接触器KM4的第二导通端与对应的功率跟随器一端电连接，接触器KM4的控制端与控制器电连接。
作为优选，所述控制器包括监测控制模块和通讯模块，所述监测控制模块用于监测动力电池的电压、充电电流、放电电流、SOC状态以及控制接触器KM1、接触器KM2、接触器KM3、开关模块的通断，通讯模块用于发送功率跟随器状态、动力电池状态以及接收整车控制单元的控制指令。
本发明的一种电动汽车分布式能源供给系统的工作方法，包括以下步骤：
S1：控制器与整车控制单元通信，获取电动汽车在最近一段时间内的怠速时间、平均车速和最大车速，如果怠速时间大于阈值T1且平均车速小于阈值V1且最大车速小于阈值K1，则控制器判断电动汽车处于频繁启停工况，控制器控制功率跟随器不工作，与功率跟随器对应的开关模块断开，接触器KM1闭合，接触器KM2断开，动力电池给电动汽车供电，否则执行步骤S2；
S2：如果平均车速大于等于阈值V2且最大车速大于等于阈值K2，则控制器判断电动汽车处于高速行驶工况，控制器根据电动汽车的功率需求控制相应的多个功率跟随器工作，与这些功率跟随器对应的开关模块导通，接触器KM1闭合，接触器KM2断开，动力电池和多个功率跟随器给电动汽车供电，否则执行步骤S3；
S3：控制器判断电动汽车处于正常行驶工况，控制器控制一个功率跟随器工作，与该功率跟随器对应的开关模块导通，接触器KM1闭合，接触器KM2断开，动力电池和一个功率跟随器给电动汽车供电。
作为优选，所述功率跟随器工作时处于单位油耗排放最低的最佳工况区域。
作为优选，控制器实时监控动力电池的电量，当动力电池的电量不足时，控制器根据电动汽车的功率需求控制相应的多个功率跟随器工作，与这些功率跟随器对应的开关模块导通，接触器KM1闭合，接触器KM2断开，多个功率跟随器给电动汽车供电。
本发明的实质性效果是：在能源管理模块的控制下根据当前整车行驶工况和驱动系统所需能量状态，灵活组合多台功率跟随器同时或者分时进行工作，或灵活组合功率跟随器和动力电池组进行协同工作，既能保证动力电池提供整车所需的能量，优化动力电池的使用延长其使用寿命，也保证功率跟随器中的发动机工作于单位油耗排放很低的工况区域，有效减少了排放，提高了燃料利用率。
附图说明
图1是本发明的一种电路原理图；
图2是本发明的一种工作流程图。
图中：1、能源管理模块，2、动力电池，3、功率跟随器，4、控制器，5、充电接口，6、高压接口，7、信号接口，8、监测控制模块，9、通讯模块，10、开关模块，11、整车控制单元，12、电动汽车驱动系统。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种电动汽车分布式能源供给系统，如图1所示，包括能源管理模块1、动力电池2和功率跟随器组，功率跟随器组包括2个或2个以上功率跟随器3，功率跟随器3为具有整车功率跟随功能的増程器，能源管理模块1包括控制器4、充电接口5、高压接口6、信号接口7、接触器KM1、接触器KM2、接触器KM3、电阻R、熔断器F1、熔断器F3以及与每个功率跟随器3对应的开关模块10，动力电池2一端与接触器KM1的第一导通端和接触器KM2的第一导通端电连接，接触器KM2的第二导通端与电阻R一端电连接，电阻R另一端与接触器KM1的第二导通端和熔断器F1的第一导通端电连接，熔断器F1的第二导通端与开关模块10一端、控制器4的第一检测端、高压接口6一端和接触器KM3的第一导通端电连接，接触器KM3的第二导通端与熔断器F3的第一导通端电连接，熔断器F3的第二导通端与充电接口5一端电连接，开关模块10另一端与对应的功率跟随器3一端电连接，功率跟随器3另一端与动力电池2另一端、控制器4的第二检测端、充电接口5另一端和高压接口6另一端电连接，控制器4分别与接触器KM1的控制端、接触器KM2的控制端、接触器KM3的控制端和开关模块10的控制端电连接，信号接口7分别与控制器4和整车控制单元11电连接，高压接口6与电动汽车驱动系统12电连接。
开关模块10包括接触器KM4和熔断器F4，熔断器F4的第一导通端与熔断器F1的第二导通端电连接，熔断器F4的第二导通端与接触器KM4的第一导通端电连接，接触器KM4的第二导通端与对应的功率跟随器3一端电连接，接触器KM4的控制端与控制器4电连接。
