CN109130950A - 一种电动车辆的混合电池组控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动车辆的混合电池组控制系统及控制方法，包括一组高倍率性能快充放电池组和一组低倍率性能电池组，以及控制模块和发电/电动机，所述高倍率性能快充放电池组的容量小于低倍率性能电池组容量，所述低倍率性能电池组通过充放电模块a、限流模块a与控制模块连通，所述高倍率性能快充放电池组通过充放电模块b、限流模块b与控制模块双向连通，所述控制模块与发电/电动机双向连通。本发明采用混合电池驱动控制，高倍率性能快充放电池组的容量小于低倍率性能电池组容量，采用小容量锂电池组，不仅有利于电动车辆行驶控制，且电池组的体积比单一的铅电池组要小，安全性要好，降低的锂电池的电容量要求，且成本降低很多。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动车辆控制领域，尤其涉及一种电动车辆的混合电池组控制系统及控制方法。
背景技术
现有大量电动车辆，如场(厂)内用途电动车辆(观光车、叉车、巡逻车、牵引车、高空作业车等)多采用铅蓄电池驱动，其使用成本低、稳定性及安全性好，但其体积及重量大，充放电倍率性能差，只能以较小放电电流(放电倍率0.1-0.3C)及充电电流(充电倍率小于0.15C)使用，在多变路况(如上坡、下坡、路面不平)或负载变化大时(空载、满载)，电池寿命及性能会变的很差，又不能回收下坡或制动时的能量，若采用更大容量的铅蓄电池，电源动力虽增大，但其体积太大，不便安放，重量也增加太多会大幅度降低车辆电效率，车辆安全性也会降低。如改用高倍率性能锂电池组，车辆性能虽好，但是成本很高(电池价格是铅电池的3-10倍)，若采用大容量的锂电池成本更贵。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，从成本与性能出发，研发出一种成本节约性能稳定适合多变路况的电动车辆的混合电池组控制系统及控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种电动车辆的混合电池组控制系统，该混合电池组控制系统包括高倍率性能高倍率性能快充放电池组和低倍率性能电池组，高倍率性能快充放电池组低倍率性能电池组以及控制模块和发电/电动机，高倍率性能快充放电池组的容量小于低倍率性能电池组容量，低倍率性能电池组通过充放电模块a、限流模块a与控制模块连通，高倍率性能快充放电池组通过充放电模块b、限流模块b与控制模块双向连通，控制模块与发电/电动机双向连通。
在本发明较佳的实施例中，上述低倍率性能电池组为铅电池组，控制模块为双向限流管理模块、BMS模块和电机控制模块，混合电池组控制系统通过双向限流管理模块对发电/电动机进行稳定放电控制，以及对高倍率性能快充放电池组进行充电；高倍率性能快充放电池组为锂电池组，混合电池组控制系统对电机控制模块和发电/电动机进行快速补充放电控制。
在本发明较佳的实施例中，上述铅电池组与锂电池组的电池容量比区间为4:1-4。
在本发明较佳的实施例中，上述锂电池组采用磷酸铁锂电池、三元锂离子电池、钛酸锂电池、锰酸锂电池或聚合物电池中的一种或其组合物。
在本发明较佳的实施例中，上述低倍率性能电池组上设有双向电流限制管理模块。
一种电动车辆的混合电池组控制方法，该混合电池组控制方法包括如下步骤：在电动车辆内上设置至少一组高倍率性能快充放电池组和至少一组低倍率性能电池组，根据多变的路况的电量所需，高倍率性能快充放电池组快速提供其所需电量进行补充，与低倍率性能电池组一同为发电/电动机提供电源动力。
在本发明较佳的实施例中，上述在不同工况下运行时，低倍率性能充放电池组通过双向限流管理模块和电机控制模块为发电/电动机提供稳定的电源动力；
在上坡及多变速路况行进时，高倍率性能快充放电池组与低倍率性能电池组共同为发电/电动机提供电源动力，低倍率性能电池组提供一稳定电量，高倍率性能快充放电池组根据多变工况进行快速的电量补充供应。
在本发明较佳的实施例中，上述当在下坡时或减速时，发电/电动机转换为发电机发电，优先对高倍率性能快充放电池组进行充电，充到指定阀值才同时对两种电池组充电。
在本发明较佳的实施例中，上述当高倍率性能快充放电池组电容量低于指定阀值时，低倍率性能电池组对其进行充电；当充电量达到另一指定阀值时，充电停止。
