CN108688469A - 一种电动汽车的低压工作系统及其控制方法 - Google Patents

一种电动汽车的低压工作系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电动汽车的低压工作系统及其控制方法。该低压工作系统包括：动力电池，用于向电动汽车供给行驶用的电能；充电机，用于从电动汽车外部获取电能；铅酸电池，用于向电动汽车提供规定的低压工作电压；DC/DC，用于将来自充电机或者动力电池的电能转换进行转换并提供给铅酸电池；智能电池传感器，用于监测铅酸电池的电池状态；以及整车控制器，用于根据来自智能电池传感器的所述电池状态控制DC/DC的工作。根据本发明能够充分利用电网能量，而且能够有效防止铅酸电池过充、馈电。

Description

一种电动汽车的低压工作系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及电动汽车控制技术，具体地涉及有关电动汽车的低压工作系统及其控制方法。
背景技术
随着世界环保问题和能源危急的日益突出，寻找没有污染或者污染较少的汽车早就成为人们追求的目标，在这大背景下新能源电动汽车未来发展成为了必然。
现有技术中，新能源电动汽车的低压系统中，DCDC（即，直流直流转换器）将动力电池高压转化成低压来给铅酸电池充电和整车低压系统供电完成。由于缺乏铅酸电池状态信息，整车控制器在控制策略中设置DCDC单一电压来控制DCDC输出电压。当车辆在起动工况或者ACC状态下等非行驶状态下即高压断开状态下， DCDC无法为整个低压系统提供低压电，车内舒适系统、照明系统、车窗以及控制器工作都由铅酸电池提供，过大的电流易使铅酸电池馈电，导致车辆无法正常启动。
发明内容
鉴于上述问题， 本发明旨在提供一种能够保护电动汽车的铅酸电池并且能够提高电能使用效率的电动汽车的低压工作系统及其控制方法。
本发明的电动汽车的低压工作系统，其特征在于，具备：
动力电池，用于向电动汽车供给行驶用的电能；
充电机，用于从电动汽车外部获取电能；
铅酸电池，用于向电动汽车提供规定的低压工作电压；
DC/DC，用于将来自所述充电机或者所述动力电池的电能转换进行转换并提供给所述铅酸电池；
智能电池传感器，用于监测所述铅酸电池的电池状态；以及
整车控制器，用于根据来自所述智能电池传感器的所述电池状态控制所述DC/DC的工作。
可选地，所述智能电池传感器与所述整车控制器通过LIN连接，所述DC/DC和所述整车控制器之间通过CAN连接。
可选地，所述DC/DC的输入端分别与所述充电机和所述动力电池连接，所述DC/DC的输出端与所述铅酸电池的一端连接。
可选地，作为电池状态所述智能传感器检测所述铅酸电池的SOC值、电流、电压、温度。
可选地，所述低压工作系统用于向电动汽车的用电器提供所述低压工作电压，在所述充电机和所述用电器之间设置第一继电器，在所述DC/DC的输出端和所述用电器之间设置第二继电器。
可选地，在充电模式下所述充电机用于将从外部获取的交流电转换为直流电并提供给所述动力电池和所述用电器。
可选地，所述整车控制器将所述智能电池传感器测量到的铅酸电池的SOC值按照预先设定的第一值和第二值分为三个区域，将铅酸电池的SOC值高于所述第一值的区域设定为高位区域、将铅酸电池的SOC值位于所述第一值和所述第二值之间的区域设定为动态平衡区域、将铅酸电池的SOC值低于所述第二值的区域设定为低位区域，并且所述整车控制器进行以下控制：
所述整车控制器当判断所述铅酸电池的SOC值在所述高位区域的情况下，若在车辆行驶模式下，则所述整车控制器设置所述DCDC的输出电压为所述低压工作电压附近，若在充电模式下则所述整车控制器使得关闭DCDC以仅由充电机向所述用电器提供低压工作电压；
所述整车控制器当判断所述铅酸电池的SOC值在动态平衡区域的情况下，所述整车控制器根据所述智能电池传感器测量到的铅酸电池的电压和电流，设定所述DCDC的输出电压，以使得铅酸电池的电压和电流不超过预先设置的充电电压限制参数和充电电流限制参数；以及
所述整车控制器当判断所述铅酸电池的SOC值在低位区域的情况下，将所述整车控制器所述DCDC的输出电压设置为大于所述低压工作电压的规定电压。
可选地，所述第一值为98％、所述第二值为75％。
