CN111251907B - 一种新能源汽车的混合电池驱动系统及供能方法 - Google Patents

一种新能源汽车的混合电池驱动系统及供能方法 Download PDF

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Abstract

一种新能源汽车的混合电池驱动系统，涉及新能源汽车领域，解决如何稳定锂电池组的放电工况、有效延长锂电池组使用寿命的问题；包括能量供给单元、能量回收单元、蓄电池充电单元、电机驱动单元、通讯单元；能量供给单元向所述的电机驱动单元以及蓄电池充电单元供电；能量回收单元回收电机驱动单元回馈的能量；通讯单元负责系统各个单元之间的通讯；所述的能量供给单元包括锂电池组、第一超级电容器；一种新能源汽车的混合电池驱动系统供能方法，采用分时驱动的方式，根据不同驾驶阶段，驱动源将会发生变化。

Description

一种新能源汽车的混合电池驱动系统及供能方法
技术领域
本发明涉及新能源汽车领域，特别地涉及一种新能源汽车的混合电池驱动系统及供能方法。
背景技术
新能源汽车工业的发展，尤其伴随着以锂电池为驱动源的纯电动汽车的市场保有量不断攀升，锂电池的产能不断增加。目前，因缺少对车用动力电池的合理规划及使用，导致纯电动汽车产业运营成本居高不下，行业发展止步不前。
电池管理系统(BMS)是纯电动汽车中重要的部分，其功能主要实现对动力电池的监控和保护。然而，在对电池进行有效防护的同时也限制了动力电池的部分性能，如能量回馈功率限制，整车行驶功率限制，低温充电电流限制等，极大的影响了用户的驾驶体验。
目前，动力电池在良好的温控系统保护下亟待解决的问题在于稳定其充放电工况，防止回馈的能量冲击对锂电池造成损伤，延长锂电池的使用寿命。
超级电容器(又称法拉电容器)具有快速响应，高功率能量存储，低内阻，工作温度范围广，使用寿命长等优点而被广泛应用于汽车，风电，电网，仪表等领域。电容器的容量几乎不受外界影响而改变，其与锂离子电池组成的混合能源系统能够有效稳定锂电池的运行工况，提升动力电池的能量利用率，延长锂电池的使用寿命，同时使得整车的驾驶性能得到优化。
现有技术中，授权公告号为CN102616234B的中国发明专利，《混合动力汽车集成式变速驱动装置与电控能源及管理系统》公开了一种混合动力汽车集成式变速驱动装置与电控能源及管理系统。它涉及新能源节能汽车关键技术的动力耦合方式的变革，提供了集成式无级变速器ITA/B-C、集成式混合动力驱动器IDA/B-H、集成式插电混合动力驱动器IDA/B-P和集成式增程电动驱动器IDA/BE-R等市场迫切需要的多方案构型兼容产品。
虽然上述授权公告号为CN102616234B的专利具有在一个电机动力总成MPA模块技术基础平台上，组合搭建电控系统ECS、能源系统ES及其管理系统BMS三个模块化结构，构造成涵盖新能源节能汽车几乎全部动力传动系统工作模式的产品系列，因而能够实现汽车安全节能减排更优、续航里程更长、性价比更高、实用性更强，有利于企业产品标准化、系列化、通用化，从而显著缩短研发周期，有效降低成本，使产品更具长效市场竞争优势的优点，但是上述专利并未解决如何稳定锂电池组的放电工况、有效延长锂电池组使用寿命的技术问题。
现有技术中，申请公布号为CN106627439A的中国发明专利申请《新能源汽车的智能混动管理系统》公开了一种新能源汽车的智能混动管理系统，包该智能混动管理系统包括混合动力整车控制单元HCU、电子稳定控制单元ESP、发动机控制单元ECU、电动机控制单元MCU、发电机控制单元GCU、电池管理系统BMS、自动变速箱控制单元TCU和空调压缩机控制系统EAS；上述各个控制单元采用PROFIBUS-DP总线进行互相通信；还包括一具有CPU处理器功能的现场总线仪表；该现场总线仪表能够将检测出来的数字信号通过DP/PA耦合器将实际测量得到的数据连接到PROFIBUS-DP总线上，通过总线传输给各个控制单元。
同样的，上述申请公布号为CN106627439A发明申请，具有能够节约时间、减少污染物的排放，确保新能源汽车能够经济、适用、安全和可靠的运行，具有良好的经济效益和环保效益的优点，但是也未给出如何稳定锂电池组的放电工况、有效延长锂电池组使用寿命的技术问题的技术方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何稳定锂电池组的放电工况、有效延长锂电池组使用寿命的问题。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
一种新能源汽车的混合电池驱动系统，包括能量供给单元、能量回收单元、蓄电池充电单元、电机驱动单元、通讯单元；所述的能量供给单元向所述的电机驱动单元以及蓄电池充电单元供电；所述的能量回收单元回收电机驱动单元回馈的能量；所述的通讯单元负责系统各个单元之间的通讯；所述的能量供给单元包括锂电池组(A6)、第一超级电容器(A7)；所述的锂电池组(A6)还包括第一锂电池模组(M1)、第二锂电池模组(M2)、第三锂电池模组(M3)；所述的第二锂电池模组(M2)、第一锂电池模组(M1)、第三锂电池模组(M3)依次连接；
所述的驱动系统的供能分为两种情况：
1)当所述的第一超级电容器(A7)的电压未达到电机驱动单元的最小驱动电压时，由锂电池组(A6)向电机驱动单元供电；
2)当所述的第一超级电容器(A7)的电压达到电机驱动单元的最小驱动电压时，由第一超级电容器(A7)向电机驱动单元供电；与此同时，锂电池组(A6)向第一超级电容器(A7)充电。
本发明的混合电池驱动系统采用分时驱动，锂电池组的部分模组仅作为储能设备来使用，系统通过超级电容器驱动电机以达到行驶的目的，在满足日常正常驱动的同时，尽可能的稳定锂电池组的放电工况，有效的延长了锂电池组的使用寿命。
