CN205417223U - 一种应用于汽车上的电池电量管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种应用于汽车上的电池电量管理系统，管理系统包括：电池；耗能装置，与电池相连，用以消耗电池的能量；整车控制器，分别与电池以及耗能装置相连，用以检测电池的电量，并根据电量控制耗能装置的运行或停止；其中，整车控制器包括：电量监测单元相连，用以实时监测电池的电量；判定单元，与电量监测单元相连，用以判定电量监测单元监测到的电量是否处于最优电量的范围内；耗能控制单元，分别与判定单元以及耗能装置相连，用以根据判定单元的判定结果开启或关闭耗能装置。本实用新型提供的电池电量管理系统不但没有增加硬件成本，而且节省人力，目标精度较高，同时增加调节电池电量的自由度。

Description

一种应用于汽车上的电池电量管理系统

技术领域

本实用新型涉及汽车制造领域，尤其涉及一种应用于汽车上的电池电量管理系统。

背景技术

在现有技术中，锂电池被广泛运用于纯电动车/混合动力车上，然而这种电池由于独特的材料特性很难维护。在一般的电动车上，电池平衡只有在SOC(电池电量)达到很高(>90％)时才会启动。但是如果车辆需要放一段时间不开的话，太高和太低的SOC会伤害电池的寿命，所以长期不用车前SOC以在50％最为合适。

目前市场上的纯电动车/混合动力车有两种SOC控制方式：

1、通过车上外接专用设备或是把电池拆下后在专用设备台架上进行可控的充放电；

2、使用非可控方式，专人职守，通过通用充电枪充电，技术人员观察仪表盘上的SOC显示，到达目标值后停止充电。放电过程为在实际路面上行驶，消耗电能，到目标SOC值后停车。

但是，专用的电池充放电设备非常昂贵，少则几十万元，多则数百万元。且由于电池电压属于高压，操作时有一定风险，还需要配备具有高压电操作资质的技术人员。市场上现有的4S店和修理厂很难满足上述要求，这也对纯电动车/混合动力车的推广造成了很大的阻碍。

如果采用专人职守，及费工又费时，最后成果的误差也会较大。以一个续驶里程为100km的纯电动车为例，驾驶员需要开接近50km的路程才能把满电状态的电池包消耗到50％左右的SOC，同时他还得时刻注意仪表上SOC的显示，并不断预测和安排车辆的回程。充电时需要的时间更长，假设使用的是5kW的充电器，要将一个20kWh的电池包从接近0％SOC充到50％SOC，需要2个小时，最后半小时需要有人盯住仪表，此工作非常乏味，如果技术人员注意力不够集中还有可能超过目标的50％SOC。

因此，提供一种应用于汽车上的智能的电池电量管理系统，对电池电量进行智能管理，以保证电池电量处于最优状态，成为目前亟待解决的问题。

实用新型内容

鉴于上述问题，本申请记载了一种应用于汽车上的电池电量管理系统，所述管理系统包括：

电池；

耗能装置，与所述电池相连，用以消耗所述电池的能量；

整车控制器，分别与所述电池以及所述耗能装置相连，用以检测所述电池的电量，并根据所述电量控制所述耗能装置的运行或停止；

其中，所述整车控制器包括：

电量监测单元相连，用以实时监测所述电池的电量；

判定单元，与所述电量监测单元相连，用以判定所述电量监测单元监测到的所述电量是否处于最优电量的范围内；

耗能控制单元，分别与所述判定单元以及所述耗能装置相连，用以根据所述判定单元的判定结果开启或关闭所述耗能装置。

较佳的，所述耗能装置包括动力加热器以及电动压缩机。

较佳的，所述耗能控制单元包括：

开关子单元，分别与所述判定单元、所述动力加热器以及所述电动压缩机相连，用以根据所述判定单元的判定结果开启或关闭所述动力加热器以及所述电动压缩机；

功率控制子单元，与所述开关子单元相连，用以向所述动力加热器以及所述电动压缩机发送功率指令以控制所述动力加热器以及所述电动压缩机的运行功率；

其中，于所述判定单元判定监测到的电量高于所述最优电量时开启所述动力加热器以及所述动力压缩机直至所述电池的电量降低至所述最优电量范围内，且所述功率控制子单元向所述动力加热器以及所述电动压缩机发送所述功率指令。

