CN116923195B - 车载高压电池组组合控制系统及新能源车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种车载高压电池组组合控制系统及新能源车辆，可以控制多个独立的电池组单独或共同向负载供电，在两电池组的开路电压差距过大的情况下，先控制初始电压较高的电池组接入供电，然后检测流经两电池组之间限流电阻的电流，在该电流小于安全值的情况下，将初始电压较低的电池组也接入供电回路，多个电池组并联供电，从而实现单电池组供电与多电池组并联的安全高效切换。
Description
技术领域
本发明涉及新能源车技术领域，具体而言，涉及一种车载高压电池组组合控制系统及新能源车辆。
背景技术
现有的电动卡车其整车由两部分组成，分别为主车和后置的挂车。在主车和挂车均配置有大容量的动力电池，动力驱动单元位于主车。在主车上还设置有电力驱动控制器，控制前后的动力电池共同为动力驱动单元供电。
在驱动过程中需要控制各动力电池进行组合或单独供电，但是由于各动力电池的电压不同，不能同时接入供电回路，只能切换各动力电池进行单独供电，现有方案无法实现单独供电与并联供电的安全切换。
发明内容
为解决上述问题，本发明实施例提供了一种车载高压电池组组合控制系统，所述系统包括控制模块及多个独立的电池组；第一电池组的正极通过第一正极开关连接至负载，负极通过第一负极开关连接至所述负载；第二电池组的正极通过第二正极开关、第二控制开关连接至负载，负极通过第二负极开关连接至所述负载；第二限流电阻与第二限流电阻开关串联后，与所述第二控制开关并联；电容与所述负载并联；所述控制模块被配置为：在检测到所述第一电池组的开路电压大于所述第二电池组的开路电压，且压差大于安全压差阈值的情况下，控制所述第一负极开关、所述第一正极开关闭合；以及，控制所述第二正极开关、所述第二负极开关、所述第二限流电阻开关闭合、所述第二控制开关断开后，获取流经所述第二限流电阻的电流，若所述电流小于安全并联电流阈值则控制所述第二控制开关闭合，若所述电流大于等于所述安全并联电流阈值则控制所述第二正极开关、所述第二负极开关或所述第二限流电阻开关断开；在检测到所述第一电池组的开路电压与所述第二电池组的开路电压的压差小于安全压差阈值的情况下，控制所述第一负极开关、所述第一正极开关闭合；以及控制所述第二负极开关、所述第二控制开关、所述第二正极开关闭合。
可选地，还包括第一控制开关及第一限流电阻；所述第一控制开关连接于所述第一正极开关与所述负载之间；第一限流电阻与第一限流电阻开关串联后与所述第一控制开关并联；所述控制模块被配置为：在检测到所述第二电池组的开路电压大于所述第一电池组的开路电压，且压差大于安全压差阈值的情况下，控制所述第二负极开关、所述第二控制开关、所述第二正极开关闭合；以及，控制所述第一正极开关、所述第一负极开关、所述第一限流电阻开关闭合，所述第一控制开关断开后，获取流经所述第一限流电阻的电流，若所述电流小于所述安全并联电流阈值则控制所述第一控制开关闭合，若所述电流大于等于所述安全并联电流阈值则控制所述第一正极开关、所述第一负极开关或所述第一限流电阻开关断开；在检测到所述第一电池组的开路电压与所述第二电池组的开路电压的压差小于安全压差阈值的情况下，则控制所述第二负极开关、所述第二控制开关、所述第二正极开关闭合，以及控制所述第一负极开关、所述第一控制开关、所述第一正极开关闭合。
可选地，还包括第一预充电阻、第一预充电阻开关、第二预充电阻及第二预充电阻开关；所述第一预充电阻与所述第一预充电阻开关串联后与所述第一正极开关并联；所述第二预充电阻与所述第二预充电阻开关串联后与所述第二正极开关并联；所述控制模块被配置为：在所述第一电池组、所述第二电池组连接至所述电容前，控制所述第一预充电阻开关、第二预充电阻开关闭合，所述第一正极开关、所述第二正极开关断开，以进行预充电；在预充结束后控制所述第一正极开关、所述第二正极开关闭合。
