CN110077235A - 拓展电源静态和动态切换系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拓展电源静态和动态切换系统及方法，它的开关K1的一端连接固定电池包B1的一端，开关K1的另一端连接电机控制器的供电接头一端，开关K2的一端连接开关K1的一端，开关K2的另一端通过预充电阻R1连接开关K1的另一端，固定电池包B1的另一端连接电机控制器的供电接头另一端；开关K3的一端连接拓展电池包B2的一端，开关K3的另一端连接电机控制器的供电接头一端，开关K4的一端通过预充电阻R2连接开关K3的一端，开关K4的另一端连接开关K3的另一端，拓展电池包B2的另一端通过开关K5连接电机控制器的供电接头另一端。本发明能保证动力电池的使用寿命。

Description

拓展电源静态和动态切换系统及方法

技术领域

本发明涉及纯电动汽车电源技术领域，具体地指一种拓展电源静态和动态切换系统及方法。

背景技术

拓展电源系统电动汽车是根据用户不同续航里程需求而开发的一款高性价比的电动汽车。相比于传统电动汽车，这种电动汽车具有整车成本低、能耗低、使用灵活等优点。然而，在拓展电源系统电动汽车开发过程中，其关键技术在于固定电池包与拓展电池包之间的有效、安全、可靠的切换策略。

拓展电源切换控制系统是指汽车在使用过程中，当某个电池包的荷电状态(SOC，State of Charge)较低时，可进行低SOC电池包与高SOC电池包之间快速切换。然而，在快速切换过程中，拓展电源控制系统主要存在以下风险：

1、两个电池包的荷电状态不同会产生压差，存在着高电压电池向低电压电池充电可能，此时充电电流过大，会对低电压电池造成损害；

2、由于电动汽车部分高压负载仍保持正常工作，因此切换时存在着因工作电流过大引起拉弧带来继电器粘连的风险，从而影响动力电池的使用寿命。

发明内容

本发明提供一种拓展电源静态和动态切换系统及方法，本发明能保证动力电池的使用寿命。

为实现此目的，本发明所设计的拓展电源静态切换系统，其特征在于：它包括固定电池包B1、拓展电池包B2、开关K1～开关K5，其中，开关K1用于进行固定电池包B1与电机控制器之间供电回路的开关控制，开关K2用于进行固定电池包B1与电机控制器之间预充电回路的开关控制，开关K3用于进行拓展电池包B2与电机控制器之间供电回路的开关控制，开关K4用于进行拓展电池包B2与电机控制器之间预充电回路的开关控制；

开关K5用于进行控制拓展电池包B2与电机控制器之间供电回路，以及控制拓展电池包B2与电机控制器之间预充电回路的通断总控制。

一种拓展电源动态切换系统，其特征在于：它包括固定电池包B11、拓展电池包B12、开关K11～开关K17，其中，开关K11用于进行固定电池包B11与电机控制器之间供电回路的开关控制，开关K12用于进行固定电池包B11与电机控制器之间防电流回流回路的开关控制，开关K13用于进行固定电池包B11与电机控制器之间预充电回路的开关控制，开关K14用于进行拓展电池包B12与电机控制器之间供电回路的开关控制，开关K15用于进行拓展电池包B12与电机控制器之间防电流回流回路的开关控制，开关K16用于进行拓展电池包B12与电机控制器之间预充电回路的开关控制；

开关K17用于进行拓展电池包B12与电机控制器供电回路，拓展电池包B12与电机控制器防电流回流回路，以及拓展电池包B12与电机控制器预充电回路的通断总控制。

一种上述系统的拓展电源静态切换方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：车辆下电后，固定电池包B1的电池管理系统控制开关K1断开，此时，开关K2也处于断开状态，固定电池包B1直接断开向电机控制器的电能输入；

步骤2：整车控制器控制开关K5闭合，拓展电池包B2的电池管理系统控制开关K4闭合，使拓展电池包B2完成对电机控制器的预充电；

步骤3：拓展电池包B2的电池管理系统控制开关K3闭合，同时开关K4断开，拓展电池包B2对电机控制器充电，实现拓展电源静态切换。

一种上述系统的拓展电源动态切换方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤11：当固定电池包B11的荷电状态低于预设荷电状态值时，固定电池包B11的电池管理系统发送固定电池包B11的当前最大允许放电功率给整车控制器，当固定电池包B11的电池管理系统检测到固定电池包B11的输出电流小于预设电流值时，固定电池包B11的电池管理系统控制开关K11断开，开关K12闭合，此时，开关K13处于断开状态；

