CN202685978U - 电动汽车能源管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种电动汽车能源管理系统，包括并联的第一、第二储能模块；电源监控模块，电源监控模块分别与第一、第二储能模块相连，对第一、第二储能模块的储能状态进行监控；分配模块，分配模块分别与第一、第二储能模块和电源监控模块相连，通过电源监控模块获取车辆的当前运行状态和道路状态，并根据第一、第二储能模块的储能状态设置第一、第二储能模块的输出功率比例；第一可控开关，第一可控开关分别与第一储能模块和分配模块相连；第二可控开关，第二可控开关分别与第二储能模块的一端和分配模块相连。该系统根据电机的不同工作状态决定两组电源输出功率的比例，既可保证电机运行性能，又能延长电池组的使用寿命。

Description

电动汽车能源管理系统

技术领域

本实用新型涉及电动汽车技术领域，具体而言，涉及一种电动汽车能源管理系统。

背景技术

随着人们对能源危机、环保意识的观念不断改变以及人们对汽车的舒适性、安全性要求的提高，电动汽车取得了一定的发展。但是，动力电池目前仍是其发展的瓶颈，蓄电池由于功率密度偏低，不能满足车辆的频繁地起步、加速和制动工况的要求，而且由于加速时浪费了过多的能量，致使车辆的行驶里程也不能满足要求，采用复合电源能够解决这些问题。

电动车续航里程不仅与电池的容量有关，同时还与电动车的行驶状态有关，较大的脉冲电流不仅对电池的使用寿命有很大影响，还会影响电池电量的使用效率，从而影响续航能力。因此，电源控制在电动汽车中非常重要，它很大程度上影响电动汽车的性能。由于电源控制的特点，要求控制系统的快速响应能力、准确性以及可预测性非常高，若要运行较为复杂的控制算法，对于一般的MCU（Micro Control Unit，微控制单元）、DSP（Digital Signal Processing，数字信号处理）等可编程器件的使用较为困难或成本过高。

可编程逻辑器件适合于完成各种算法和组合逻辑，且其准确性与可预测性较强。可编程逻辑器件的连续式布线结构决定了它的时序延迟是均匀的和可预测的，适合于触发器有限而乘积项丰富的结构。此外，可编程逻辑器件的速度快，时间的可预测性的特点，能完全满足在电源控制系统中对时间与准确性上的要求。

而现有的方式是采用动力电池和超级电容的并联，通过DSP控制器控制DC-DC变换器的输出来控制超级电容功率，其缺点是不能主动控制功率流，其次，采用DSP控制器的系统，它的时序延迟不可预测，难以实现高精度控制。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在至少解决上述的技术问题之一。

为此，本实用新型的目的在于提出一种电动汽车能源管理系统，采用两组电源供电，根据电机的不同工作状态决定两组电源输出功率的比例，可最大限度发挥两组电源电池组和储能电容各自的优势，既可保证电机运行性能，又能延长电池组的使用寿命。

为达到上述目的，本实用新型提出的一种电动汽车能源管理系统，包括：第一储能模块；第二储能模块，所述第二储能模块与所述第一储能模块并联；电源监控模块，所述电源监控模块分别与所述第一储能模块和所述第二储能模块相连，对所述第一储能模块的储能状态和所述第二储能模块的储能状态进行监控；分配模块，所述分配模块分别与所述第一储能模块、所述第二储能模块和所述电源监控模块相连，通过所述电源监控模块获取车辆的当前运行状态和道路状态，并根据所述第一储能模块和第二储能模块的储能状态设置所述第一储能模块和所述第二储能模块的输出功率比例；第一可控开关，所述第一可控开关分别与所述第一储能模块和所述分配模块相连；以及第二可控开关，所述第二可控开关分别与所述第二储能模块的一端和所述分配模块相连；其中，所述分配模块通过对所述第一可控开关和所述第二可控开关的控制，并根据所述第一储能模块和所述第二储能模块的输出功率比例输出对应的电能。