可选地，还包括第三控制开关，所述第三控制开关连接于所述第二负极开关与负载之间。
可选地，还包括DC-DC转换器，所述DC-DC转换器连接于所述负载与所述第二控制开关、所述第二负极开关之间。
可选地，还包括与所述DC-DC转换器并联的旁路开关。
可选地，还包括电压检测元件，用于检测所述第一电池组、所述第二电池组的开路电压。
可选地，还包括电流检测元件，用于检测流经所述第一限流电阻、所述第二限流电阻的电流。
本发明实施例提供了一种新能源车辆，包括上述任一项所述的车载高压电池组组合控制系统。
本发明实施例的车载高压电池组组合控制系统及新能源车辆，可以控制多个独立的电池组单独或共同向负载供电，在两电池组的开路电压差距过大的情况下，先控制初始电压较高的电池组预充后接入供电，然后检测流经两电池组之间通过限流电阻的电流连通，在该电流小于安全值的情况下，将初始电压较低的电池组也接入供电回路，多个电池组并联供电，从而实现单电池组供电与多电池组并联的安全高效切换。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中卡车的结构示意图；
图2为本发明实施例中一种车载高压电池组组合控制系统的电路示意图；
图3为本发明实施例中另一种车载高压电池组组合控制系统的电路示意图；
图4为本发明实施例中另一种车载高压电池组组合控制系统的电路示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例中设计了一种用于解决车载两套或多套独立高压电池组组合使用的方法。上述方法主要的应用场景是在卡车的主车和挂车均配置有大容量的动力电池，动力驱动单元位于主车。图1示出了卡车的结构示意图。在图1中以两组独立的动力电池为例进行说明，主车1上设置有电池组10及动力驱动单元3，挂车2上设置有电池组20。
本发明实施例提供了一种车载高压电池组组合控制系统，该系统包括控制模块及多个独立的电池组。
图2示出了车载高压电池组组合控制系统的电路示意图，以电池组包括电池组10及电池组20为例进行说明。
其中，第一电池组10的正极通过第一正极开关K1连接至负载，负极通过第一负极开关K2连接至负载；
第二电池组20的正极通过第二正极开关K4、第二控制开关K7连接至负载，负极通过第二负极开关K5连接至负载；第二限流电阻R3与第二限流电阻开关K9串联后，与第二控制开关K7并联；
电容C与负载并联；
上述控制模块被配置为：在检测到第一电池组的开路电压大于第二电池组的开路电压，且压差大于安全压差阈值的情况下，控制第一负极开关、第一正极开关闭合；以及，控制第二正极开关、第二负极开关、第二限流电阻开关闭合，第二控制开关断开后，获取流经第二限流电阻的电流，若电流小于安全并联电流阈值则控制第二控制开关闭合，若电流大于等于安全并联电流阈值则控制第二正极开关、第二负极开关或第二限流电阻开关断开。
在车辆高压上电之前，电池组10和电池组20均未接入高压系统，可以测量两电池组的开路电压。如果两个电池组的开路电压的差值大于安全压差阈值，第一电池组的开路电压大于第二电池组的开路电压，则优先控制电压更高的第一电池组向负载供电。
然后，通过控制第二限流电阻将第二电池组与第一电池组连通，可以实时测量流经第二限流电阻的电流来判断两个电池组的压差。考虑到随着供电进行，第一电池组的电压不断下降，可以持续获取流经第二限流电阻的电流。若该电流小于安全并联电流阈值则控制第二控制开关闭合，使两电池组并联供电。此情况下，两个电池组之间的电压差已足够小，第二电池组可以完全并入高压系统，因此将第二限流电阻短路，使第二电池组并入高压系统。若该电流大于等于安全并联电流阈值则控制第二正极开关、第二负极开关或第二限流电阻开关断开，保持第一电池组单独供电。
需要说明的是，上述控制第二电池组与第一电池组连通以及检测流经第二限流电阻电流的控制过程循环执行，直至该电流小于安全并联电流阈值，两电池组达到并联供电状态为止。