作为本发明技术方案的进一步改进，为保证能源供给的连续性，所述的驱动系统的时序须满足下列条件：
tmin1≤tmin2 公式(1)
其中，tmin1为第一超级电容器(A7)达到电机驱动单元的最小驱动电压的最短充电时间，tmin2为第二锂电池模组(M2)向电机驱动单元供电的最短可持续供电时间，Imax1为第一锂电池模组(M1)的最大放电电流。
作为本发明技术方案的进一步改进，对tmin1的计算按照以下方法进行：
a)正常情况下，第一锂电池模组(M1)、第三锂电池模组(M3)共同参与对第一超级电容器(A7)的充电，充电电流采用恒流输出形式，则
Figure GDA0003970735900000041
b)极端条件下，仅由第一锂电池模组(M1)单独为第一超级电容器(A7)供电，由于第一锂电池模组(M1)采用恒流输出形式，得到：
Figure GDA0003970735900000042
其中，tmin1为第一超级电容器(A7)达到电机驱动单元的最小驱动电压的最短充电时间，Umin为电机驱动单元的最小驱动电压；Imax1为第一锂电池模组(M1)的最大放电电流；Imax3为第三锂电池模组(M3)的最大放电电流，C为第一超级电容器(A7)的电容量；
对tmin2的计算按照以下方法进行：
Figure GDA0003970735900000051
式中，Imax2为第二锂电池模组(M2)的最大放电电流，Qmin-full为满充状态下第二锂电池模组(M2)的最小电量。
作为本发明技术方案的进一步改进，按照汽车实际标定行驶地域的总能耗，设定Imax1为恒流模式，若满足：
Imax1≥Iavg 公式(5)
即可实现在第一超级电容器(A7)的电压达到电机驱动单元的最小驱动电压的情况下汽车立刻行驶的目的，其中，Iavg为综合工况时的系统的输出电流平均值；
对Iavg的计算按照以下方法进行：
多次标定，得到综合行驶工况的电能消耗值的平均值为：
Figure GDA0003970735900000052
所以，综合工况时的系统的输出电流平均值为：
Figure GDA0003970735900000053
其中，Qavg为综合行驶工况的电能消耗值的平均值，Qnum1为第一次标定获得的电能消耗值，Qnum2为第二次标定获得的电能消耗值，以此类推，Qnumn为第n次标定获得的电能消耗值，单位为Ah，n＝1,2,……，t为行驶时间，单位为h。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述的能量供给单元还包括第二高压继电器开关(S2)、第三高压继电器开关(S3)、第六高压继电器开关(S6)、第十高压继电器开关(S10)、逆变器(A2)；所述的锂电池组(A6)包括第一端口(P1)、第二端口(P2)、第三端口(P3)，所述的第一端口(P1)与第一锂电池模组(M1)连接，第二端口(P2)与第二锂电池模组(M2)连接，第三端口(P3)与第三锂电池模组(M3)连接；所述的第六高压继电器开关(S6)的一端与第一端口(P1)连接，第六高压继电器开关(S6)的另一端与第一超级电容器(A7)连接；第十高压继电器开关(S10)的一端与所述的第三端口(P3)连接，第十高压继电器开关(S10)的另一端与第一超级电容器(A7)连接；所述的第三高压继电器开关(S3)一端与逆变器(A2)连接，第三高压继电器开关(S3)的另一端与第一超级电容器(A7)连接；所述的第二高压继电器开关(S2)的一端与第二端口(P2)连接，第二高压继电器开关(S2)的另一端连接于第三高压继电器开关(S3)与逆变器(A2)形成的公共点；
所述的第三锂电池模组(M3)在第一超级电容器(A7)的电压小于电机驱动单元的最小驱动电压时，第十高压继电器开关(S10)闭合，第三锂电池模组(M3)以最大充电电流对第一超级电容器(A7)进行充电，直至第一超级电容器(A7)达到电机驱动单元的最小驱动电压或第三锂电池模组(M3)电量过低时停止充电。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述的能量回收单元包括第二超级电容器(A5)、整流器(A1)、第一高压继电器开关(S1)、第五高压继电器开关(S5)；所述的第二超级电容器(A5)与第五高压继电器开关(S5)的一端连接，第五高压继电器开关(S5)的另一端与锂电池组(A6)连接；所述的整流器(A1)的直流侧与第二超级电容器(A5)连接，所述的整流器(A1)的交流侧与第一高压继电器开关(S1)的一端连接，第一高压继电器开关(S1)的另一端与电机驱动单元连接；
所述的通讯单元包括动力电池管理子系统(A8)，VCU为整车控制子系统(A9)，MCU为电机控制子系统(A4)；所述的动力电池管理子系统(A8)，VCU为整车控制子系统(A9)，MCU为电机控制子系统(A4)之间通过CAN通信协议进行通讯；
所述的锂电池组(A6)还包括第一车载充电器(F1)、第二车载充电器(F2)、第一电流传感器(B1)；所述的第一锂电池模组(M1)与第一车载充电器(F1)连接，第一车载充电器(F1)与第二锂电池模组(M2)连接；第一锂电池模组(M1)还与第二车载充电器(F2)连接，第二车载充电器(F2)与第三锂电池模组(M3)连接；第二车载充电器(F2)与第三锂电池模组(M3)之间串联第一电流传感器(B1)。