根据本实用新型的电动汽车能源管理系统，采用复合电源供电，结合使用高可靠性的分配模块控制，充分利用储能电容能在短时间内提供/吸收大的功率，效率高、循环寿命长等优点，在同容量电池下，既提升电动汽车的运行性能，又能提高电池组的使用效率。

其中，所述第一可控开关和所述第二可控开关为绝缘栅双极型晶体管IGBT或金属-氧化层-半导体-场效晶体管MOSFET。所述第一储能模块为蓄电池组，所述第二储能模块包括储能电容和直流-直流DC-DC双向变换器，其中，所述DC-DC双向变换器与所述分配模块相连。

并且，当所述电动汽车处于减速或制动状态下，且所述储能电容的容量低于预设值，所述分配模块控制所述DC-DC双向变换器向所述储能电容充电。当所述电动汽车处于静止或低速状态下，且所述储能电容的容量低于预设值，所述分配模块控制所述第一储能模块为所述储能电容充电。

此外，当所述电源监控模块检测到与外部充电器连接时，所述分配模块控制先对所述储能电容充电，并在所述储能电容充满电后，再对所述第一储能模块充电。

进一步地，所述电动汽车能源管理系统还包括第三可控开关，所述第三可控开关分别与所述第二储能模块的另一端、所述分配模块和所述外部充电器相连，在所述分配模块的控制下先对所述储能电容充电。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本实用新型实施例的电动汽车能源管理系统的方框示意图；和

图2为根据本实用新型另一个实施例的电动汽车能源管理系统的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本实用新型的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本实用新型的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本实用新型的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本实用新型的实施例的范围不受此限制。相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

下面参照图1和图2描述根据本实用新型实施例提出的电动汽车能源管理系统。

如图1所示，该电动汽车能源管理系统包括第一储能模块101、第二储能模块102、电源监控模块103、分配模块104、第一可控开关105和第二可控开关106。

其中，第二储能模块102与第一储能模块101并联连接。具体而言，在本实用新型的一个实施例中，如图2所示，第一储能模块101为蓄电池组201，包括多个动力电池。第二储能模块102包括储能电容202和直流-直流DC-DC双向变换器203，其中，DC-DC双向变换器203与分配模块104相连。在本实用新型的一个示例中，储能电容202可以为超级电容。

如图1所示，电源监控模块103分别与第一储能模块101和第二储能模块102相连，对第一储能模块101的储能状态和第二储能模块102的储能状态进行监控。也就是说，电源监控模块103对蓄电池组201和超级电容进行实时监控，包括监测蓄电池组201和超级电容的电压、电流、温度信号，同时，还要获取当前车辆的运行状态和道路状态，如速度、坡度、牵引信号和制动信号等，用以判断系统需要的功率状态，及时调整输出功率满足电动汽车的需求。

如图1所示，分配模块104分别与第一储能模块101、第二储能模块102和电源监控模块103相连，通过电源监控模块103获取车辆的当前运行状态和道路状态，并根据第一储能模块101和第二储能模块102的储能状态设置第一储能模块101和第二储能模块102的输出功率比例。

并且，第一可控开关105分别与第一储能模块101和分配模块104相连，第二可控开关106分别与第二储能模块102的一端和分配模块104相连。其中，分配模块104通过对第一可控开关105和第二可控开关106的控制，并根据第一储能模块101和第二储能模块102的输出功率比例输出对应的电能。

进一步地，在本实用新型的一个实施例中，第一可控开关105和第二可控开关106可以为IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）或MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化层-半导体-场效晶体管）。

具体地说，在本实用新型的一个实施例中，如图2所示，分配模块104为可编程逻辑控制模块204。此外，根据本实用新型实施例的电动汽车能源管理系统还包括第三可控开关205，其中第三可控开关205分别与第二储能模块102的另一端、可编程逻辑控制模块204和外部充电器相连，在可编程逻辑控制模块204的控制下先对储能电容202充电。

