CN111584957A - 一种车用混合蓄电池系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车用混合蓄电池系统及控制方法，包括：电池管理组件、整车负载、整车常电负载、整车电路手拨开关、励磁发电机、起动机、发动机ECU以及起动接触器；电池管理组件包括：储能模组、起动模组、DC/DC补电稳压模块、主控制板、救援电路、锂电池保护接触器、加热继电器、锂电池模组加热膜、储能模组从控制板、起动模组从控制板、救援开关、储能模组分流器以及起动模组分流器；利用储能模组和起动模组分别对整车电路和起动电路供电，实现整车电路和起动电路分离，解决了整车起动瞬间对整车电路电压的影响。利用混合蓄电池系统替代传统铅蓄电池，混合蓄电池系统比铅蓄电池体积小、重量轻，有利实现整车布置、轻量化设计。

Description

一种车用混合蓄电池系统及控制方法
技术领域
本发明涉及车用蓄电池技术领域，尤其涉及一种车用混合蓄电池系统及控制方法。
背景技术
随着汽车行业的发展，车辆的新功能在增加，车辆配置的电气设备也在增加，车载电器需求也得到多样化发展，这对车用蓄电池性能和技术要求不断提高，现有铅蓄电池容量、体积、重量随之不断增大，而寿命相对整车寿命仍然较短。上述问题对于商用车更加明显，低温环境冷起动性能较差、冷起动时间长、无法满足用户长时间使用驻车空调等大功率驻车电气、蓄电池寿命较短导致车辆维保频繁、整车全生命周期电池使用成本较高、体积和重量越来越大等问题成为商用车用蓄电池的痛点问题，对整车布置、轻量化设计、车辆使用成本等方面带来较大负面影响。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种车用混合蓄电池系统，包括：电池管理组件、整车负载、整车常电负载、整车电路手拨开关、励磁发电机、起动机、发动机ECU以及起动接触器；
电池管理组件包括：储能模组、起动模组、DC/DC补电稳压模块、主控制板、救援电路、锂电池保护接触器、加热继电器、锂电池模组加热膜、储能模组从控制板、起动模组从控制板、救援开关、储能模组分流器以及起动模组分流器；
主控制板通过控制线束分别与储能模组从控制板、起动模组从控制板、锂电池保护接触器、加热继电器以及DC/DC补电稳压模块通信连接，并控制运行；
主控制板分别与整车负载、整车常电负载、整车电路手拨开关、励磁发电机、起动机、发动机ECU以及起动接触器通信连接，并获取运行状态。
进一步需要说明的是，储能模组由多个锂离子电芯单体连接组成，储能模组额定电压与整车电路电压匹配。
起动模组由多个超级电容单体连接组成，起动模组额定电压与整车起动机额定电压匹配。
进一步需要说明的是，储能模组、起动模组、DC/DC补电稳压模块、电池管理组件、锂电池模组加热膜、整车负载以及整车常电负载共负。
储能模组从控制板与储能模组分流器通信连接；
起动模组从控制板与起动模组分流器通信连接。
电池管理组件还包括：整车通讯接口；
主控制板与整车通讯接口通信连接。
进一步需要说明的是，主控制板、储能模组从控制板、起动模组从控制板集成为一块控制板。
基于上述系统本发明还提供一种车用混合蓄电池控制方法，方法包括：
整车使用驻车：由储能模组向整车驻车电气供电；
整车钥匙开启：由储能模组向整车电路中的负载供电；
整车钥匙起动：由储能模组向整车电路中的负载供电，由起动模组向起动电路中的起动机供电；
当起动模组电量不足时：主控制板通过对DC/DC补电稳压模块的控制，实现储能模组向起动模组充电；
整车行驶时：主控制板控制励磁发电机，实现励磁发电机分别向储能模组和起动模组充电。
进一步需要说明的是，当环境温度高于，或低于储能模组的充放电阈值时，主控制板控制励磁发电机停止向储能模组充电；
主控制板控制锂电池保护接触器断开，使储能模组停止放电；