作为本发明技术方案的进一步改进，当所述的第一超级电容器(A7)的电压未达到电机驱动单元的最小驱动电压时，由锂电池组(A6)向电机驱动单元供电；具体为：此时第二高压继电器开关(S2)、第六高压继电器开关(S6)、第十高压继电器开关(S10)闭合，第三高压继电器开关(S3)断开；第二锂电池模组(M2)通过逆变器(A2)向电机驱动单元供电，第一锂电池模组(M1)与第三锂电池模组(M3)以恒流方式对第一超级电容器(A7)进行充电；
当所述的第一超级电容器(A7)的电压达到电机驱动单元的最小驱动电压时，由第一超级电容器(A7)向电机驱动单元供电；与此同时，锂电池组(A6)向第一超级电容器(A7)充电；具体为：此时第二高压继电器开关(S2)、第十高压继电器开关(S10)断开，第三高压继电器开关(S3)、第六高压继电器开关(S6)闭合；第一超级电容器(A7)通过逆变器(A2)向电机驱动单元供电，第一锂电池模组(M1)保持恒流方式对第一超级电容器(A7)进行充电，直至到达第一超级电容器(A7)的充电截止阈值电压时停止充电。
作为本发明技术方案的进一步改进，当所述的第一超级电容器(A7)的电压达到充电截止阈值电压时，判断第二锂电池模组(M2)或第三锂电池模组(M3)是否需要充电，若此时第二锂电池模组(M2)或第三锂电池模组(M3)需要充电，则第一锂电池模组(M1)通过第一车载充电器(F1)为第二锂电池模组(M2)充电；第一锂电池模组(M1)通过第二车载充电器(F2)为第三锂电池模组(M3)充电，此时各电流之间满足以下公式：
Imax1＝Icharge12+Icharge13 公式(8)
其中，Imax1为第一锂电池模组(M1)的最大放电电流，Icharge12为第一锂电池模组(M1)对第二锂电池模组(M2)的充电电流，Icharge13为第一锂电池模组(M1)对第三锂电池模组(M3)的充电电流。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述的驱动系统还包括第四高压继电器开关(S4)、第七高压继电器开关(S7)、第九高压继电器开关(S9)；所述的驱动单元包括驱动电机(A3)；所述的第四高压继电器开关(S4)、第七高压继电器开关(S7)、第九高压继电器开关(S9)作为主动放电开关，它们的一端分别接地，另一端分别与驱动电机(A3)、第二超级电容器(A5)、第一超级电容器(A7)对应连接；
当驱动电机(A3)在制动过程中，闭合第一高压继电器开关(S1)，将回馈的能量通过整流器(A1)暂存到第二超级电容器(A5)中；若检测到：
Irecharge1＝Imax1 公式(9)
则第五高压继电器开关(S5)闭合，第二超级电容器(A5)开始向第一锂电池模组(M1)充电，其中Irecharge1为第二超级电容器(A5)对第一锂电池模组(M1)的充电电流。
作为本发明技术方案的进一步改进，在车辆停止时，第一超级电容器(A7)在短时间静置时会流失一部分电量，因此在车辆短时间停放的过程中将第十高压继电器开关(S10)闭合，使得流失的电量重新存储于第三锂电池模组(M3)中，使得锂电池组(A6)的总电量得以保持，减缓了第一超级电容器(A7)的电量流失速度；
当整车下电时，第一超级电容器(A7)的电压高于第三锂电池模组(M3)的电压时，闭合第十高压继电器开关(S10)，回收第一超级电容器(A7)的流失电能。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述的蓄电池充电单元包括DC/DC变换器(A10)、第八高压继电器开关(S8)、第十一高压继电器开关(S11)、蓄电池(A11)；所述的第八高压继电器开关(S8)一端与所述的锂电池组(A6)的第三端口(P3)连接，第八高压继电器开关(S8)的另一端依次串联DC/DC变换器(A10)连接、第十一高压继电器开关(S11)、蓄电池(A11)；
当整车控制子系统(A9)检测到蓄电池(A11)的电压过低时，则第十一高压继电器开关(S11)，此时第三锂电池模组(M3)通过DC/DC变换器(A10)对蓄电池(A11)进行充电；
所述的驱动系统还包括第一电流传感器(E1)、第二电流传感器(E2)、第三电流传感器(E3)、第四电流传感器(E4)；所述的第一电流传感器(E1)串联于第五高压继电器开关(S5)与锂电池组(A6)之间；第二电流传感器(E2)串联于第二高压继电器开关(S2)与锂电池组(A6)之间；第三电流传感器(E3)串联于第六高压继电器开关(S6)与锂电池组(A6)之间；第四电流传感器(E4)串联于第十高压继电器开关(S10)与锂电池组(A6)之间。
一种新能源汽车的混合电池驱动系统的供能方法，应用于权利要求1至权利要求11所述的驱动系统，所述的供能方法采用分时驱动，根据不同驾驶阶段，驱动源将会发生变化，所述的供能方法包括以下内容：
1)开始上电，具体为：整车上电开始时，整车控制子系统(A9)首先使能唤醒，整车控制子系统(A9)通过CAN总线建立与动力电池管理子系统(A8)与电机控制子系统(A4)之间的通信；
2)判断第一超级电容器的电压能否驱动电机，具体为：整车控制子系统(A9)从动力电池管理子系统(A8)中读取第一超级电容器(A7)的电压数据，并判断第一超级电容器(A7)是否能够带动驱动电机(A3)运转，若可以，则闭合第三高压继电器开关(S3)，整车状态进入可行驶状态；否则，闭合第二高压继电器开关(S2)切换至第二锂电池模组(M2)进行供电，且第二锂电池模组(M2)供电过程中时刻监控第一超级电容器(A7)的电压状态，当第一超级电容器(A7)的电压达到电机驱动单元的最小驱动电压时，立刻断开第二高压继电器开关(S2)，闭合第三高压继电器开关(S3)切换至第一超级电容器(A7)进行供能；
3)判断第一超级电容器是否充电饱和，具体为：整车进入可行驶状态后，动力电池管理子系统(A8)时刻监控第一超级电容器(A7)的电压是否充电饱和；若第一超级电容器(A7)的电压达到饱和，则断开第六高压继电器开关(S6)，第一锂电池模组(M1)停止对其的充电，否则第一锂电池模组(M1)继续对第一超级电容器(A7)进行充电；