步骤12：整车控制器控制开关K17闭合，拓展电池包B12的电池管理系统控制开关K15和开关K16闭合，使拓展电池包B12切入，断开开关K12，使拓展电池包B12完成对电机控制器预充电；

步骤13：拓展电池包B12的电池管理系统控制开关K15和开关K16断开，并控制开关K14闭合，实现拓展电源动态切换。

本专利通过增加R11、R12预充电阻，可在切换的过程中，由于预充电组与母线电阻形成串联关系，因此可降低切换时的母线电流。此外，通过增加D1、D2二极管，可实现在切换过程中，高SOC电池包电流无法流向低SOC电池包，如当B11的SOC达到切换设定值时，可在闭合K14前闭合K12，这样即可使得母线电流无法流向B11，从而达到保护B11的目的。由此可见，本专利的设计能够在切换过程中有效的保护低SOC电池包。

附图说明

图1为本发明中拓展电源静态切换系统的结构示意图；

图2为本发明中拓展电源动态动换系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

本发明所设计的一种拓展电源静态切换系统，如图1所示，它包括固定电池包B1、拓展电池包B2、预充电阻R1、预充电阻R2、开关K1～开关K5，其中，开关K1的一端连接固定电池包B1的一端(负极)，开关K1的另一端连接电机控制器的供电接头一端(正极)，开关K2的一端连接开关K1的一端，开关K2的另一端通过预充电阻R1连接开关K1的另一端，固定电池包B1的另一端(正极)连接电机控制器的供电接头另一端(负极)；

开关K3的一端连接拓展电池包B2的一端(负极)，开关K3的另一端连接电机控制器的供电接头一端(正极)，开关K4的一端通过预充电阻R2连接开关K3的一端，开关K4的另一端连接开关K3的另一端，拓展电池包B2的另一端(正极)通过开关K5连接电机控制器的供电接头另一端(负极)。

上述技术方案中，所述开关K1和开关K2由固定电池包B1的电池管理系统(BMS，BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)进行开关控制，所述开关K3和开关K4由拓展电池包B2的电池管理系统进行开关控制。

上述技术方案中，所述开关K5由整车控制器(VCU，Vehicle control unit)进行开关控制。

上述技术方案中，所述开关K1、开关K2、开关K3、开关K4和开关K5均为常开开关。

一种拓展电源动态切换系统，如图2所示，它包括固定电池包B11、拓展电池包B12、预充电阻R11、预充电阻R12、二极管D1、二极管D2、开关K11～开关K17，其中，开关K11的一端连接固定电池包B11的一端(负极)，开关K11的另一端连接电机控制器的供电接头一端(正极)，开关K12的一端连接开关K11的一端，开关K12的另一端通过二极管D1连接开关K11的另一端(二极管D1的正极连接开关K12的另一端，二极管D1的负极连接开关K11的另一端)，开关K13的一端连接开关K11的一端，开关K13的另一端连接预充电阻R11的一端，预充电阻R11的另一端连接开关K11的另一端，电机控制器的供电接头另一端(负极)连接固定电池包B11的另一端(正极)；

开关K14的一端连接拓展电池包B12的一端(负极)，开关K14的另一端连接电机控制器的供电接头一端(正极)，开关K15的一端连接开关K14的一端，开关K15的另一端通过二极管D2连接开关K14的另一端(二极管D2的正极连接开关K15的另一端，二极管D2的负极连接开关K14的另一端)，开关K16的一端连接开关K14的一端，开关K16的另一端连接预充电阻R12的一端，预充电阻R12的另一端连接开关K14的另一端，电机控制器的供电接头另一端(负极)通过开关K17连接拓展电池包B12的另一端。

上述技术方案中，所述开关K11、开关K12和开关K13由固定电池包B11的电池管理系统进行开关控制，所述开关K14、开关K15和开关K16由拓展电池包B12的电池管理系统进行开关控制。

上述技术方案中，所述开关K17由整车控制器进行开关控制。

上述技术方案中，所述开关K11、开关K12、开关K13、开关K14、开关K15、开关K16和开关K17均为常开开关。

一种上述系统的拓展电源静态切换(静态切换是指，当电池包SOC到达切换设定值时，电动汽车先通过手动操作，进行高压下电，然后手动切换，此种切换方式优势在于切换过程稳定、可靠，且无需增加二极管等配件，成本低；缺点在于，在切换前，需要先手动停车，给驾驶员带来不便)方法，它包括如下步骤：