本发明的电动汽车的低压工作系统的控制方法，其特征在于，包括下述步骤：
测量步骤：智能电池传感器测量铅酸电池的SOC值、电流以及电压；
判断步骤：对于智能电池传感器测量到的铅酸电池的SOC值，整车控制器按照预先设定的第一值和第二值分为三个区域，将铅酸电池的SOC值高于所述第一值的区域设定为高位区域、将铅酸电池的SOC值位于所述第一值和所述第二值之间的区域设定为动态平衡区域、将铅酸电池的SOC值低于所述第二值的区域设定为低位区域；以及
控制步骤：当判断铅酸电池的SOC值在高位区域的情况下，若在车辆行驶模式下，则整车控制器设置DCDC的输出电压为所述低压工作电压附近，若在充电模式下则所述整车控制器使得关闭DCDC以仅由充电机向所述用电器提供低压工作电压；当判断铅酸电池的SOC值在动态平衡区域的情况下，整车控制器根据智能电池传感器测量到的铅酸电池的电压和电流，设定所述DCDC的输出电压，以使得铅酸电池的电压和电流不超过预先设置的充电电压限制参数和充电电流限制参数；当判断所述铅酸电池的SOC值在低位区域的情况下，将所述整车控制器DCDC的输出电压设置为大于低压工作电压的规定电压。
可选地，所述第一值为98％、所述第二值为75％。
本发明的电动汽车的低压工作系统中的整车控制器，其特征在于，
所述整车控制器存储有计算机可执行程序，所述计算机可执行程序执行时实现下述步骤：
测量步骤：智能电池传感器测量铅酸电池的SOC值、电流以及电压；
判断步骤：对于智能电池传感器测量到的铅酸电池的SOC值，整车控制器按照预先设定的第一值和第二值分为三个区域，将铅酸电池的SOC值高于所述第一值的区域设定为高位区域、将铅酸电池的SOC值位于所述第一值和所述第二值之间的区域设定为动态平衡区域、将铅酸电池的SOC值低于所述第二值的区域设定为高位区域；以及
控制步骤：当判断铅酸电池的SOC值在高位区域的情况下，若在车辆行驶模式下，则整车控制器设置DCDC的输出电压为所述低压工作电压附近，若在充电模式下则所述整车控制器使得关闭DCDC以仅由充电机向所述用电器提供低压工作电压；当判断铅酸电池的SOC值在动态平衡区域的情况下，整车控制器根据智能电池传感器测量到的铅酸电池的电压和电流，设定所述DCDC的输出电压，以使得铅酸电池的电压和电流不超过预先设置的充电电压限制参数和充电电流限制参数；当判断所述铅酸电池的SOC值在低位区域的情况下，将所述整车控制器DCDC的输出电压设置为大于低压工作电压的规定电压。
如上所述，根据本发明的电动汽车的低压工作系统以及低压控制方法，电动汽车充电时电动汽车的低压工作系统由充电机供给，相比于现有技术中充电时电动汽车的低压工作系统由DCDC和铅酸电池提供的情况，能够提高电能使用效率。再者，根据本发明的电动汽车的低压工作系统以及低压控制方法，智能电池传感器检测铅酸电池的电池状态，整车控制器对实施本发明的上述低压能量管理策略，由此能够有效防止铅酸电池的不过充、不馈电，延长铅酸电池和DCDC的使用寿命。
附图说明
图1是表示本发明的电动汽车的低压工作系统的构造图。
具体实施方式
下面介绍的是本发明的多个实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解。并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。
图1是表示本发明的电动汽车的低压工作系统的构造图。如图1所示，本发明的电动汽车的低压工作系统包括：
动力电池100，用于给电动汽车供给动力；
充电机200，用于从电动汽车外部获取充电电能；
铅酸电池300，用于电动汽车的低压工作系统提供低压工作电压，例如12V；
DC/DC 400，用于对自充电机200或者动力电池100的电能转换进行电压转换，其中，在行驶模式下和充电模式下都会使能DCDC 400；
智能电池传感器500，用于监测铅酸电池300的电池状态；以及
整车控制器600，用于根据来自智能电池传感器500的电池状态控制DC/DC 400，其中，整车控制器600通过CAN总线与DC/DC 400连接。