4)判断第二锂电池模组、第三锂电池模组是否需要充电，具体为：第一超级电容器(A7)充电饱和时，动力电池管理子系统(A8)监控锂第二锂电池模组(M2)、第三锂电池模组(M3)的电量，若其电量过低需要进行充电时，第一车载充电器(F1)、第二车载充电器(F2)启动，第一锂电池模组(M1)开始对第二锂电池模组(M2)、第三锂电池模组(M3)进行充电；当第二锂电池模组(M2)、第三锂电池模组(M3)的电量达到饱和后，第一锂电池模组(M1)停止对第二锂电池模组(M2)、第三锂电池模组(M3)充电；若第二锂电池模组(M2)、第三锂电池模组(M3)不需要充电时，则第一锂电池模组(M1)停止工作；
5)判断第一超级电容器是否放电截止，具体为：当动力电池管理子系统(A8)检测到第一超级电容器(A7)的电压接近放电截止电压时，立刻闭合第六高压继电器开关(S6)，将第一锂电池模组(M1)当前状态切换至对第一超级电容器(A7)进行充电的状态，第一锂电池模组(M1)停止对第二锂电池模组(M2)、第三锂电池模组(M3)充电；
6)判断系统是否下电，具体为：若系统下电条件满足，系统立刻下电，此时闭合第四高压继电器开关(S4)，第七高压继电器开关(S7)，对驱动电机(A3)和第二超级电容器(A5)进行主动放电，避免漏电引发事故。
本发明具有以下优点：
(1)本发明的混合电池驱动系统采用分时驱动，锂电池组的部分模组仅作为储能设备来使用，系统通过超级电容器驱动电机以达到行驶的目的，在满足日常正常驱动的同时，尽可能的稳定锂电池组的放电工况，有效的延长了锂电池组的使用寿命。
(2)本发明依据锂电池组在整车上的功能需求划分为三个模组，避免了电池非必要的整体更换而造成的资源浪费。此外，对动力电池进行分区规划使用，能够有效避免动力电池包非必要的整体维修或更换，极大地减小了电池的维护成本。
(3)本发明设置超级电容器电量保持装置，通过第三锂电池模组来稳定超级电容器的放电截止电压，以实现整车驱动的快速响应。
(4)本发明采用第三锂电池模组进行低压DC/DC变换，降低了原有的高压DC/DC变换损耗，节省了能源。
附图说明
图1是本发明实施例一的驱动系统的电气结构控制原理图；
图2是本发明实施例一的驱动系统的锂电池组的结构原理图；
图3是本发明实施例二的驱动系统供能方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合说明书附图以及具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述：
实施例一
如图1至图2所示，一种新能源汽车的混合电池驱动系统，包括能量供给单元、能量回收单元、蓄电池充电单元、电机驱动单元、通讯单元；所述的能量供给单元向所述的电机驱动单元以及蓄电池充电单元供电；所述的能量回收单元回收电机驱动单元回馈的能量；所述的通讯单元负责系统各个单元之间的通讯；所述的能量供给单元包括锂电池组A6、第一超级电容器A7；所述的锂电池组A6还包括第一锂电池模组M1、第二锂电池模组M2、第三锂电池模组M3；所述的第二锂电池模组M2、第一锂电池模组M1、第三锂电池模组M3依次连接；
所述的驱动系统的供能分为两种情况：
1)当所述的第一超级电容器A7的电压未达到电机驱动单元的最小驱动电压时，由锂电池组A6向电机驱动单元供电；
2)当所述的第一超级电容器A7的电压达到电机驱动单元的最小驱动电压时，由第一超级电容器A7向电机驱动单元供电；与此同时，锂电池组A6向第一超级电容器A7充电。
为保证能源供给的连续性，所述的驱动系统的时序须满足下列条件：
tmin1≤tmin2 公式(1)
其中，tmin1为第一超级电容器A7达到电机驱动单元的最小驱动电压的最短充电时间，tmin2为第二锂电池模组M2向电机驱动单元供电的最短可持续供电时间，Imax1为第一锂电池模组M1的最大放电电流。
对tmin1的计算按照以下方法进行：
a)正常情况下，第一锂电池模组M1、第三锂电池模组M3共同参与对第一超级电容器A7的充电，充电电流采用恒流输出形式，则
Figure GDA0003970735900000141
b)极端条件下，仅由第一锂电池模组M1单独为第一超级电容器A7供电，由于第一锂电池模组M1采用恒流输出形式，得到：
Figure GDA0003970735900000142
其中，tmin1为第一超级电容器A7达到电机驱动单元的最小驱动电压的最短充电时间，Umin为电机驱动单元的最小驱动电压；Imax1为第一锂电池模组M1的最大放电电流；Imax3为第三锂电池模组M3的最大放电电流，C为第一超级电容器A7的电容量。
对tmin2的计算按照以下方法进行：
Figure GDA0003970735900000143
式中，Imax2为第二锂电池模组M2的最大放电电流，Qmin-full为满充状态下第二锂电池模组M2的最小电量。
按照汽车实际标定行驶地域的总能耗，设定Imax1为恒流模式，若满足：
Imax1≥Iavg 公式(5)
即可实现在第一超级电容器A7的电压达到电机驱动单元的最小驱动电压的情况下汽车立刻行驶的目的，其中，Iavg为综合工况时的系统的输出电流平均值。
对Iavg的计算按照以下方法进行：
多次标定，得到综合行驶工况的电能消耗值的平均值为：
Figure GDA0003970735900000151
所以，综合工况时的系统的输出电流平均值为：
Figure GDA0003970735900000152