较佳的，所述整车控制器还包括充电控制单元，所述充电控制单元分别与充电机以及所述判定单元相连，用以根据所述判定单元的判定结果开启或关闭所述充电机；

其中，于所述判定单元判定监测到的电量低于所述最优电量时开启所述充电机直至所述电池的电量提高至所述最优电量范围内。

较佳的，所述耗能控制单元包括：

混合动力控制器，与所述判定单元相连，用以根据所述判定单元的判定结果发送低压负载命令或扭矩命令；

车声控制器，分别与所述耗能装置以及所述混合动力控制器相连，用以根据所述低压负载命令控制启动所述耗能装置；

其中，于所述判定单元判定监测到的电量高于所述最优电量时，所述混合动力控制器向所述车声控制器发送所述低压负载命令，所述车声控制启动所述耗能装置。

较佳的，所述耗能装置包括座椅加热器和/或大灯和/或后除霜部件。

较佳的，所述耗能控制单元还包括：

逆变器，分别与所述混合动力控制器以及所述电池相连，用以根据所述扭矩命令产生电流，以向所述电池充电；

其中，于所述判定单元判定监测到的电量低于所述最优电量时，所述混合动力控制器向所述逆变器发送所述扭矩命令，逆变器产生电流以向所述电池充电。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：(1)节省人力：现有的措施需要人员值守，时间长达数小时，而是用该管理系统只需要将车停在通风良好的场地后，人员就可以离开让系统自动执行操作。一组人员甚至可以让几十台车同时进行平衡；(2)几乎没有增加硬件成本：该管理系统所运用的零件都是车上现有的，没有增加任何有形的成本，虽然软件的适配还是需要一些设计投入的，但是在车辆数量很大的情况下，这些设计投入折算到每辆车上就可以忽略不计了；(3)目标精度较高：由于是软件闭环控制，目标电池电量的精确度比较高。这在车辆故障诊断方面非常重要，有些故障只有在很窄的电池电量窗口才会触发；(4)增加调节电池电量的自由度：由于应用了本发明，电池电量可以非常方便的被管理，它为今后在车辆使用和售后维护方面打开了新的窗口，根据不同的目的，电池电量可以自由的被调节。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本实用新型的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本实用新型范围的限制。

图1为本实用新型实施例一提出的一种应用于汽车上的电池电量管理系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例二提出的一种应用于纯电动车上的电池电量管理系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例三提出的一种应用于混合动力车上的电池电量管理系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型一种应用于汽车上的电池电量管理系统进行详细说明。

实施例一

如图1所示，一种应用于汽车上的电池电量管理系统，包括：

电池；

耗能装置，与所述电池相连，用以消耗所述电池的能量；

整车控制器，分别与电池以及所述耗能装置相连，用以监测电池电量，并根据所述电量控制耗能装置的运行或停止。

具体来说，在实际应用中，对于纯电动车或混合动力车来说，若需要放一段时间不使用，太高或太低的电池电量都会损伤电池的寿命，所以需要将电池电量保持在最优电量范围内有利于提高电池的寿命。在本实施例中，提出了利用整车控制器来实时监测电池的电量，然后根据电池的电量控制开启或者关闭耗能装置，以实现将电池电量保持在最优电量范围。其中，当电池电量高于最优电量时，整车控制器控制开启耗能装置，耗能装置的运行消耗电池的电量。在这个过程中，整车控制器还实时的对电池电量进行监控，当发现电池电量到达最优电量范围内时，控制关闭耗能装置。所以，通过利用整车控制器，完成对电池电量的实时监控，以使得电池电量处于最优电量范围内，从而提高了电池的寿命。

优选的，所述整车控制器包括：

电量监测单元，与所述电池相连，用以实时监测所述电池的电量；

判定单元，与所述电量监测单元相连，用以判定所述电池电量是否处于最优电量范围内；

耗能控制单元，分别与所述判定单元以及所述耗能装置相连，用以开启或关闭所述耗能装置。

具体来说，当用户长期不使用车辆时，就需要将车辆中的电池电量设置在最优电量范围内，此时先开启电量监测单元来对电池电量进行监测，实时获取电池电量数据，并将该数据传递至判定单元中。当经判定单元判定发现电池电量大于最优电量时，则耗能控制单元启动耗能装置。之后，电量监测单元实时的获取电池电量数据，并由判定单元进行实时判定，一旦发现电池电量处于最优电量范围内时，耗能控制单元关闭耗能装置。

本实施例提供的电池电量管理系统，具有以下几个优点：

1、节省人力：

现有的措施需要人员值守，时间长达数小时，而是用该管理系统只需要将车停在通风良好的场地后，人员就可以离开让系统自动执行操作。一组人员甚至可以让几十台车同时进行平衡；

2、几乎没有增加硬件成本：

该管理系统所运用的零件都是车上现有的，没有增加任何有形的成本。虽然软件的适配还是需要一些设计投入的，但是在车辆数量很大的情况下，这些设计投入折算到每辆车上就可以忽略不计了；