如图2所示，该电动汽车能源管理系统200包括蓄电池组201、第一可控开关105、第二可控开关106、第三可控开关205、电源监控模块103、可编程逻辑控制模块204、储能电容202和DC-DC双向变换器203。其中，蓄电池组201和储能电容202均是由多个单体经过串联或并联构成，蓄电池组201和储能电容202的内部带有相应的管理系统，储能装置是采用并联连接方式，即储能电容202和DC-DC双向变换器203串联连接，再整体与蓄电池组201并联，以实现蓄电池组201和储能电容202可以分别给电动汽车的电机驱动单元供电。

该系统中由第一可控开关105、第二可控开关106和可编程逻辑控制模块204构成功率分配电路，第一可控开关105控制蓄电池组201的功率输出，第二可控开关106控制储能电容的功率输出以及电动汽车制动时能量的回馈。可编程逻辑控制模块204可产生稳健的PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）信号来控制各个可控开关的通断，可编程逻辑控制模块204作为系统的控制模块，具有响应快速性、高准确性、可预测的优点。

并且，DC-DC双向变换器203和第二可控开关106一起控制储能电容202的充放电，且都是由可编程逻辑控制模块204控制，DC-DC双向变换器203可以稳定储能电容202的输出，且可以升压，也可以降压。当DC-DC双向变换器203处于升压状态，储能电容202放电；当DC-DC双向变换器203处于降压状态，储能电容充电。

根据本实用新型实施例的电动汽车能源管理系统，通过控制第一可控开关105和第二可控开关106可以实现蓄电池组201与储能电容202两者独立供电，也可以同时供电，这种方式的切换比较方便。

具体而言，在本实用新型的一个实施例中，该电动汽车能源管理系统分为放电与充电两种工作模式。

在放电工作模式时，电动汽车处于正常的运行状态，主要分为三种状态：启动、加速与恒速运行。

1.启动状态下：由于电动汽车由静止转换到运行，电源的输出功率在逐渐增加，且增加率较大，不适合由蓄电池组201进行供电，此时可编程逻辑控制模块204将关闭蓄电池组的功率输出，功率将全部由储能电容202提供。在电动汽车启动后并具有一定速度时，可编程逻辑控制模块将开启并逐渐增加蓄电池组的输出功率，同时相应地减少储能电容的功率输出，从而达到保护蓄电池组的目的。

2.加速状态下：在电动汽车处于一定运行速度下，由于加速而引起的增加的功率部分，将全部由储能电容202提供，蓄电池组201保持恒功率输出，当电动汽车到达加速目标速度后，此时可编程逻辑控制模块204将在逐渐减小储能电容输出功率的同时，在蓄电池组性能范围内逐渐增加电池的输出功率，以维持电动汽车在目标速度下运行。

3.恒速状态下：由于此状态下电动汽车的消耗功率恒定，功率将全部由蓄电池组201提供，可最大限度发挥电池的使用效率，从而提高电动汽车的续航里程。

在本实用新型的一个实施例中，在充电工作模式时，当电动汽车处于减速或制动状态下，且储能电容的容量低于预设值，分配模块控制DC-DC双向变换器为储能电容充电。也就是说，此时电机处于发电状态，可编程逻辑控制模块控制第二可控开关和DC-DC双向变换器给储能电容充电，储能电容吸收瞬时峰值功率，回收制动能量，避免了瞬间大电流对蓄电池组的影响，有效地延长电池的使用寿命，从而降低了系统的成本。

在本实用新型的另一个实施例中，在充电工作模式时，当电动汽车处于静止或者低速的状态下，且储能电容的容量低于预设值，分配模块控制第一储能模块为储能电容充电。也就是说，此时蓄电池组还未达到额定最大输出功率，通过可编程逻辑控制模块控制相应的可控开关，对储能电容进行充电，将蓄电池组的部分电量转移至储能电容，以维持后续需要。这种充电方式，是作为辅助补充的，储能电容还是以回收制动能量为主。