其中，Qavg为综合行驶工况的电能消耗值的平均值，Qnum1为第一次标定获得的电能消耗值，Qnum2为第二次标定获得的电能消耗值，以此类推，Qnumn为第n次标定获得的电能消耗值，单位为Ah，n＝1,2,……，t为行驶时间，单位为h。
所述的能量供给单元还包括第二高压继电器开关S2、第三高压继电器开关S3、第六高压继电器开关S6、第十高压继电器开关S10、逆变器A2；所述的锂电池组A6包括第一端口P1、第二端口P2、第三端口P3，所述的第一端口P1与第一锂电池模组M1连接，第二端口P2与第二锂电池模组M2连接，第三端口P3与第三锂电池模组M3连接；所述的第六高压继电器开关S6的一端与第一端口P1连接，第六高压继电器开关S6的另一端与第一超级电容器A7连接；第十高压继电器开关S10的一端与所述的第三端口P3连接，第十高压继电器开关S10的另一端与第一超级电容器A7连接；所述的第三高压继电器开关S3一端与逆变器A2连接，第三高压继电器开关S3的另一端与第一超级电容器A7连接；所述的第二高压继电器开关S2的一端与第二端口P2连接，第二高压继电器开关S2的另一端连接于第三高压继电器开关S3与逆变器A2形成的公共点。
所述的第三锂电池模组M3在第一超级电容器A7的电压小于电机驱动单元的最小驱动电压时，第十高压继电器开关S10闭合，第三锂电池模组M3以最大充电电流对第一超级电容器A7进行充电，直至第一超级电容器A7达到电机驱动单元的最小驱动电压或第三锂电池模组M3电量过低时停止充电。
当所述的第一超级电容器A7的电压未达到电机驱动单元的最小驱动电压时，由锂电池组A6向电机驱动单元供电；具体为：此时第二高压继电器开关S2、第六高压继电器开关S6、第十高压继电器开关S10闭合，第三高压继电器开关S3断开；第二锂电池模组M2通过逆变器A2向电机驱动单元供电，第一锂电池模组M1与第三锂电池模组M3以恒流方式对第一超级电容器A7进行充电。
当所述的第一超级电容器A7的电压达到电机驱动单元的最小驱动电压时，由第一超级电容器A7向电机驱动单元供电；与此同时，锂电池组A6向第一超级电容器A7充电；具体为：此时第二高压继电器开关S2、第十高压继电器开关S10断开，第三高压继电器开关S3、第六高压继电器开关S6闭合；第一超级电容器A7通过逆变器A2向电机驱动单元供电，第一锂电池模组M1保持恒流方式对第一超级电容器A7进行充电，直至到达第一超级电容器A7的充电截止阈值电压时停止充电。
所述的锂电池组A6还包括第一车载充电器F1、第二车载充电器F2、第一电流传感器B1；所述的第一锂电池模组M1与第一车载充电器F1连接，第一车载充电器F1与第二锂电池模组M2连接；第一锂电池模组M1还与第二车载充电器F2连接，第二车载充电器F2与第三锂电池模组M3连接；第二车载充电器F2与第三锂电池模组M3之间串联第一电流传感器B1。
当所述的第一超级电容器A7的电压达到充电截止阈值电压时，判断第二锂电池模组M2或第三锂电池模组M3是否需要充电，若此时第二锂电池模组M2或第三锂电池模组M3需要充电，则第一锂电池模组M1通过第一车载充电器F1为第二锂电池模组M2充电；第一锂电池模组M1通过第二车载充电器F2为第三锂电池模组M3充电，此时各电流之间满足以下公式：
Imax1＝Icharge12+Icharge13 公式(8)
其中，Imax1为第一锂电池模组M1的最大放电电流，Icharge12为第一锂电池模组M1对第二锂电池模组M2的充电电流，Icharge13为第一锂电池模组M1对第三锂电池模组M3的充电电流。
所述的驱动系统还包括第四高压继电器开关S4、第七高压继电器开关S7、第九高压继电器开关S9；所述的驱动单元包括驱动电机A3；所述的第四高压继电器开关S4、第七高压继电器开关S7、第九高压继电器开关S9作为主动放电开关，它们的一端分别接地，另一端分别与驱动电机A3、第二超级电容器A5、第一超级电容器A7对应连接。
所述的能量回收单元包括第二超级电容器A5、整流器A1、第一高压继电器开关S1、第五高压继电器开关S5；所述的第二超级电容器A5与第五高压继电器开关S5的一端连接，第五高压继电器开关S5的另一端与锂电池组A6连接；所述的整流器A1的直流侧与第二超级电容器A5连接，所述的整流器A1的交流侧与第一高压继电器开关S1的一端连接，第一高压继电器开关S1的另一端与电机驱动单元连接。
当驱动电机A3在制动过程中，闭合第一高压继电器开关S1，将回馈的能量通过整流器A1暂存到第二超级电容器A5中；若检测到：
Irecharge1＝Imax1 公式(9)
则第五高压继电器开关S5闭合，第二超级电容器A5开始向第一锂电池模组M1充电，其中Irecharge1为第二超级电容器A5对第一锂电池模组M1的充电电流。
在车辆停止时，第一超级电容器A7在短时间静置时会流失一部分电量，因此在车辆短时间停放的过程中将第十高压继电器开关S10闭合，使得流失的电量重新存储于第三锂电池模组M3中，使得锂电池组A6的总电量得以保持，减缓了第一超级电容器A7的电量流失速度。
当整车下电时，第一超级电容器A7的电压高于第三锂电池模组M3的电压时，闭合第十高压继电器开关S10，回收第一超级电容器A7的流失电能。
所述的通讯单元包括动力电池管理子系统A8，VCU为整车控制子系统A9，MCU为电机控制子系统A4；所述的动力电池管理子系统A8，VCU为整车控制子系统A9，MCU为电机控制子系统A4之间通过CAN通信协议进行通讯。
所述的蓄电池充电单元包括DC/DC变换器A10、第八高压继电器开关S8、第十一高压继电器开关S11、蓄电池A11；所述的第八高压继电器开关S8一端与所述的锂电池组A6的第三端口P3连接，第八高压继电器开关S8的另一端依次串联DC/DC变换器A10连接、第十一高压继电器开关S11、蓄电池A11。