在检测到第一电池组的开路电压与第二电池组的开路电压的压差小于安全压差阈值的情况下，控制第一负极开关、第一正极开关闭合；以及控制第二负极开关、第二控制开关、第二正极开关闭合。
如果两个电池组的开路电压的差值小于安全压差阈值，则第一电池组与第二电池组可以同时或先后接入高压系统，共同向负载供电。
本发明实施例提供的上述车载高压电池组组合控制系统，可以控制多个独立的电池组单独或共同向负载供电，在两电池组的开路电压差距过大的情况下，先控制初始电压较高的电池组接入供电，然后检测流经两电池组之间限流电阻的电流，在该电流小于安全值的情况下，将初始电压较低的电池组也接入供电回路，多个电池组并联供电，从而实现单电池组供电与多电池组并联的安全高效切换。
进一步，上述控制系统还包括第一预充电阻、第一预充电阻开关。如图2所示，第一预充电阻R1与第一预充电阻开关K3串联后与第一正极开关K1并联。
控制模块被配置为：在第一电池组连接至上述电容前，控制第一预充电阻开关闭合，第一正极开关断开，以进行预充电；在预充结束后控制第一正极开关闭合。例如，第一电池组先将第一预充电阻接入电路以使基于预充电阻对上述电容进行预充，待预充结束后再将第一预充电阻短路，直接向负载供电。
在图2中示出了，动力电池10 和电池20，K1和K2分别为电池10的正负极接触器，R1为预充电阻，K3为预充电阻开关；
K4和K5分别为电池20的正负极接触器，R2为预充电阻，K6为预充电阻开关；K7和K8分别为两个电池组合控制的正负极接触器，R3为预充电阻，K9为预充电阻开关；车辆可以测量电池10和电池20两端的电压U1，U2，流过电阻R1，R2，R3的电流IR1，IR2，IR3；车辆高压上电之前，此时电池10和电池20均未接入高压系统，此时可以测量电池10和电池20的开路电压，即K1与K2的接触器内侧电压U1开路，以及K4与K5的接触器内侧电压U2开路。
其中，负载并联有电容C，可以有效地保护电池瞬间大电流放电。例如当车辆启动瞬间，需要很大的启动电流。电池和电容同时向电机供电，而电容可以瞬间对电机提供强大的电流，对电池有一定的保护作用。上述电容起到储能以及稳压作用，使电机运行平稳，以及增加启动转矩，帮助电动机启动，保护电路，稳定电压。
如果两个电池的开路电压U1开路和U2开路的差值远大于电池并联的安全压差U安全并联（比如20伏），则车辆使电压较高的电池组先闭合接触器接入电路：比如U1开路- U2开路>20V，则闭合接触器K2和K3，待预充结束（基于流经电阻R1的电流确定）后再闭合K1短路电阻R1，使电池1接入高压系统。然后闭合K5，K8，K4，K9，使电池20通过R3预充电阻也接入高压系统，此时电流将会通过R3从电池10流向电池20，检测流经R3的电流，基于该电流判断两个电池的压差，当其小于安全值时，控制电池2接入电路（例如将K4、K7、K5、K8闭合）。若判断两个电池的压差大于安全值，则将K5、K8、K4中的一个或多个断开，保持由电池1单独供电。在电池1单独供电一定时长后，再执行上述闭合K5，K8，K4，K9，检测流经R3电流及后续判断压差的过程。重复上述过程，直至压差小于安全值，控制两个电池并联供电。
上述预充电阻一般在60到100欧姆之间，电池组所用预充电阻阻值大小要根据电机控制器电容的容量来决定的，电容越大用的电阻阻值就越大,小的则相反。
限流电阻R3通常设计得较大，比如200欧姆，则该电流较小，比如小于1安培。随着高压系统电力的使用，电池10和电池20之间的电压差会逐渐减小，也即流过R3的电流会逐渐减小，至小于电池并联的压差电流I安全并联（比如0.1A），此时闭合接触器K7，使电池2也完全并入高压系统。
如果两个电池的开路电压U1开路和U2开路的差值小于电池并联的安全压差U安全并联（比如20伏），则车辆使其中某个电池先接入高压系统，另一电池则短暂预充后也将并入高压系统。
图3示出了另一种车载高压电池组组合控制系统的电路示意图，在图2所示电路的基础上，增加了第一控制开关K10及第一限流电阻R4。