控制器4包括监测控制模块8和通讯模块9，监测控制模块8用于监测动力电池2的电压、充电电流、放电电流、SOC状态以及控制接触器KM1、接触器KM2、接触器KM3、开关模块10的通断，通讯模块9用于发送功率跟随器状态、动力电池状态以及接收整车控制单元的控制指令。
増程器是由燃料发动机、发电机和微处理器组成的将化学能转化为电能的发电机组，输出高压直流电，它的电功率在10kw到30kw均是高效的。熔断器F1、熔断器F3、熔断器F4起短路保护作用。动力电池充电时，充电接口外接电源，接触器KM1断开，接触器KM2闭合、接触器KM3闭合，电阻R起限流作用；动力电池放电时，接触器KM1闭合，接触器KM2断开、接触器KM3断开，通过高压接口给电动汽车驱动系统供电。
能源管理模块与整车控制单元通信，获取电动汽车在最近一段时间内的怠速时间、平均车速和最大车速，如果怠速时间大于阈值T1且平均车速小于阈值V1且最大车速小于阈值K1，则能源管理模块判断电动汽车处于频繁启停工况，能源管理模块控制功率跟随器不工作，只有动力电池给电动汽车供电，此时分布式能源供给系统处于纯动力电池提供能量模式；如果不满足上述条件，则判断是否平均车速大于等于阈值V2且最大车速大于等于阈值K2，如果是则能源管理模块判断电动汽车当前处于高速行驶工况，能源管理模块根据电动汽车的功率需求控制相应的多个功率跟随器工作，动力电池和这些功率跟随器给电动汽车供电，每个功率跟随器都工作于单位油耗排放最低的最佳工况区域，此时分布式能源供给系统处于多功率跟随器功率跟随模式，否则能源管理模块判断电动汽车处于正常行驶工况，能源管理模块控制一个功率跟随器工作，动力电池和一个功率跟随器给电动汽车供电，此时分布式能源供给系统处于单功率跟随器功率跟随模式。
能源管理模块监测动力电池的电压、充电电流、放电电流、SOC状态。当动力电池的电量不足时，能源管理模块控制1个或1个以上功率跟随器工作，动力电池和功率跟随器给电动汽车供电，增加行驶里程。
本实施例在能源管理模块的控制下根据当前整车行驶工况和驱动系统所需能量状态，灵活组合多台功率跟随器同时或者分时进行工作，或灵活组合功率跟随器和动力电池组进行协同工作，既能保证动力电池提供整车所需的能量，优化动力电池的使用延长其使用寿命，也保证功率跟随器中的发动机工作于单位油耗排放很低的工况区域，有效减少了排放，提高了燃料利用性。
本实施例的一种电动汽车分布式能源供给系统的工作方法，适用于上述的一种电动汽车分布式能源供给系统，如图2所示，包括以下步骤：
S1：控制器与整车控制单元通信，获取电动汽车在最近一段时间内的怠速时间、平均车速和最大车速，如果怠速时间大于阈值T1且平均车速小于阈值V1且最大车速小于阈值K1，则控制器判断电动汽车处于频繁启停工况，控制器控制功率跟随器不工作，与功率跟随器对应的开关模块断开，接触器KM1闭合，接触器KM2断开，动力电池给电动汽车供电，此时分布式能源供给系统处于纯动力电池提供能量模式，否则执行步骤S2；
S2：如果平均车速大于等于阈值V2且最大车速大于等于阈值K2，则控制器判断电动汽车处于高速行驶工况，控制器根据电动汽车的功率需求控制相应的多个功率跟随器工作，与这些功率跟随器对应的开关模块导通，接触器KM1闭合，接触器KM2断开，动力电池和多个功率跟随器给电动汽车供电，此时分布式能源供给系统处于多功率跟随器功率跟随模式，否则执行步骤S3；
S3：控制器判断电动汽车处于正常行驶工况，控制器控制一个功率跟随器工作，与该功率跟随器对应的开关模块导通，接触器KM1闭合，接触器KM2断开，动力电池和一个功率跟随器给电动汽车供电，此时分布式能源供给系统处于单功率跟随器功率跟随模式。
控制器控制每个功率跟随器工作时处于单位油耗排放最低的最佳工况区域。控制器实时监控动力电池的电量，当动力电池的电量不足时，控制器根据电动汽车的功率需求控制相应的多个功率跟随器工作，与这些功率跟随器对应的开关模块导通，接触器KM1闭合，接触器KM2断开，多个功率跟随器给电动汽车供电，此时，每个工作的功率跟随器处于单位油耗排放最低的最佳工况区域。
根据不同车型的应用选择组合不同数量的功率跟随器，保证功率跟随器输出的电能满足大多数时间内车辆驱动所需的能量，功率跟随器集成的发动机工作在最高效的区间以保证整车经济性，可根据不同工况的行驶条件选择三个不同类型的能源供给组合工作，延长了动力电池的使用寿命，节省了成本，可以解决不同车型、不同工况兼容的问题。

Claims (7)