另外，图1中的700表示由该低压工作系统提供低压工作电压的用电器。这里的用电器700是代表采用低压工作电压的各种车内设备的总和，例如车内舒适系统、照明系统、车窗、控制器、水泵、中控显示或者大灯等等。在用电器700和充电机200之间设置第一继电器S1，在铅酸电池300和DCDC 400的连接节点与用电器700之间设置第二继电器S2。在图1中，动力电池100、充电机200以及DCDC 400通过高压线束连接在一起，在DCDC 400的输出端连接铅酸电池300。
智能电池传感器500设置在铅酸电池300负接线柱上，用于监测铅酸电池300的剩余电量SOC值、电压、电流和温度等的电池状态。智能电池传感器500通过LIN通信（LocalInterconnect Network，局域互联网，是针对汽车分布式电子系统而定义的一种低成本的串行通讯网络）将通信电池状态信息发送给整车控制器600。
整车控制器600根据铅酸电池300的电池状态信息以及/或者低压负载功率制定低压能量管理策略以控制DCDC400为电动车的低压系统提供低压供电。这里所谓低压负载功率是指用电器700的消耗功率，如水泵、中控显示或者大灯等低压用电器，低压负载功率需要根据铅酸电池充电电状态和DCDC400的输出电流和电压乘积得到。由此，整车控制器600能够通过智能电池传感器500获取低压负载功率，为制定低压能量管理策略提供依据。
接着，对于本发明的整车控制器600的低压能量管理策略进行具体说明。
智能电池传感器500对铅酸电池300的SOC值进行测量，对于铅酸电池300的SOC值，整车控制器600根据两个规定值划分为三个区段，即利用第一规定值和第二规定值将铅酸电池的SOC值划分为高位区域、动态平衡区域、低位区域。其中，将铅酸电池的SOC值高于第一规定值的区域作为高位区域、将铅酸电池的SOC值在第一规定值和第二规定值的区域作为动态平衡区域，将铅酸电池的SOC值小于第二规定值的区域作为低位区域。
当整车控制器600根据铅酸电池300的SOC值判断其位于高位区域即，铅酸电池的SOC值高于第一规定值的情况下，认为可能铅酸电池300目前处于过充状态，为保护铅酸电池300不过充，如果在车辆行驶状态下，则设置DCDC 400的输出电压为铅酸电池300的工作电压附近（在本实施方式中为12V附近），由此能够保证铅酸电池300的充电电流小于等于0的范围；如果车辆在充电模式下，则使得关闭DCDC 400。后者的情况是因为，车辆充电模式下，电动汽车的低压工作的电压由充电机200提供，不需要DCDC400的工作来为低压系统提供低压工作电压，如果检测到铅酸电池300的SOC值过高，为避免DCDC400的工作造成对铅酸电池300的充电，则使得DCDC400关闭，这样做也能够充分利用电能，提高电能使用效率。
当整车控制器600根据铅酸电池300的SOC值判断其位于动态平衡区域，即铅酸电池的SOC值在第一规定值和第二规定值之间的情况下，为维持该SOC值位于此范围，整车控制器600根据当前铅酸电池300的温度和铅酸电池的充电电压和充电电流限制参数，设定DCDC 400的输出电压。这里的“充电电压和充电电流限制参数”是指，铅酸电池在不同的温度下，充电电压和充电电流都不同，因此一般出厂时会预先设定铅酸电池在不同温度下的充电电压和充电电流限制参数。为保护铅酸电池不被过充，当铅酸电池300的电流超过限制电流时，通过PI调节修正DCDC 400的输出电压。所谓PI是指，线性调节，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例（P）和积分（I）通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。因此，在本发明中结合铅酸电池的特性来设定 DCDC 400的输出电压，铅酸电池的特性可以根据出厂时预先设定的“充电电压和充电电流限制参数”进行查表得到。铅酸电池充电电流超过充电限制电流时，可通过充电电流与限制电流之差，通过PI调节来是设置DCDC的输出电压，保证充电电流低于充电限制电流。
当整车控制器600根据铅酸电池300的SOC值判断其位于低位区域，即铅酸电池300的SOC值低于第二规定值的情况下，表明铅酸电池300进入严重馈电状态，为快速补充能量，采用恒压控制方式，将DCDC 400的输出电压提高至大于铅酸电池300的低压工作电压的某个电压，例如，14.4V。