步骤1：车辆下电后，固定电池包B1的电池管理系统控制开关K1断开，此时，开关K2也处于断开状态(开关K2用于在上电前控制对电机控制器预充电)，固定电池包B1直接断开向电机控制器的电能输入；

步骤2：整车控制器控制开关K5闭合，拓展电池包B2的电池管理系统控制开关K4闭合，电阻R2用于当拓展电池包B2接入整车时，降低通过开关K4的电流，从而降低开关K4粘连的风险，使拓展电池包B2完成对电机控制器的预充电；

步骤3：拓展电池包B2的电池管理系统控制开关K3闭合，同时开关K4断开，拓展电池包B2对电机控制器充电，实现拓展电源静态切换。

上述技术方案中，在汽车上电之前开关K2接通(电阻R1降低母线电流)，固定电池包B1对电机控制器进行预充电。

上述技术方案中，拓展电源静态切换为停车切换，车辆在行驶过程中，根据驾驶员意愿进行固定电池包与拓展电池包之间切换，此时，选择适当位置进行下电停车，断开开关k1，固定电池包切出动力输出端；然后，进行上电启动，驾驶员可根据显示屏显示的拓展电池包的状态进行选择使用的电池包。

一种上述系统的拓展电源动态切换方法(动态切换是指，切换过程无需停车，它的优势在于驾驶员驾驶体验好，方便，缺点在于稳定性较差，成本高)，它包括如下步骤：

步骤11：当固定电池包B11的荷电状态低于预设荷电状态值时(具体实施中SOC一般选择10％～15％)，固定电池包B11的电池管理系统发送固定电池包B11的当前最大允许放电功率(15～20kw)给整车控制器(限定切换时的动力功率，降低母线电流，避免相应的开关粘连)，当固定电池包B11的电池管理系统检测到固定电池包B11的输出电流小于预设电流值时(相应开关能承受的最大电流)，固定电池包B11的电池管理系统控制开关K11断开，开关K12闭合，二极管D1的作用是防止切换时，母线电流流向固定电池包B11，从而使得固定电池包B11有电流冲击的风险，此时，开关K13处于断开状态；

步骤12：整车控制器控制开关K17闭合，拓展电池包B12的电池管理系统控制开关K15和开关K16闭合，使拓展电池包B12切入，断开开关K12，使拓展电池包B12完成对电机控制器预充电；

步骤13：拓展电池包B12的电池管理系统控制开关K15和开关K16断开，并控制开关K14闭合，实现拓展电源动态切换。

上述技术方案中，在汽车上电之前开关K13接通，固定电池包B1对电机控制器进行预充电。

上述技术方案中，动态自动切换是指，车辆在行驶过程中，固定电池包SOC低于设定值时，系统进行自动判断，在保护电路下，先切入拓展电池包，然后断开固定电池包，在此过程中整车负载保持正常工作，不影响车辆正常行驶。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种拓展电源静态切换系统，其特征在于：它包括固定电池包B1、拓展电池包B2、开关K1～开关K5，其中，开关K1用于进行固定电池包B1与电机控制器之间供电回路的开关控制，开关K2用于进行固定电池包B1与电机控制器之间预充电回路的开关控制，开关K3用于进行拓展电池包B2与电机控制器之间供电回路的开关控制，开关K4用于进行拓展电池包B2与电机控制器之间预充电回路的开关控制；

开关K5用于进行控制拓展电池包B2与电机控制器之间供电回路，以及控制拓展电池包B2与电机控制器之间预充电回路的通断总控制。

2.根据权利要求1所述的拓展电源静态切换系统，其特征在于：它还包括预充电阻R1和预充电阻R2，其中，开关K1的一端连接固定电池包B1的一端，开关K1的另一端连接电机控制器的供电接头一端，开关K2的一端连接开关K1的一端，开关K2的另一端通过预充电阻R1连接开关K1的另一端，固定电池包B1的另一端连接电机控制器的供电接头另一端；

开关K3的一端连接拓展电池包B2的一端，开关K3的另一端连接电机控制器的供电接头一端，开关K4的一端通过预充电阻R2连接开关K3的一端，开关K4的另一端连接开关K3的另一端，拓展电池包B2的另一端通过开关K5连接电机控制器的供电接头另一端。