当整车控制子系统A9检测到蓄电池A11的电压过低时，则第十一高压继电器开关S11，此时第三锂电池模组M3通过DC/DC变换器A10对蓄电池A11进行充电。
所述的驱动系统还包括第一电流传感器E1、第二电流传感器E2、第三电流传感器E3、第四电流传感器E4；所述的第一电流传感器E1串联于第五高压继电器开关S5与锂电池组A6之间；第二电流传感器E2串联于第二高压继电器开关S2与锂电池组A6之间；第三电流传感器E3串联于第六高压继电器开关S6与锂电池组A6之间；第四电流传感器E4串联于第十高压继电器开关S10与锂电池组A6之间。
若第二锂电池模组M2与第一超级电容器A7均无法满足驱动条件，则驱动系统视为电量不足或故障状态。
实施例二
如图3所示，一种新能源汽车的混合电池驱动系统的供能方法，应用于权利要求1至权利要求11所述的驱动系统，所述的供能方法采用分时驱动，根据不同驾驶阶段，驱动源将会发生变化，所述的供能方法包括以下内容：
(1)开始上电，具体为：整车上电开始时，整车控制子系统A9首先使能唤醒，整车控制子系统A9通过CAN总线建立与动力电池管理子系统A8与电机控制子系统A4之间的通信。
(2)判断第一超级电容器的电压能否驱动电机，具体为：整车控制子系统A9从动力电池管理子系统A8中读取第一超级电容器A7的电压数据，并判断第一超级电容器A7是否能够带动驱动电机A3运转，若可以，则闭合第三高压继电器开关S3，整车状态进入可行驶状态；否则，闭合第二高压继电器开关S2切换至第二锂电池模组M2进行供电，且第二锂电池模组M2供电过程中时刻监控第一超级电容器A7的电压状态，当第一超级电容器A7的电压达到电机驱动单元的最小驱动电压时，立刻断开第二高压继电器开关S2，闭合第三高压继电器开关S3切换至第一超级电容器A7进行供能。
(3)判断第一超级电容器是否充电饱和，具体为：整车进入可行驶状态后，动力电池管理子系统A8时刻监控第一超级电容器A7的电压是否充电饱和；若第一超级电容器A7的电压达到饱和，则断开第六高压继电器开关S6，第一锂电池模组M1停止对其的充电，否则第一锂电池模组M1继续对第一超级电容器A7进行充电。
(4)判断第二锂电池模组、第三锂电池模组是否需要充电，具体为：第一超级电容器A7充电饱和时，动力电池管理子系统A8监控锂第二锂电池模组M2、第三锂电池模组M3的电量，若其电量过低需要进行充电时，第一车载充电器F1、第二车载充电器F2启动，第一锂电池模组M1开始对第二锂电池模组M2、第三锂电池模组M3进行充电；当第二锂电池模组M2、第三锂电池模组M3的电量达到饱和后，第一锂电池模组M1停止对第二锂电池模组M2、第三锂电池模组M3充电；若第二锂电池模组M2、第三锂电池模组M3不需要充电时，则第一锂电池模组M1停止工作。
(5)判断第一超级电容器是否放电截止，具体为：当动力电池管理子系统A8检测到第一超级电容器A7的电压接近放电截止电压时，立刻闭合第六高压继电器开关S6，将第一锂电池模组M1当前状态切换至对第一超级电容器A7进行充电的状态，第一锂电池模组M1停止对第二锂电池模组M2、第三锂电池模组M3充电。
(6)判断系统是否下电，具体为：若系统下电条件满足，系统立刻下电，此时闭合第四高压继电器开关S4，第七高压继电器开关S7，对驱动电机A3和第二超级电容器A5进行主动放电，避免漏电引发事故。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种新能源汽车的混合电池驱动系统，其特征在于，包括能量供给单元、能量回收单元、蓄电池充电单元、电机驱动单元、通讯单元；所述的能量供给单元向所述的电机驱动单元以及蓄电池充电单元供电；所述的能量回收单元回收电机驱动单元回馈的能量；所述的通讯单元负责系统各个单元之间的通讯；所述的能量供给单元包括锂电池组(A6)、第一超级电容器(A7)；所述的锂电池组(A6)还包括第一锂电池模组(M1)、第二锂电池模组(M2)、第三锂电池模组(M3)；所述的第二锂电池模组(M2)、第一锂电池模组(M1)、第三锂电池模组(M3)依次连接；
所述的能量供给单元还包括第二高压继电器开关(S2)、第三高压继电器开关(S3)、第六高压继电器开关(S6)、第十高压继电器开关(S10)、逆变器(A2)；所述的锂电池组(A6)包括第一端口(P1)、第二端口(P2)、第三端口(P3)，所述的第一端口(P1)与第一锂电池模组(M1)连接，第二端口(P2)与第二锂电池模组(M2)连接，第三端口(P3)与第三锂电池模组(M3)连接；所述的第六高压继电器开关(S6)的一端与第一端口(P1)连接，第六高压继电器开关(S6)的另一端与第一超级电容器(A7)连接；第十高压继电器开关(S10)的一端与所述的第三端口(P3)连接，第十高压继电器开关(S10)的另一端与第一超级电容器(A7)连接；所述的第三高压继电器开关(S3)一端与逆变器(A2)连接，第三高压继电器开关(S3)的另一端与第一超级电容器(A7)连接；所述的第二高压继电器开关(S2)的一端与第二端口(P2)连接，第二高压继电器开关(S2)的另一端连接于第三高压继电器开关(S3)与逆变器(A2)形成的公共点；
所述的第三锂电池模组(M3)在第一超级电容器(A7)的电压小于电机驱动单元的最小驱动电压时，第十高压继电器开关(S10)闭合，第三锂电池模组(M3)以最大充电电流对第一超级电容器(A7)进行充电，直至第一超级电容器(A7)达到电机驱动单元的最小驱动电压或第三锂电池模组(M3)电量过低时停止充电；
所述的驱动系统的供能分为两种情况：