当整车行驶过程中，环境温度低于储能模组的充电阈值时，主控制板先控制锂电池保护接触器断开，再控制励磁发电机进行发电，实现由励磁发电机向整车电路供电；
主控制板通过控制DC/DC补电稳压模块，实现利用起动模组在整车电路中提供稳压功能；
主控制板通过控制加热继电器闭合，实现锂电池模组加热膜对储能模组进行加热。
进一步需要说明的是，当起动模组出现故障时：主控制板通过对DC/DC补电稳压模块和锂电池保护接触器的控制，切换为使用储能模组对整车电路和起动电路供电；
当储能模组出现故障时：主控制板通过对DC/DC补电稳压模块和锂电池保护接触器的控制，切换为使用起动模组对整车电路和起动电路供电；
当储能模组和起动模组均为故障状态时：驾驶员通过手动操作救援开关启用救援电路，使用外接蓄电池对整车进行起动和供电。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明涉及的车用混合蓄电池系统利用储能模组和起动模组分别对整车电路和起动电路供电，实现整车电路和起动电路分离，解决了整车起动瞬间对整车电路电压的影响。
利用锂离子电芯单体组成储能模组，实现根据实际驻车能量需求灵活拓展储存能量。
利用超级电容单体组成起动模组，实现低温环境下的快速冷气动，明显提升整车冷起动性能。
利用混合蓄电池系统替代传统铅蓄电池，混合蓄电池系统比铅蓄电池体积小、重量轻，有利实现整车布置、轻量化设计。
混合蓄电池系统比铅蓄电池寿命明显增长，显著降低整车全生命周期蓄电池使用和维保成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为车用混合蓄电池系统示意图。
附图中：1.储能模组、2.起动模组、3.DC/DC补电稳压模块、4.主控制板、5.救援电路、6.锂电池保护接触器、7.加热继电器、8.锂电池模组加热膜、9.控制线束、10.储能模组从控制板、11.起动模组从控制板、12.救援开关、13.储能模组分流器、14.起动模组分流器、15.整车通讯接口、16.整车负载、17.整车常电负载、18.整车电路手拨开关、19.励磁发电机、20.起动机、21.发动机ECU、22.起动接触器。
具体实施方式
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
本发明提供一种车用混合蓄电池系统，如图1所示，包括：电池管理组件、整车负载16、整车常电负载17、整车电路手拨开关18、励磁发电机19、起动机20、发动机ECU21以及起动接触器22；
电池管理组件包括：储能模组1、起动模组2、DC/DC补电稳压模块3、主控制板4、救援电路5、锂电池保护接触器6、加热继电器7、锂电池模组加热膜8、储能模组从控制板10、起动模组从控制板11、救援开关12、储能模组分流器13以及起动模组分流器14；主控制板4通过控制线束9分别与储能模组从控制板10、起动模组从控制板11、锂电池保护接触器6、加热继电器7以及DC/DC补电稳压模块3通信连接，并控制运行；主控制板4分别与整车负载16、整车常电负载17、整车电路手拨开关18、励磁发电机19、起动机20、发动机ECU21以及起动接触器22通信连接，并获取运行状态。
本发明涉及的车用混合蓄电池系统可以用在轿车，卡车，商务车，工程机械以及客车等等。
本发明中的储能模组1由多个锂离子电芯单体连接组成，储能模组1额定电压与整车电路电压匹配，储能模组1容量可以根据整车驻车电气容量需求进行灵活配置。起动模组2由多个超级电容单体连接组成，起动模组2额定电压与整车起动机额定电压匹配，模组容量可以根据整车起动容量和起动次数需求灵活配置。
作为电池管理组件来讲，可以实现在硬件，软件，固件或它们的任何组合。所述的各种特征为模块，单元或组件可以一起实现在集成逻辑装置或分开作为离散的但可互操作的逻辑器件或其他硬件设备。在一些情况下，电子电路的各种特征可以被实现为一个或多个集成电路器件，诸如集成电路芯片或芯片组。