在本发明较佳的实施例中，上述外接充电模块优先对锂电池进行充电，充电到指定阀值时，铅电池组充放电控制模块或者双向限流模块中的一种或多种启动对铅电池进行充电，铅电池充满后再对锂电池充电至100％容量。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明采用混合电池驱动控制，高倍率性能快充放电池组的容量小于低倍率性能电池组容量，采用小容量锂电池组，不仅有利于电动车辆行驶控制，且电池组的体积比单一的铅电池组要小，安全性要好，与单一的锂电池组相比，降低的锂电池的电容量要求，且成本降低很多。
附图说明
图1为本发明原理框图1；
图2为本发明原理框图2。
注释：①-锂电池组；②-铅电池组；③-外接充电模块；④-双向限流管理模块；⑤-锂电池BMS；⑥-电机控制模块；⑦-驱动电机/发电机；⑧-车轮。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
实施例：参见图1，一种电动车辆的混合电池组控制系统，包括一组高倍率性能快充放电池组和一组低倍率性能电池组，以及控制模块和发电/电动机，所述高倍率性能快充放电池组的容量小于低倍率性能电池组容量，所述低倍率性能电池组通过充放电模块a、限流模块a与控制模块连通，所述高倍率性能快充放电池组通过充放电模块b、限流模块b与控制模块双向连通，所述充放电模块a、充放电模块b充放电控制，所述限流模块b限流模块a进行限流保护，限定最大额定放电率电流，避免充电电流过大，以及回馈充电电流过大，所述控制模块与发电/电动机双向连通，所述控制器采用可编程的AC MOTOR控制器，所述高倍率性能快充放电池组与低倍率性能电池组上设有过流保护模块，在充电过程中提供过流保护，当高倍率性能快充放电池组与低倍率性能电池组充电完成后停止充电。本发明采用高倍率性能快充放电池组与低倍率性能电池组混合提供电源动力，所述高倍率性能快充放电池组快速根据多变的路况的电量所需，提供其所需电量进行补充，与低倍率性能电池组一同为发电/电动机提供电源动力。
在平稳路况行进时，低倍率性能电池组通过充放电模块a和控制模块为发电/电动机提供稳定的电源动力；在上坡及多变速路况行进时，高倍率性能快充放电池组与低倍率性能电池组共同为发电/电动机提供电源动力，低倍率性能电池组提供一稳定电量，高倍率性能快充放电池组根据多变工况进行快速的电量补充供应，快速应对多种路况变量需要，提供稳定的车辆动力；
发电/电动机为发电机电动机一体机，当在下坡时，车轮带动发电/电动机转动发电，通过回馈电流对池组进行充电，优先对高倍率性能快充放电池组进行充电，确保高倍率性能快充放电池组随时应对路况所需，且高倍率性能快充放电池组电容量小，较慢充放电池组要先耗尽电量，待高倍率性能快充放电池组充满后再对低倍率性能电池组充电。
为避免高倍率性能快充放电池组电量耗尽，无法进行快速放电驱动控制时，当高倍率性能快充放电池组电容量低于20％的指定阀值时，开启低倍率性能电池组对其进行充电，高倍率性能快充放电池组的电容量达到80％时停止。车辆停放时，也可通过外接电源对高倍率性能快充放电池组与低倍率性能电池组充电。
所述铅电池组的电池容量为200AH放电率为1-5HR限流200-40A，所述锂电池组电容量为100AH放电率为1C-3C，或所述锂电池组电容量为25AH放电率为5C-10C，
若采用磷酸铁锂电池能达到2C放1.5C充，使用次数在2000-3000次，寿命适中，经济性适中，安全性好，低温性差。
若采用三元锂离子电池能到3-5C放2-3C充，使用次数在1000-2000次，寿命短，经济性好，安全性好，能在-10摄氏度下运行。
若采用钛酸锂电池能达到6C充放，使用次数在2万次，寿命长，性能最好，安全性好，成本较高经济性差，
若锰酸锂电池能到达5-10C充放或聚合物电池能达到3-6C充放。