1.一种电动汽车分布式能源供给系统，其特征在于：包括能源管理模块（1）、动力电池（2）和功率跟随器组，所述功率跟随器组包括2个或2个以上功率跟随器（3），所述功率跟随器（3）为具有整车功率跟随功能的増程器，所述能源管理模块（1）分别与动力电池（2）、功率跟随器（3）、电动汽车驱动系统（12）和整车控制单元（11）电连接。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车分布式能源供给系统，其特征在于：所述能源管理模块（1）包括控制器（4）、充电接口（5）、高压接口（6）、信号接口（7）、接触器KM1、接触器KM2、接触器KM3、电阻R、熔断器F1、熔断器F3以及与每个功率跟随器（3）对应的开关模块（10），动力电池（2）一端与接触器KM1的第一导通端和接触器KM2的第一导通端电连接，接触器KM2的第二导通端与电阻R一端电连接，电阻R另一端与接触器KM1的第二导通端和熔断器F1的第一导通端电连接，熔断器F1的第二导通端与开关模块（10）一端、控制器（4）的第一检测端、高压接口（6）一端和接触器KM3的第一导通端电连接，接触器KM3的第二导通端与熔断器F3的第一导通端电连接，熔断器F3的第二导通端与充电接口（5）一端电连接，开关模块（10）另一端与对应的功率跟随器（3）一端电连接，功率跟随器（3）另一端与动力电池（2）另一端、控制器（4）的第二检测端、充电接口（5）另一端和高压接口（6）另一端电连接，控制器（4）分别与接触器KM1的控制端、接触器KM2的控制端、接触器KM3的控制端和开关模块（10）的控制端电连接，信号接口（7）分别与控制器（4）和整车控制单元（11）电连接，高压接口（6）与电动汽车驱动系统（12）电连接。
3.根据权利要求2所述的一种电动汽车分布式能源供给系统，其特征在于：所述开关模块（10）包括接触器KM4和熔断器F4，所述熔断器F4的第一导通端与熔断器F1的第二导通端电连接，熔断器F4的第二导通端与接触器KM4的第一导通端电连接，接触器KM4的第二导通端与对应的功率跟随器（3）一端电连接，接触器KM4的控制端与控制器（4）电连接。
4.根据权利要求2或3所述的一种电动汽车分布式能源供给系统，其特征在于：所述控制器（4）包括监测控制模块（8）和通讯模块（9），所述监测控制模块（4）用于监测动力电池的电压、充电电流、放电电流、SOC状态以及控制接触器KM1、接触器KM2、接触器KM3、开关模块的通断，通讯模块（9）用于发送功率跟随器状态、动力电池状态以及接收整车控制单元（11）的控制指令。
5.一种电动汽车分布式能源供给系统的工作方法，适用于如权利要求2-4中任一权利要求所述的一种电动汽车分布式能源供给系统，其特征在于，包括以下步骤：
S1：控制器与整车控制单元通信，获取电动汽车在最近一段时间内的怠速时间、平均车速和最大车速，如果怠速时间大于阈值T1且平均车速小于阈值V1且最大车速小于阈值K1，则控制器判断电动汽车处于频繁启停工况，控制器控制功率跟随器不工作，与功率跟随器对应的开关模块断开，接触器KM1闭合，接触器KM2断开，动力电池给电动汽车供电，否则执行步骤S2；
S2：如果平均车速大于等于阈值V2且最大车速大于等于阈值K2，则控制器判断电动汽车处于高速行驶工况，控制器根据电动汽车的功率需求控制相应的多个功率跟随器工作，与这些功率跟随器对应的开关模块导通，接触器KM1闭合，接触器KM2断开，动力电池和多个功率跟随器给电动汽车供电，否则执行步骤S3；
S3：控制器判断电动汽车处于正常行驶工况，控制器控制一个功率跟随器工作，与该功率跟随器对应的开关模块导通，接触器KM1闭合，接触器KM2断开，动力电池和一个功率跟随器给电动汽车供电。
6.根据权利要求5所述的一种电动汽车分布式能源供给系统的工作方法，其特征在于：所述功率跟随器工作时处于单位油耗排放最低的最佳工况区域。
7.根据权利要求5所述的一种电动汽车分布式能源供给系统的工作方法，其特征在于：控制器实时监控动力电池的电量，当动力电池的电量不足时，控制器根据电动汽车的功率需求控制相应的多个功率跟随器工作，与这些功率跟随器对应的开关模块导通，接触器KM1闭合，接触器KM2断开，多个功率跟随器给电动汽车供电。
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