1)当所述的第一超级电容器(A7)的电压未达到电机驱动单元的最小驱动电压时，由锂电池组(A6)向电机驱动单元供电；此时第二高压继电器开关(S2)、第六高压继电器开关(S6)、第十高压继电器开关(S10)闭合，第三高压继电器开关(S3)断开；第二锂电池模组(M2)通过逆变器(A2)向电机驱动单元供电，第一锂电池模组(M1)与第三锂电池模组(M3)以恒流方式对第一超级电容器(A7)进行充电；
2)当所述的第一超级电容器(A7)的电压达到电机驱动单元的最小驱动电压时，由第一超级电容器(A7)向电机驱动单元供电；与此同时，锂电池组(A6)向第一超级电容器(A7)充电；此时第二高压继电器开关(S2)、第十高压继电器开关(S10)断开，第三高压继电器开关(S3)、第六高压继电器开关(S6)闭合；第一超级电容器(A7)通过逆变器(A2)向电机驱动单元供电，第一锂电池模组(M1)保持恒流方式对第一超级电容器(A7)进行充电，直至到达第一超级电容器(A7)的充电截止阈值电压时停止充电。
2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车的混合电池驱动系统，其特征在于，为保证能源供给的连续性，所述的驱动系统的时序须满足下列条件：
tmin1≤tmin2 公式(1)
其中，tmin1为第一超级电容器(A7)达到电机驱动单元的最小驱动电压的最短充电时间，tmin2为第二锂电池模组(M2)向电机驱动单元供电的最短可持续供电时间，Imax1为第一锂电池模组(M1)的最大放电电流。
3.根据权利要求2所述的一种新能源汽车的混合电池驱动系统，其特征在于，对tmin1的计算按照以下方法进行：
a)正常情况下，第一锂电池模组(M1)、第三锂电池模组(M3)共同参与对第一超级电容器(A7)的充电，充电电流采用恒流输出形式，则
Figure FDA0003970735890000031
b)极端条件下，仅由第一锂电池模组(M1)单独为第一超级电容器(A7)供电，由于第一锂电池模组(M1)采用恒流输出形式，得到：
Figure FDA0003970735890000032
其中，tmin1为第一超级电容器(A7)达到电机驱动单元的最小驱动电压的最短充电时间，Umin为电机驱动单元的最小驱动电压；Imax1为第一锂电池模组(M1)的最大放电电流；Imax3为第三锂电池模组(M3)的最大放电电流，C为第一超级电容器(A7)的电容量；
对tmin2的计算按照以下方法进行：
Figure FDA0003970735890000033
式中，Imax2为第二锂电池模组(M2)的最大放电电流，Qmin-full为满充状态下第二锂电池模组(M2)的最小电量。
4.根据权利要求2所述的一种新能源汽车的混合电池驱动系统，其特征在于，按照汽车实际标定行驶地域的总能耗，设定Imax1为恒流模式，若满足：
Imax1≥Iavg 公式(5)
即可实现在第一超级电容器(A7)的电压达到电机驱动单元的最小驱动电压的情况下汽车立刻行驶的目的，其中，Iavg为综合工况时的系统的输出电流平均值；
对Iavg的计算按照以下方法进行：
多次标定，得到综合行驶工况的电能消耗值的平均值为：
Figure FDA0003970735890000041
所以，综合工况时的系统的输出电流平均值为：
Figure FDA0003970735890000042
其中，Qavg为综合行驶工况的电能消耗值的平均值，Qnum1为第一次标定获得的电能消耗值，Qnum2为第二次标定获得的电能消耗值，以此类推，Qnumn为第n次标定获得的电能消耗值，单位为Ah，n＝1,2,……，t为行驶时间，单位为h。
5.根据权利要求1所述的一种新能源汽车的混合电池驱动系统，其特征在于，所述的能量回收单元包括第二超级电容器(A5)、整流器(A1)、第一高压继电器开关(S1)、第五高压继电器开关(S5)；所述的第二超级电容器(A5)与第五高压继电器开关(S5)的一端连接，第五高压继电器开关(S5)的另一端与锂电池组(A6)连接；所述的整流器(A1)的直流侧与第二超级电容器(A5)连接，所述的整流器(A1)的交流侧与第一高压继电器开关(S1)的一端连接，第一高压继电器开关(S1)的另一端与电机驱动单元连接；
所述的通讯单元包括动力电池管理子系统(A8)，VCU为整车控制子系统(A9)，MCU为电机控制子系统(A4)；所述的动力电池管理子系统(A8)，VCU为整车控制子系统(A9)，MCU为电机控制子系统(A4)之间通过CAN通信协议进行通讯；
所述的锂电池组(A6)还包括第一车载充电器(F1)、第二车载充电器(F2)、第一电流传感器(B1)；所述的第一锂电池模组(M1)与第一车载充电器(F1)连接，第一车载充电器(F1)与第二锂电池模组(M2)连接；第一锂电池模组(M1)还与第二车载充电器(F2)连接，第二车载充电器(F2)与第三锂电池模组(M3)连接；第二车载充电器(F2)与第三锂电池模组(M3)之间串联第一电流传感器(B1)。
6.根据权利要求1所述的一种新能源汽车的混合电池驱动系统，其特征在于，当所述的第一超级电容器(A7)的电压达到充电截止阈值电压时，判断第二锂电池模组(M2)或第三锂电池模组(M3)是否需要充电，若此时第二锂电池模组(M2)或第三锂电池模组(M3)需要充电，则第一锂电池模组(M1)通过第一车载充电器(F1)为第二锂电池模组(M2)充电；第一锂电池模组(M1)通过第二车载充电器(F2)为第三锂电池模组(M3)充电，此时各电流之间满足以下公式：
Imax1＝Icharge12+Icharge13 公式(8)
其中，Imax1为第一锂电池模组(M1)的最大放电电流，Icharge12为第一锂电池模组(M1)对第二锂电池模组(M2)的充电电流，Icharge13为第一锂电池模组(M1)对第三锂电池模组(M3)的充电电流。