3、目标精度较高：

由于是软件闭环控制，目标电池电量的精确度比较高。这在车辆故障诊断方面非常重要，有些故障只有在很窄的电池电量窗口才会触发；

4、增加调节电池电量的自由度：

由于应用了本发明，电池电量可以非常方便的被管理，它为今后在车辆使用和售后维护方面打开了新的窗口，根据不同的目的，电池电量可以自由的被调节。

实施例二

根据上述实施例提出的一种应用于汽车上的电池电量管理系统，本实施例对该电池电量管理系统进行进一步说明。

在实际应用中，由于汽车包括纯电动车和混合动力车两种，下面针对这两种情况对电池电量管理系统进行进一步说明。

图2中给出了应用于纯电动车的电池电量管理系统，如图2所示，在纯电动车上，有两个大功率的用电部件——电动加热器(E-heater)和电动压缩机(E-compressor)，即在纯电动车上，所述耗能装置包括电动加热器和电动压缩机。电动加热器和电动压缩机的总功率能达到10kW左右，如电池的总电量为20kWh，这两个零部件同时运行可以在1小时内消耗掉50％的电池电量。由于电动加热器是用于加热，电动压缩机是用于制冷，如果能保持二者的能量一致，可以确保空调的出风口的温度和环境温度一致，从而保证乘员舱内不会出现温度过高或过低的后果，保证内饰的内部零件不会失效。最终产生的热量都会通过散热器排出，10kW的热量还是比较可观的，所以要保持场地的通风，尽量安排在室外。所以在本实施例中，所述耗能控制单元包括：

开关子单元，分别与所述判定单元、电动加热器以及电动压缩机相连，用以控制所述电动加热器和所述电动压缩机的开启和关闭；

功率控制子单元，与所述开关子单元相连，用以向电动压缩机和电加热器发送功率指令；其中，所述功率指令对应的功率需要通过整车级测试标定以保证热量被中和，也就是说乘员舱内的温度不会明显变化。

除此之外，所述整车控制器还包括充电控制单元，所述充电控制单元分别与充电机以及判定单元相连，当所述判定单元发现所述电量监测单元获取的电池电量低于最优电量时，控制开启充电机，此时充电机向电池进行充电。之后，电量监测单元实时的获取电池电量数据，并由判定单元进行实时判定，一旦发现电池电量处于最优电量范围内时，充电控制单元关闭充电机。

针对纯电动车，当判定单元发现所述电量监测单元获取的电池电量高于最优电量时，开关子单元通过局域网络控制开启电动加热器和电动压缩机，同时，功率控制子单元通过局域网络向电动加热器和电动压缩机发送功率指令，该功率指令对应的功率需要通过整车级测试标定以保证热量被中和，即就是说乘员舱内的温度不会明显变化；当判定单元发现所述电量监测单元获取的电池电量低于最优电量时，充电控制单元控制开启充电机，以向电池充电；当判定单元发现所述电量监测单元获取的电池电量位于最优电量范围内时，不做处理。

下面对纯电动车中电池管理系统对充电和放电的管理过程进行进一步说明：

放电过程：当判定单元判定电量监测单元监测到的电池电量高于最优电量时，开关子单元开启电动加热器和电动压缩机。同时，功率控制子单元向电动加热器和电动压缩机发送功率指令，电动加热器和电动压缩机根据该功率指令所对应的功率运行，从而保证舱内的温度不会明显变化。一旦判定单元发现电量监测单元监测到的电池电量低于最优电量，则开关子单元通过局域网控制控制关闭电动加热器和电动压缩机。

充电过程：当判定单元判定电量监测单元监测到的电池电量低于最优电量时，充电控制单元通过局域网控制开启充电机，以利用充电机向电池进行充电，直至电池电量达到最优电量时，充电控制单元再通过局域网控制关闭充电机。

实施例三

根据上述实施例提出的一种应用于汽车上的电池电量管理系统，本实施例对混合动力车上的电池电量管理系统进行进一步说明。

图3中给出了应用于混合动力车的电池电量管理系统，如图3所示，针对纯电动车，所述耗能控制单元包括：

混合动力控制器，与所述判定单元相连，用以根据所述判定单元的判定结果向车身控制器发送低压负载命令或扭矩命令；

车身控制器，分别与所述耗能装置以及所述混合动力控制器相连，用以根据所述低压负载命令控制启动耗能装置；

逆变器，分别与所述混合动力控制器以及所述电池相连，用以根据所述扭矩命令产生电流，以向电池充电。

具体来说，针对混合动力车，当判定单元发现所述电量监测单元获取的电池电量高于最优电量时，混合动力控制器通过局域网络向车身控制器发出低压负载命令，车身控制器控制开启耗能装置，直至电池电量达到最优电量时，关闭耗能装置；当判定单元发现所述电量监测单元获取的电池电量低于最优电量时，混合动力控制器通过局域网络向逆变器发送扭矩命令，以向电池充电，直至电池电量达到最优电量时，关闭逆变器；当判定单元发现所述电量监测单元获取的电池电量位于最优电量范围内时，不做处理。