具体地，第一控制开关K10的一端连接第一正极开关K1，第一控制开关K10的另一端连接负载；第一限流电阻R4与第一限流电阻开关K11串联后与第一控制开关K10并联。
上述控制模块被配置为：在检测到第二电池组的开路电压大于第一电池组的开路电压，且压差大于安全压差阈值的情况下，控制第二负极开关、第二控制开关、第二正极开关闭合；以及，控制第一正极开关、第一负极开关、第一限流电阻开关闭合，第一控制开关断开后，获取流经第一限流电阻的电流，若该电流小于安全并联电流阈值则控制第一控制开关闭合，若改电流大于等于安全并联电流阈值则控制第一正极开关、第一负极开关或第一限流电阻开关断开。
如果两个电池组的开路电压的差值大于安全压差阈值，第二电池组的开路电压大于第一电池组的开路电压，则优先控制第二电池组向负载供电。
然后，通过控制第一限流电阻将第二电池组与第一电池组连通，可以实时测量流经第一限流电阻的电流来判断两个电池组的压差。考虑到随着供电进行，第二电池组的电压不断下降，可以持续获取流经第一限流电阻的电流。若该电流小于安全并联电流阈值则控制第一控制开关闭合，使两电池组并联供电。此情况下，两个电池组之间的电压差已足够小，第一电池组可以完全并入高压系统，因此将第一限流电阻短路，使第一电池组并入高压系统。若该电流大于等于安全并联电流阈值则控制第一正极开关、第一负极开关或第一限流电阻开关断开，保持第二电池组单独供电。
上述控制第二电池组与第一电池组连通以及检测流经第一限流电阻电流的控制过程循环执行，直至该电流小于安全并联电流阈值，两电池组达到并联供电状态为止。
上述控制模块被配置为：在检测到第一电池组的开路电压与第二电池组的开路电压的压差小于安全压差阈值的情况下，则控制第二负极开关、第二控制开关、第二正极开关闭合，以及控制第一负极开关、第一控制开关闭合，在预充结束后控制第一正极开关闭合。
如果两个电池组的开路电压的差值小于安全压差阈值，则第一电池组与第二电池组可以同时或先后接入高压系统，共同向负载供电。
进一步，上述控制系统还包括第二预充电阻及第二预充电阻开关。如图3所示，第二预充电阻R2与第二预充电阻开关K6串联后与第二正极开关K4并联。
控制模块被配置为：在第二电池组连接至上述电容前，控制第二预充电阻开关闭合，第二正极开关断开，以进行预充电；在预充结束后控制第二正极开关闭合。例如，第二电池组先将第二预充电阻接入电路以使基于预充电阻对上述电容进行预充，待预充结束后再将第二预充电阻短路，直接向负载供电。
如图2-3所示，上述控制系统还包括第三控制开关K8，该第三控制开关连接于第二负极开关与负载之间。
图4示出了另一种车载高压电池组组合控制系统的电路示意图，在图2所示电路的基础上，增加了DC-DC转换器，该DC-DC转换器连接于负载与第二控制开关、第二负极开关之间。基于此，本实施例可以根据两个电池组的电压来进行升压或降压，从而来配平两个电池组的电压。
进一步，上述电路中还包括与DC-DC转换器并联的旁路开关K12。
可选地，上述控制系统还包括电压检测元件，用于检测第一电池组、第二电池组的开路电压。
可选地，上述控制系统还包括电流检测元件，用于检测流经第一限流电阻、第二限流电阻的电流。
本发明实施例提供一种新能源车辆，包括上述车载高压电池组组合控制系统。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或 者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
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 (8)
1.一种车载高压电池组组合控制系统，其特征在于，所述系统包括控制模块及多个独立的电池组；
第一电池组的正极通过第一正极开关连接至负载，负极通过第一负极开关连接至所述负载；