3.根据权利要求2所述的拓展电源静态切换系统，其特征在于：所述开关K1和开关K2由固定电池包B1的电池管理系统进行开关控制，所述开关K3和开关K4由拓展电池包B2的电池管理系统进行开关控制；所述开关K5由整车控制器进行开关控制。

4.根据权利要求1所述的拓展电源静态切换系统，其特征在于：所述开关K1、开关K2、开关K3、开关K4和开关K5均为常开开关。

5.一种拓展电源动态切换系统，其特征在于：它包括固定电池包B11、拓展电池包B12、开关K11～开关K17，其中，开关K11用于进行固定电池包B11与电机控制器之间供电回路的开关控制，开关K12用于进行固定电池包B11与电机控制器之间防电流回流回路的开关控制，开关K13用于进行固定电池包B11与电机控制器之间预充电回路的开关控制，开关K14用于进行拓展电池包B12与电机控制器之间供电回路的开关控制，开关K15用于进行拓展电池包B12与电机控制器之间防电流回流回路的开关控制，开关K16用于进行拓展电池包B12与电机控制器之间预充电回路的开关控制；

开关K17用于进行拓展电池包B12与电机控制器供电回路，拓展电池包B12与电机控制器防电流回流回路，以及拓展电池包B12与电机控制器预充电回路的通断总控制。

6.根据权利要求5所述的拓展电源动态切换系统，其特征在于：它还包括预充电阻R11、预充电阻R12、二极管D1、二极管D2，其中，开关K11的一端连接固定电池包B11的一端，开关K11的另一端连接电机控制器的供电接头一端，开关K12的一端连接开关K11的一端，开关K12的另一端通过二极管D1连接开关K11的另一端，开关K13的一端连接开关K11的一端，开关K13的另一端连接预充电阻R11的一端，预充电阻R11的另一端连接开关K11的另一端，电机控制器的供电接头另一端连接固定电池包B11的另一端；

开关K14的一端连接拓展电池包B12的一端，开关K14的另一端连接电机控制器的供电接头一端，开关K15的一端连接开关K14的一端，开关K15的另一端通过二极管D2连接开关K14的另一端，开关K16的一端连接开关K14的一端，开关K16的另一端连接预充电阻R12的一端，预充电阻R12的另一端连接开关K14的另一端，电机控制器的供电接头另一端通过开关K17连接拓展电池包B12的另一端。

7.根据权利要求5所述的拓展电源动态切换系统，其特征在于：所述开关K11、开关K12和开关K13由固定电池包B11的电池管理系统进行开关控制，所述开关K14、开关K15和开关K16由拓展电池包B12的电池管理系统进行开关控制；所述开关K17由整车控制器进行开关控制。

8.根据权利要求5所述的拓展电源动态切换系统，其特征在于：所述开关K11、开关K12、开关K13、开关K14、开关K15、开关K16和开关K17均为常开开关。

9.一种权利要求1所述系统的拓展电源静态切换方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：车辆下电后，固定电池包B1的电池管理系统控制开关K1断开，此时，开关K2也处于断开状态，固定电池包B1直接断开向电机控制器的电能输入；

步骤2：整车控制器控制开关K5闭合，拓展电池包B2的电池管理系统控制开关K4闭合，使拓展电池包B2完成对电机控制器的预充电；

步骤3：拓展电池包B2的电池管理系统控制开关K3闭合，同时开关K4断开，拓展电池包B2对电机控制器充电，实现拓展电源静态切换。

10.一种权利要求5所述系统的拓展电源动态切换方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤11：当固定电池包B11的荷电状态低于预设荷电状态值时，固定电池包B11的电池管理系统发送固定电池包B11的当前最大允许放电功率给整车控制器，当固定电池包B11的电池管理系统检测到固定电池包B11的输出电流小于预设电流值时，固定电池包B11的电池管理系统控制开关K11断开，开关K12闭合，此时，开关K13处于断开状态；

步骤12：整车控制器控制开关K17闭合，拓展电池包B12的电池管理系统控制开关K15和开关K16闭合，使拓展电池包B12切入，断开开关K12，使拓展电池包B12完成对电机控制器预充电；

步骤13：拓展电池包B12的电池管理系统控制开关K15和开关K16断开，并控制开关K14闭合，实现拓展电源动态切换。