请参见图2，一种电动车辆的混合电池组控制系统及控制方法，包括一组高倍率性能快充放电池组(①锂电池组)和一组低倍率性能充放电池组(②铅电池组)，以及外接电源充电装置(③外接充电模块)、铅电池组充放电控制模块(④双向限流管理模块)、锂电池组管理系统(⑤锂电池BMS)、车辆电机控制模块(⑥电机控制模块)、驱动电机(⑦驱动电机/发电机)、驱动车轮(⑧车轮)等主要部件组成，所述高倍率性能快充放电池组(①锂电池组)的容量小于或等于普通倍率充放电池组(②铅电池组)容量，所述低倍率性能充放电池组(②铅电池组)通过铅电池组充放电控制模块(④双向限流管理模块)与锂电池组管理系统(⑤锂电池BMS)和车辆电机控制模块(⑥电机控制模块)双向连接，所述车辆电机控制模块(⑥电机控制模块)与驱动电机(⑦驱动电机/发电机)双向连通，驱动电机经过传动机构与车轮连通。与现有技术相比，本发明采用两种特性电池混合输出及回收能量，采用小容量锂电池组，利用锂电池的高倍率充放电特性，满足在多种工况下的电流供应及短时大功率能量回收，提高车辆性能及能量利用率，同时铅电池在充放电模块控制下提供额定倍率下的稳定充放电电流，实现了更长的使用时间及续驶里程，与单一铅电池相比，车辆性能及电池寿命大幅提高，与单一的同容量锂电池组相比，配置成本降低很多。
综上所述，本发明采用混合电池驱动控制，高倍率性能快充放电池组的容量小于低倍率性能电池组容量，采用小容量锂电池组，不仅有利于电动车辆行驶控制，且电池组的体积比单一的铅电池组要小，安全性要好，与单一的锂电池组相比，降低的锂电池的电容量要求，且成本降低很多。
以上对本发明所提供的一种电动车辆的混合电池组控制系统及控制方法进行了详尽介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，对本发明的变更和改进将是可能的，而不会超出附加权利要求所规定的构思和范围，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种电动车辆的混合电池组控制系统，其特征在于，所述混合电池组控制系统包括高倍率性能高倍率性能快充放电池组和低倍率性能电池组，高倍率性能快充放电池组低倍率性能电池组以及控制模块和发电/电动机，所述高倍率性能快充放电池组的容量小于低倍率性能电池组容量，所述低倍率性能电池组通过充放电模块a、限流模块a与控制模块连通，所述高倍率性能快充放电池组通过充放电模块b、限流模块b与控制模块双向连通，所述控制模块与发电/电动机双向连通。
2.根据权利要求1所述的电动车辆的混合电池组控制系统，其特征在于，所述低倍率性能电池组为铅电池组，所述控制模块为双向限流管理模块、BMS模块和电机控制模块，所述混合电池组控制系统通过所述双向限流管理模块对所述发电/电动机进行稳定放电控制，以及对所述高倍率性能快充放电池组进行充电；所述高倍率性能快充放电池组为锂电池组，所述混合电池组控制系统对电机控制模块和发电/电动机进行快速补充放电控制。
3.根据权利要求2所述的电动车辆的混合电池组控制系统，其特征在于，所述铅电池组与锂电池组的电池容量比区间为4:1-4。
4.根据权利要求2所述的电动车辆的混合电池组控制系统，其特征在于，所述锂电池组采用磷酸铁锂电池、三元锂离子电池、钛酸锂电池、锰酸锂电池或聚合物电池中的一种或其组合物。
5.根据权利要求1所述的电动车辆的混合电池组控制系统，其特征在于，所述低倍率性能电池组上设有双向电流限制管理模块。
6.一种电动车辆的混合电池组控制方法，其特征在于，所述混合电池组控制方法包括如下步骤：在电动车辆内上设置至少一组高倍率性能快充放电池组和至少一组低倍率性能电池组，根据多变的路况的电量所需，所述高倍率性能快充放电池组快速提供其所需电量进行补充，与所述低倍率性能电池组一同为发电/电动机提供电源动力。
7.根据权利要求6所述的电动车辆的混合电池组控制方法，其特征在于，在不同工况下运行时，低倍率性能充放电池组通过双向限流管理模块和电机控制模块为发电/电动机提供稳定的电源动力；
在上坡及多变速路况行进时，高倍率性能快充放电池组与低倍率性能电池组共同为发电/电动机提供电源动力，低倍率性能电池组提供一稳定电量，高倍率性能快充放电池组根据多变工况进行快速的电量补充供应。
8.根据权利要求7所述的电动车辆的混合电池组控制方法，其特征在于，当在下坡时或减速时，发电/电动机转换为发电机发电，优先对高倍率性能快充放电池组进行充电，充到指定阀值才同时对两种电池组充电。
9.根据权利要求7所述的电动车辆的混合电池组控制方法，其特征在于，当高倍率性能快充放电池组电容量低于指定阀值时，低倍率性能电池组对其进行充电；当充电量达到另一指定阀值时，充电停止。
10.根据权利要求7所述的电动车辆的混合电池组控制方法，其特征在于，外接充电模块优先对锂电池进行充电，充电到指定阀值时，铅电池组充放电控制模块或者双向限流模块中的一种或多种启动对铅电池进行充电，铅电池充满后再对锂电池充电至100％容量。
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