由于混合动力车上的结构相对要更加复杂，因为在高压端没有合适的能量消耗部件(混合动力车的空调系统都是机械式并从发动机上取能量)，所以只能利用12V端功率较大的部件，如：座椅加热器，大灯和后除霜部件等来消耗能量了，即在混合动力车上，所述耗能装置包括座椅加热器、大灯以及后除霜部件等。尽管这些部件的功率会较低，大致只有2kW，但是混合动力车的电池包相对于纯电动要小很多。一般混合动力车的电池包容量大致为5kWh，并且电池电量使用范围也较窄：20％～60％。如果要把电池的电量从60％降到40％，能量消耗目标就是1kWh，所以消耗周期只需0.5小时。

下面对混合动力车的电池电量管理系统对充电和放电的管理过程进行进一步说明：

放电过程，当判定单元判定电量监测单元监测到的电池电量高于最优电量时，混合动力控制器通过局域网络向车身控制器发出低压负载命令，车身控制器控制开启座椅加热器、大灯以及后除霜部件等耗能装置。一旦电池电量达到最优电量时，混合动力控制器向车身控制器发出信号，车身控制器控制关闭座椅加热器、大灯以及后除霜部件等耗能装置。

充电过程：自动充电只有在BSG/ISG(轻度混合动力技术/汽车起动发电一体机)应用上才能实现，这两种模式在电机与车轮间没有硬连接，所以在充电之前发送机要启动并保持运行。当判定单元判定电量监测单元监测到的电池电量低于最优电量时，混合动力控制器通过局域网络向逆变器发送扭矩命令，从而产生电流以向电池充电。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本实用新型的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本实用新型的意图和范围内。

Claims (7)

1.一种应用于汽车上的电池电量管理系统，其特征在于，所述管理系统包括：

电池；

耗能装置，与所述电池相连，用以消耗所述电池的能量；

整车控制器，分别与所述电池以及所述耗能装置相连，用以检测所述电池的电量，并根据所述电量控制所述耗能装置的运行或停止；

其中，所述整车控制器包括：

电量监测单元相连，用以实时监测所述电池的电量；

判定单元，与所述电量监测单元相连，用以判定所述电量监测单元监测到的所述电量是否处于最优电量的范围内；

耗能控制单元，分别与所述判定单元以及所述耗能装置相连，用以根据所述判定单元的判定结果开启或关闭所述耗能装置。

2.根据权利要求1所述的应用于汽车上的电池电量管理系统，其特征在于，所述耗能装置包括动力加热器以及电动压缩机。

3.根据权利要求2所述的应用于汽车上的电池电量管理系统，其特征在于，所述耗能控制单元包括：

开关子单元，分别与所述判定单元、所述动力加热器以及所述电动压缩机相连，用以根据所述判定单元的判定结果开启或关闭所述动力加热器以及所述电动压缩机；

功率控制子单元，与所述开关子单元相连，用以向所述动力加热器以及所述电动压缩机发送功率指令以控制所述动力加热器以及所述电动压缩机的运行功率；

其中，于所述判定单元判定监测到的电量高于所述最优电量时开启所述动力加热器以及所述动力压缩机直至所述电池的电量降低至所述最优电量范围内，且所述功率控制子单元向所述动力加热器以及所述电动压缩机发送所述功率指令。

4.根据权利要求2所述的应用于汽车上的电池电量管理系统，其特征在于，所述整车控制器还包括充电控制单元，所述充电控制单元分别与充电机以及所述判定单元相连，用以根据所述判定单元的判定结果开启或关闭所述充电机；

其中，于所述判定单元判定监测到的电量低于所述最优电量时开启所述充电机直至所述电池的电量提高至所述最优电量范围内。

5.根据权利要求1所述的应用于汽车上的电池电量管理系统，其特征在于，所述耗能控制单元包括：

混合动力控制器，与所述判定单元相连，用以根据所述判定单元的判定结果发送低压负载命令或扭矩命令；

车声控制器，分别与所述耗能装置以及所述混合动力控制器相连，用以根据所述低压负载命令控制启动所述耗能装置；

其中，于所述判定单元判定监测到的电量高于所述最优电量时，所述混合动力控制器向所述车声控制器发送所述低压负载命令，所述车声控制启动所述耗能装置。

6.根据权利要求5所述的应用于汽车上的电池电量管理系统，其特征在于，所述耗能装置包括座椅加热器和/或大灯和/或后除霜部件。

7.根据权利要求5所述的应用于汽车上的电池电量管理系统，其特征在于，所述耗能控制单元还包括：

逆变器，分别与所述混合动力控制器以及所述电池相连，用以根据所述扭矩命令产生电流，以向所述电池充电；

其中，于所述判定单元判定监测到的电量低于所述最优电量时，所述混合动力控制器向所述逆变器发送所述扭矩命令，逆变器产生电流以向所述电池充电。