下面，对于本发明的电动汽车的低压工作系统的若干个工作状态进行说明。在示例中例举上述第一规定值和上述第一值分别为98％、75％的情况，即，将铅酸电池的SOC值高于98％的情况作为为高位区域、将铅酸电池的SOC值在75％～98％的区域作为动态平衡区域、将铅酸电池的SOC值小于75％的区域作为低位区域。
（1）在行驶模式下，高压回路闭合，低压工作系统由DCDC 400和铅酸电池300提供电压，此时第二继电器S2闭合，第一继电器S1断开，整车控制器600根据智能电池传感器500的输出执行上述的“低压能量管理策略”。
即，在行驶模式下，如果整车控制器600测量到SOC值高于98％的情况下，认为铅酸电池300目前已经处于过充状态，为保护铅酸电池300不过充，则设置DCDC 400的输出电压为铅酸电池300的额定电压附近（在本实施方式中为12V附近），由此能够保证铅酸电池300的充电电流小于等于0的范围；如果整车控制器600测量到SOC值在75％～98％的情况下，为维持SOC值位于75％～98％的范围中，整车控制器600根据当前铅酸电池300的温度和铅酸电池的充电电压和充电电流限制参数，设定DCDC 400的输出电压；当整车控制器600测量到铅酸电池300的SOC值低于75％的情况下，表明铅酸电池300进入严重馈电状态，为快速补充能量，采用恒压控制方式，将DCDC 400的输出电压提高至高于12V电压的某个电压值，例如14.4V。
（2）车辆在ACC状态下，高压继电器（即第一继电器S1）未闭合，充电枪未接到充电插座时，第一继电器S1断开、第二继电器S2闭合，低压工作系统由铅酸电池300提供，若智能电池传感器500检测到铅酸电池300的SOC值低于75%，整车控制器600使得DCDC400使能并按照上述的“低压能量管理策略”设置DCDC400的输出电压。
（3）在充电模式下，当充电枪接到充电插座，整车高压系统检测正常后，充电机200开始工作，第一继电器S1闭合、第二继电器S2断开，充电机200将交流电转变为直流电，一部分给动力电池100进行充电，一部分提供给DCDC400的输入端，同时充电机200给用电器700提供12V的电压工作电压，这时可以不需要DCDC400和铅酸电池300供电。充电机200为动力电池充满电需若干个小时，在充电过程中，智能电池传感器600检测到铅酸电池SOC值高于98%时，整车控制器600关闭DCDC 400，以此保证铅酸电池300不被过充。
如上所述，根据本发明的电动汽车的低压工作系统以及低压控制方法，电动汽车充电时电动汽车的低压工作系统由充电机供给，相比于现有技术中充电时电动汽车的低压工作系统由DCDC和铅酸电池提供的情况，能够提高电能使用效率。再者，根据本发明的电动汽车的低压工作系统以及低压控制方法，智能电池传感器检测铅酸电池的电池状态，整车控制器对实施本发明的上述低压能量管理策略，由此能够有效防止铅酸电池的不过充、不馈电，延长铅酸电池和DCDC的使用寿命。
以上例子主要说明了本发明的电动汽车的低压工作系统以及低压控制方法。尽管只对其中一些本发明的具体实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (11)

1.一种电动汽车的低压工作系统，其特征在于，具备：
动力电池，用于向电动汽车供给行驶用的电能；
充电机，用于从电动汽车外部获取电能；
铅酸电池，用于向电动汽车提供规定的低压工作电压；
DC/DC，用于将来自所述充电机或者所述动力电池的电能转换进行转换并提供给所述铅酸电池；
智能电池传感器，用于监测所述铅酸电池的电池状态；以及
整车控制器，用于根据来自所述智能电池传感器的所述电池状态控制所述DC/DC的工作。
2.如权利要求1所述的电动汽车的低压工作系统，其特征在于，
所述智能电池传感器与所述整车控制器通过LIN连接，所述DC/DC和所述整车控制器之间通过CAN连接。
3.如权利要求1所述的电动汽车的低压工作系统，其特征在于，
所述DC/DC的输入端分别与所述充电机和所述动力电池连接，所述DC/DC的输出端与所述铅酸电池的一端连接。
4.如权利要求1所述的电动汽车的低压工作系统，其特征在于，
作为电池状态所述智能传感器检测所述铅酸电池的SOC值、电流、电压、温度。
5.如权利要求4所述的电动汽车的低压工作系统，其特征在于，
所述低压工作系统用于向电动汽车的用电器提供所述低压工作电压，