在本实用新型的一个实施例中，当电源监控模块103检测到与外部充电器连接时，分配模块104（即图2中可编程逻辑控制模块204）控制先对储能电容202充电，并在储能电容202充满电后，再对第一储能模块101充电。

根据本实用新型的电动汽车能源管理系统，蓄电池组与储能电容对电动汽车的电机供电由可编程逻辑控制模块分开控制，以达到智能充放电目的。放电时，可编程逻辑控制模块根据电机的不同运行状态与蓄电池状态，智能优化两种电源的输出功率比例。例如，在电动汽车启动、加速等状态下，由储能电容提供瞬时大功率输出，不足部分由蓄电池组进行补给；在恒速运行状态下，输出功率主要由蓄电池组提供。充电时，电源监控模块根据对蓄电池组的电量检测结果，决定优先充电。因此，电动汽车在不同的运行状态下，由可编程逻辑控制模块控制不同的电源提供相应比例的驱动功率，并根据电机运行状态进行实时调整，非常适合在城市道路上运行，例如电动汽车频繁启动。此外，在保证运行性能前提下，提高了反应速度，并提高电动汽车的启动、加速性能与续航里程，同时还能最大限度地延长电池的使用寿命。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (7)

1.一种电动汽车能源管理系统，其特征在于，包括：

第一储能模块；

第二储能模块，所述第二储能模块与所述第一储能模块并联；

电源监控模块，所述电源监控模块分别与所述第一储能模块和所述第二储能模块相连，对所述第一储能模块的储能状态和所述第二储能模块的储能状态进行监控；

分配模块，所述分配模块分别与所述第一储能模块、所述第二储能模块和所述电源监控模块相连，通过所述电源监控模块获取车辆的当前运行状态和道路状态，并根据所述第一储能模块和第二储能模块的储能状态设置所述第一储能模块和所述第二储能模块的输出功率比例；

第一可控开关，所述第一可控开关分别与所述第一储能模块和所述分配模块相连；

以及

第二可控开关，所述第二可控开关分别与所述第二储能模块的一端和所述分配模块相连；

其中，所述分配模块通过对所述第一可控开关和所述第二可控开关的控制，并根据所述第一储能模块和所述第二储能模块的输出功率比例输出对应的电能。

2.如权利要求1所述的电动汽车能源管理系统，其特征在于，所述第一可控开关和所述第二可控开关为绝缘栅双极型晶体管IGBT或金属-氧化层-半导体-场效晶体管MOSFET。

3.如权利要求1所述的电动汽车能源管理系统，其特征在于，所述第一储能模块为蓄电池组，所述第二储能模块包括储能电容和直流-直流DC-DC双向变换器，其中，所述DC-DC双向变换器与所述分配模块相连。

4.如权利要求3所述的电动汽车能源管理系统，其特征在于，当所述电动汽车处于减速或制动状态下，且所述储能电容的容量低于预设值，所述分配模块控制所述DC-DC双向变换器向所述储能电容充电。

5.如权利要求1所述的电动汽车能源管理系统，其特征在于，当所述电动汽车处于静止或低速状态下，且所述储能电容的容量低于预设值，所述分配模块控制所述第一储能模块为所述储能电容充电。

6.如权利要求1所述的电动汽车能源管理系统，其特征在于，当所述电源监控模块检测到与外部充电器连接时，所述分配模块控制先对所述储能电容充电，并在所述储能电容充满电后，再对所述第一储能模块充电。

7.如权利要求6所述的电动汽车能源管理系统，其特征在于，还包括：

第三可控开关，所述第三可控开关分别与所述第二储能模块的另一端、所述分配模块和所述外部充电器相连，在所述分配模块的控制下先对所述储能电容充电。