如果在硬件中实现，本发明涉及一种装置，例如可以作为处理器或者集成电路装置，诸如集成电路芯片或芯片组。可替换地或附加地，如果软件或固件中实现，所述技术可实现至少部分地由计算机可读的数据存储介质，包括指令，当执行时，使处理器执行一个或更多的上述方法。例如，计算机可读的数据存储介质可以存储诸如由处理器执行的指令。
主控制板包括一个或多个处理器执行，如一个或多个数字信号处理器(DSP)，通用微处理器，特定应用集成电路ASICs，现场可编程门阵列(FPGA)，或者其它等价物把集成电路或离散逻辑电路。因此，术语“处理器，”由于在用于本文时可以指任何前述结构或任何其它的结构更适于实现的这里所描述的技术。另外，在一些方面，本发明公开中所描述的功能可以提供在软件模块和硬件模块。
储能模组1、起动模组2、DC/DC补电稳压模块3、电池管理组件、锂电池模组加热膜8、整车负载16以及整车常电负载17共负。负极为整车负极。
储能模组从控制板10与储能模组分流器13通信连接；储能模组从控制板10也可以控制储能模组分流器13动作。起动模组从控制板11与起动模组分流器14通信连接。起动模组从控制板11也可以控制起动模组分流器14动作。
电池管理组件还包括：整车通讯接口15；主控制板4与整车通讯接口15通信连接。主控制板4、储能模组从控制板10、起动模组从控制板11集成为一块控制板，方便维修。
储能模组正极与除起动机以外的整车负载、整车常电负载、整车驻车电器正极连接，构成整车电路。锂电池保护接触器和储能模组分流器串联在整车电路中。锂电池加热电路并联在锂电池保护接触器输出端，通过加热继电器向锂电池模组加热膜供电。
起动模组正极与起动机正极连接，构成起动电路。起动接触器、起动模组分流器和救援开关串联在起动电路中，起动接触器由发动机ECU控制。DC/DC补电稳压模块连接在锂电池保护接触器输出端与起动模组正极输出电路之间。救援开关和救援电路连接在锂电池保护接触器输出端与起动模组正极输出电路之间。
基于上述系统本发明还提供一种车用混合蓄电池控制方法，方法包括：
整车使用驻车：由储能模组向整车驻车电气供电；
整车钥匙开启：由储能模组向整车电路中的负载供电；
整车钥匙起动：由储能模组向整车电路中的负载供电，由起动模组向起动电路中的起动机供电；
当起动模组电量不足时：主控制板通过对DC/DC补电稳压模块的控制，实现储能模组向起动模组充电；
整车行驶时：主控制板控制励磁发电机，实现励磁发电机分别向储能模组和起动模组充电。
本方法中，当环境温度高于，或低于储能模组的充放电阈值时，主控制板控制励磁发电机停止向储能模组充电；
主控制板控制锂电池保护接触器断开，使储能模组停止放电；
当整车行驶过程中，环境温度低于储能模组的充电阈值时，主控制板先控制锂电池保护接触器断开，再控制励磁发电机进行发电，实现由励磁发电机向整车电路供电；
主控制板通过控制DC/DC补电稳压模块，实现利用起动模组在整车电路中提供稳压功能；
主控制板通过控制加热继电器闭合，实现锂电池模组加热膜对储能模组进行加热。
本方法中，当起动模组出现故障时：主控制板通过对DC/DC补电稳压模块和锂电池保护接触器的控制，切换为使用储能模组对整车电路和起动电路供电；
当储能模组出现故障时：主控制板通过对DC/DC补电稳压模块和锂电池保护接触器的控制，切换为使用起动模组对整车电路和起动电路供电；
当储能模组和起动模组均为故障状态时：驾驶员通过手动操作救援开关启用救援电路，使用外接蓄电池对整车进行起动和供电。
作为本发明涉及的车用混合蓄电池控制方法，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法以及装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种车用混合蓄电池系统，其特征在于，包括：电池管理组件、整车负载(16)、整车常电负载(17)、整车电路手拨开关(18)、励磁发电机(19)、起动机(20)、发动机ECU(21)以及起动接触器(22)；