7.根据权利要求1所述的一种新能源汽车的混合电池驱动系统，其特征在于，所述的驱动系统还包括第四高压继电器开关(S4)、第七高压继电器开关(S7)、第九高压继电器开关(S9)；所述的驱动单元包括驱动电机(A3)；所述的第四高压继电器开关(S4)、第七高压继电器开关(S7)、第九高压继电器开关(S9)作为主动放电开关，它们的一端分别接地，另一端分别与驱动电机(A3)、第二超级电容器(A5)、第一超级电容器(A7)对应连接；
当驱动电机(A3)在制动过程中，闭合第一高压继电器开关(S1)，将回馈的能量通过整流器(A1)暂存到第二超级电容器(A5)中；若检测到：
Irecharge1＝Imax1 公式(9)
则第五高压继电器开关(S5)闭合，第二超级电容器(A5)开始向第一锂电池模组(M1)充电，其中Irecharge1为第二超级电容器(A5)对第一锂电池模组(M1)的充电电流。
8.根据权利要求7所述的一种新能源汽车的混合电池驱动系统，其特征在于，在车辆停止时，第一超级电容器(A7)在短时间静置时会流失一部分电量，因此在车辆短时间停放的过程中将第十高压继电器开关(S10)闭合，使得流失的电量重新存储于第三锂电池模组(M3)中，使得锂电池组(A6)的总电量得以保持，减缓了第一超级电容器(A7)的电量流失速度；
当整车下电时，第一超级电容器(A7)的电压高于第三锂电池模组(M3)的电压时，闭合第十高压继电器开关(S10)，回收第一超级电容器(A7)的流失电能。
9.根据权利要求8所述的一种新能源汽车的混合电池驱动系统，其特征在于，所述的蓄电池充电单元包括DC/DC变换器(A10)、第八高压继电器开关(S8)、第十一高压继电器开关(S11)、蓄电池(A11)；所述的第八高压继电器开关(S8)一端与所述的锂电池组(A6)的第三端口(P3)连接，第八高压继电器开关(S8)的另一端依次串联DC/DC变换器(A10)连接、第十一高压继电器开关(S11)、蓄电池(A11)；
当整车控制子系统(A9)检测到蓄电池(A11)的电压过低时，则第十一高压继电器开关(S11)，此时第三锂电池模组(M3)通过DC/DC变换器(A10)对蓄电池(A11)进行充电；
所述的驱动系统还包括第一电流传感器(E1)、第二电流传感器(E2)、第三电流传感器(E3)、第四电流传感器(E4)；所述的第一电流传感器(E1)串联于第五高压继电器开关(S5)与锂电池组(A6)之间；第二电流传感器(E2)串联于第二高压继电器开关(S2)与锂电池组(A6)之间；第三电流传感器(E3)串联于第六高压继电器开关(S6)与锂电池组(A6)之间；第四电流传感器(E4)串联于第十高压继电器开关(S10)与锂电池组(A6)之间。
10.一种新能源汽车的混合电池驱动系统的供能方法，应用于权利要求1至权利要求9任一项所述的驱动系统，所述的供能方法采用分时驱动，根据不同驾驶阶段，驱动源将会发生变化，所述的供能方法包括以下内容：
1)开始上电，具体为：整车上电开始时，整车控制子系统(A9)首先使能唤醒，整车控制子系统(A9)通过CAN总线建立与动力电池管理子系统(A8)与电机控制子系统(A4)之间的通信；
2)判断第一超级电容器的电压能否驱动电机，具体为：整车控制子系统(A9)从动力电池管理子系统(A8)中读取第一超级电容器(A7)的电压数据，并判断第一超级电容器(A7)是否能够带动驱动电机(A3)运转，若可以，则闭合第三高压继电器开关(S3)，整车状态进入可行驶状态；否则，闭合第二高压继电器开关(S2)切换至第二锂电池模组(M2)进行供电，且第二锂电池模组(M2)供电过程中时刻监控第一超级电容器(A7)的电压状态，当第一超级电容器(A7)的电压达到电机驱动单元的最小驱动电压时，立刻断开第二高压继电器开关(S2)，闭合第三高压继电器开关(S3)切换至第一超级电容器(A7)进行供能；
3)判断第一超级电容器是否充电饱和，具体为：整车进入可行驶状态后，动力电池管理子系统(A8)时刻监控第一超级电容器(A7)的电压(U7)是否充电饱和；若第一超级电容器(A7)的电压达到饱和，则断开第六高压继电器开关(S6)，第一锂电池模组(M1)停止对其的充电，否则第一锂电池模组(M1)继续对第一超级电容器(A7)进行充电；
4)判断第二锂电池模组、第三锂电池模组是否需要充电，具体为：第一超级电容器(A7)充电饱和时，动力电池管理子系统(A8)监控锂第二锂电池模组(M2)、第三锂电池模组(M3)的电量，若其电量过低需要进行充电时，第一车载充电器(F1)、第二车载充电器(F2)启动，第一锂电池模组(M1)开始对第二锂电池模组(M2)、第三锂电池模组(M3)进行充电；当第二锂电池模组(M2)、第三锂电池模组(M3)的电量达到饱和后，第一锂电池模组(M1)停止对第二锂电池模组(M2)、第三锂电池模组(M3)充电；若第二锂电池模组(M2)、第三锂电池模组(M3)不需要充电时，则第一锂电池模组(M1)停止工作；
5)判断第一超级电容器是否放电截止，具体为：当动力电池管理子系统(A8)检测到第一超级电容器(A7)的电压接近放电截止电压时，立刻闭合第六高压继电器开关(S6)，将第一锂电池模组(M1)当前状态切换至对第一超级电容器(A7)进行充电的状态，第一锂电池模组(M1)停止对第二锂电池模组(M2)、第三锂电池模组(M3)充电；
6)判断系统是否下电，具体为：若系统下电条件满足，系统立刻下电，此时闭合第四高压继电器开关(S4)，第七高压继电器开关(S7)，对驱动电机(A3)和第二超级电容器(A5)进行主动放电，避免漏电引发事故。
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