第二电池组的正极通过第二正极开关、第二控制开关连接至负载，负极通过第二负极开关连接至所述负载；第二限流电阻与第二限流电阻开关串联后，与所述第二控制开关并联；
电容与所述负载并联；
所述控制模块被配置为：在检测到所述第一电池组的开路电压大于所述第二电池组的开路电压，且压差大于安全压差阈值的情况下，控制所述第一负极开关、所述第一正极开关闭合；以及，控制所述第二正极开关、所述第二负极开关、所述第二限流电阻开关闭合、所述第二控制开关断开后，获取流经所述第二限流电阻的电流，若所述电流小于安全并联电流阈值则控制所述第二控制开关闭合，若所述电流大于等于所述安全并联电流阈值则控制所述第二正极开关、所述第二负极开关或所述第二限流电阻开关断开；
在检测到所述第一电池组的开路电压与所述第二电池组的开路电压的压差小于安全压差阈值的情况下，控制所述第一负极开关、所述第一正极开关闭合；以及控制所述第二负极开关、所述第二控制开关、所述第二正极开关闭合；
还包括第一控制开关及第一限流电阻；
所述第一控制开关连接于所述第一正极开关与所述负载之间；
第一限流电阻与第一限流电阻开关串联后与所述第一控制开关并联；
所述控制模块被配置为：在检测到所述第二电池组的开路电压大于所述第一电池组的开路电压，且压差大于安全压差阈值的情况下，控制所述第二负极开关、所述第二控制开关、所述第二正极开关闭合；以及，控制所述第一正极开关、所述第一负极开关、所述第一限流电阻开关闭合，所述第一控制开关断开后，获取流经所述第一限流电阻的电流，若所述电流小于所述安全并联电流阈值则控制所述第一控制开关闭合，若所述电流大于等于所述安全并联电流阈值则控制所述第一正极开关、所述第一负极开关或所述第一限流电阻开关断开；
在检测到所述第一电池组的开路电压与所述第二电池组的开路电压的压差小于安全压差阈值的情况下，则控制所述第二负极开关、所述第二控制开关、所述第二正极开关闭合，以及控制所述第一负极开关、所述第一控制开关、所述第一正极开关闭合。
2.根据权利要求1所述的车载高压电池组组合控制系统，其特征在于，还包括第一预充电阻、第一预充电阻开关、第二预充电阻及第二预充电阻开关；
所述第一预充电阻与所述第一预充电阻开关串联后与所述第一正极开关并联；所述第二预充电阻与所述第二预充电阻开关串联后与所述第二正极开关并联；
所述控制模块被配置为：在所述第一电池组、所述第二电池组连接至所述电容前，控制所述第一预充电阻开关、第二预充电阻开关闭合，所述第一正极开关、所述第二正极开关断开，以进行预充电；在预充结束后控制所述第一正极开关、所述第二正极开关闭合。
3.根据权利要求1-2任一项所述的车载高压电池组组合控制系统，其特征在于，还包括第三控制开关，所述第三控制开关连接于所述第二负极开关与负载之间。
4.根据权利要求1-2任一项所述的车载高压电池组组合控制系统，其特征在于，还包括DC-DC转换器，所述DC-DC转换器连接于所述负载与所述第二控制开关、所述第二负极开关之间。
5.根据权利要求4所述的车载高压电池组组合控制系统，其特征在于，还包括与所述DC-DC转换器并联的旁路开关。
6.根据权利要求1所述的车载高压电池组组合控制系统，其特征在于，还包括电压检测元件，用于检测所述第一电池组、所述第二电池组的开路电压。
7.根据权利要求1所述的车载高压电池组组合控制系统，其特征在于，还包括电流检测元件，用于检测流经所述第一限流电阻、所述第二限流电阻的电流。
8.一种新能源车辆，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的车载高压电池组组合控制系统。
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2023
- 2023-09-15 CN CN202311194781.8A patent/CN116923195B/zh active Active
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