在所述充电机和所述用电器之间设置第一继电器，在所述DC/DC的输出端和所述用电器之间设置第二继电器。
6.如权利要求5所述的电动汽车的低压工作系统，其特征在于，
在充电模式下所述充电机用于将从外部获取的交流电转换为直流电并提供给所述动力电池和所述用电器。
7.如权利要求1～6任意一项所述的电动汽车的低压工作系统，其特征在于，
所述整车控制器将所述智能电池传感器测量到的铅酸电池的SOC值按照预先设定的第一值和第二值分为三个区域，将铅酸电池的SOC值高于所述第一值的区域设定为高位区域、将铅酸电池的SOC值位于所述第一值和所述第二值之间的区域设定为动态平衡区域、将铅酸电池的SOC值低于所述第二值的区域设定为低位区域，并且所述整车控制器进行以下控制：
所述整车控制器当判断所述铅酸电池的SOC值在所述高位区域的情况下，若在车辆行驶模式下，则所述整车控制器设置所述DCDC的输出电压为所述低压工作电压附近，若在充电模式下则所述整车控制器使得关闭DCDC以仅由充电机向所述用电器提供低压工作电压；
所述整车控制器当判断所述铅酸电池的SOC值在动态平衡区域的情况下，所述整车控制器根据所述智能电池传感器测量到的铅酸电池的电压和电流，设定所述DCDC的输出电压，以使得铅酸电池的电压和电流不超过预先设置的充电电压限制参数和充电电流限制参数；以及
所述整车控制器当判断所述铅酸电池的SOC值在低位区域的情况下，将所述整车控制器所述DCDC的输出电压设置为大于所述低压工作电压的规定电压。
8.如权利要求7所述的电动汽车的低压工作系统，其特征在于，
所述第一值为98％、所述第二值为75％。
9.一种权利要求1所述的电动汽车的低压工作系统的控制方法，其特征在于，包括下述步骤：
测量步骤：智能电池传感器测量铅酸电池的SOC值、电流以及电压；
判断步骤：对于智能电池传感器测量到的铅酸电池的SOC值，整车控制器按照预先设定的第一值和第二值分为三个区域，将铅酸电池的SOC值高于所述第一值的区域设定为高位区域、将铅酸电池的SOC值位于所述第一值和所述第二值之间的区域设定为动态平衡区域、将铅酸电池的SOC值低于所述第二值的区域设定为低位区域；以及
控制步骤：当判断铅酸电池的SOC值在高位区域的情况下，若在车辆行驶模式下，则整车控制器设置DCDC的输出电压为所述低压工作电压附近，若在充电模式下则所述整车控制器使得关闭DCDC以仅由充电机向所述用电器提供低压工作电压；当判断铅酸电池的SOC值在动态平衡区域的情况下，整车控制器根据智能电池传感器测量到的铅酸电池的电压和电流，设定所述DCDC的输出电压，以使得铅酸电池的电压和电流不超过预先设置的充电电压限制参数和充电电流限制参数；当判断所述铅酸电池的SOC值在低位区域的情况下，将所述整车控制器DCDC的输出电压设置为大于低压工作电压的规定电压。
10.如权利要求9所述的电动汽车的低压工作系统的控制方法，其特征在于，
所述第一值为98％、所述第二值为75％。
11.一种权利要求1所述的电动汽车的低压工作系统中的整车控制器，其特征在于，
所述整车控制器存储有计算机可执行程序，所述计算机可执行程序执行时实现下述步骤：
测量步骤：智能电池传感器测量铅酸电池的SOC值、电流以及电压；
判断步骤：对于智能电池传感器测量到的铅酸电池的SOC值，整车控制器按照预先设定的第一值和第二值分为三个区域，将铅酸电池的SOC值高于所述第一值的区域设定为高位区域、将铅酸电池的SOC值位于所述第一值和所述第二值之间的区域设定为动态平衡区域、将铅酸电池的SOC值低于所述第二值的区域设定为低位区域；以及
控制步骤：当判断铅酸电池的SOC值在高位区域的情况下，若在车辆行驶模式下，则整车控制器设置DCDC的输出电压为所述低压工作电压附近，若在充电模式下则所述整车控制器使得关闭DCDC以仅由充电机向所述用电器提供低压工作电压；当判断铅酸电池的SOC值在动态平衡区域的情况下，整车控制器根据智能电池传感器测量到的铅酸电池的电压和电流，设定所述DCDC的输出电压，以使得铅酸电池的电压和电流不超过预先设置的充电电压限制参数和充电电流限制参数；当判断所述铅酸电池的SOC值在低位区域的情况下，将所述整车控制器DCDC的输出电压设置为大于低压工作电压的规定电压。
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