电池管理组件包括：储能模组(1)、起动模组(2)、DC/DC补电稳压模块(3)、主控制板(4)、救援电路(5)、锂电池保护接触器(6)、加热继电器(7)、锂电池模组加热膜(8)、储能模组从控制板(10)、起动模组从控制板(11)、救援开关(12)、储能模组分流器(13)以及起动模组分流器(14)；
主控制板(4)通过控制线束(9)分别与储能模组从控制板(10)、起动模组从控制板(11)、锂电池保护接触器(6)、加热继电器(7)以及DC/DC补电稳压模块(3)通信连接，并控制运行；
主控制板(4)分别与整车负载(16)、整车常电负载(17)、整车电路手拨开关(18)、励磁发电机(19)、起动机(20)、发动机ECU(21)以及起动接触器(22)通信连接，并获取运行状态。
2.根据权利要求1所述的车用混合蓄电池系统，其特征在于，
储能模组(1)由多个锂离子电芯单体连接组成，储能模组(1)额定电压与整车电路电压匹配。
3.根据权利要求1所述的车用混合蓄电池系统，其特征在于，
起动模组(2)由多个超级电容单体连接组成，起动模组(2)额定电压与整车起动机额定电压匹配。
4.根据权利要求1所述的车用混合蓄电池系统，其特征在于，
储能模组(1)、起动模组(2)、DC/DC补电稳压模块(3)、电池管理组件、锂电池模组加热膜(8)、整车负载(16)以及整车常电负载(17)共负。
5.根据权利要求1所述的车用混合蓄电池系统，其特征在于，
储能模组从控制板(10)与储能模组分流器(13)通信连接；
起动模组从控制板(11)与起动模组分流器(14)通信连接。
6.根据权利要求1所述的车用混合蓄电池系统，其特征在于，
电池管理组件还包括：整车通讯接口(15)；
主控制板(4)与整车通讯接口(15)通信连接。
7.根据权利要求1所述的车用混合蓄电池系统，其特征在于，
主控制板(4)、储能模组从控制板(10)、起动模组从控制板(11)集成为一块控制板。
8.一种车用混合蓄电池控制方法，其特征在于，采用如权利要求1至7任一所述的车用混合蓄电池系统；
方法包括：
整车使用驻车：由储能模组向整车驻车电气供电；
整车钥匙开启：由储能模组向整车电路中的负载供电；
整车钥匙起动：由储能模组向整车电路中的负载供电，由起动模组向起动电路中的起动机供电；
当起动模组电量不足时：主控制板通过对DC/DC补电稳压模块的控制，实现储能模组向起动模组充电；
整车行驶时：主控制板控制励磁发电机，实现励磁发电机分别向储能模组和起动模组充电。
9.根据权利要求8所述的车用混合蓄电池控制方法，其特征在于，方法还包括：
当环境温度高于，或低于储能模组的充放电阈值时，主控制板控制励磁发电机停止向储能模组充电；
主控制板控制锂电池保护接触器断开，使储能模组停止放电；
当整车行驶过程中，环境温度低于储能模组的充电阈值时，主控制板先控制锂电池保护接触器断开，再控制励磁发电机进行发电，实现由励磁发电机向整车电路供电；
主控制板通过控制DC/DC补电稳压模块，实现利用起动模组在整车电路中提供稳压功能；
主控制板通过控制加热继电器闭合，实现锂电池模组加热膜对储能模组进行加热。
10.根据权利要求8所述的车用混合蓄电池控制方法，其特征在于，方法还包括：
当起动模组出现故障时：主控制板通过对DC/DC补电稳压模块和锂电池保护接触器的控制，切换为使用储能模组对整车电路和起动电路供电；
当储能模组出现故障时：主控制板通过对DC/DC补电稳压模块和锂电池保护接触器的控制，切换为使用起动模组对整车电路和起动电路供电；
当储能模组和起动模组均为故障状态时：驾驶员通过手动操作救援开关启用救援电路，使用外接蓄电池对整车进行起动和供电。
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