CN220973933U - 一种混合能源的分配控制系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混合能源的分配控制系统及车辆，包括PCS控制器、增程器、至少一个电池模块，其中增程器经第一接入开关连接至直流母线上，电池模块经依次串联的DCDC模块、第二接入开关连接至直流母线上，在直流母线上引出输出接口用于输出直流供电；所述PCS控制器分别连接第一接入开关、第二接入开关、DCDC模块，用于控制其工作状态。本实用新型的优点在于：电路结构简单、成本低，性能可靠；可以实现电源实时连续供给，很大程度上节省了因电源切换停车造成的时间成本。

Description

一种混合能源的分配控制系统及车辆

技术领域

本实用新型涉及混合动力能源供给管理领域，特别涉及一种适用于混合能源的分配控制系统及车辆。

背景技术

随着新能源技术的发展，汽车电气化、电动化逐渐成熟，为了满足车辆对于续航、功率的要求，常采用多种能源混合供电的方式对电动化的车辆提供电能，从而满足不同的能源供给及切换。如专利申请号为200910037059.7的一种可利用太阳光照中的能量参与向汽车电气设备提供电能的混合能源供电系统。该系统的交流发电机和太阳能电池可共同又可分别发电向汽车用电设备提供电能。该系统在交流发电机的电压调节电路中加入一个选择开关,供驾驶者选择在白天行车时截断电压调节电路,中断励磁电流,从而使交流发电机停止工作,不向汽车用电设备提供电能,而由太阳能电池和蓄电池向汽车用电设备提供电能,从而减少汽车的燃料耗量。晚上行车时则可接通电压调节电路从而交流发电机工作为汽车提供电能；又或者可选择由交流发电机和太阳能发电装置同时向汽车用电设备提供电力。混合能源供电系统既可在汽车白天行驶时向汽车用电设备提供电能,又可在汽车白天不行驶时向汽车电气系统的蓄电池充电,从而实现减少汽车使用时的燃料消耗量。

虽然混合能源在车辆上使用可以满足续航、功率的要求，但是其仍然存在一些缺陷，特别是针对采用增程器的特种车辆，由于其采用了增程器，增程器的输出电源电压与车载其余电池等电源电压不同，车载其余电池随着放电使用电池电压会降低，导致电源压降较大时需要完全断开后再进行能源的切换，而在大功率输出时增程器与电池并联又会造成增程器对电池反向充电，直到动力电池与增程器输出电压一致时才能对外供电，不能实现电源系统供电的连续性和实时性，给客户带来不好的使用体验。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种混合能源的分配控制系统及车辆，通过设计分配控制电路来实现多种电源切换的连续性和实时性。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种混合能源的分配控制系统，包括PCS控制器、增程器、至少一个电池模块，其中增程器经第一接入开关连接至直流母线上，电池模块经依次串联的DCDC模块、第二接入开关连接至直流母线上，在直流母线上引出输出接口用于输出直流供电；所述PCS控制器分别连接第一接入开关、第二接入开关、DCDC模块，用于控制其工作状态。

所述的电池模块为2个，分别为动力电池和车载电池。

所述动力电池的输出端经依次串接的单向DCDC模块、第二一接入开关后接入到直流母线上。

所述的车载电池经依次串联的双向DCDC模块、第二二接入开关连接至直流母线上。

所述的PCS控制器经CAN通讯连接至整车控制器VCU，用于获取整车的功率需求并基于整车功率需求输出控制第一接入开关、第二接入开关、DCDC模块的工作状态。

所述的PCS控制器经过CAN通讯分别连接至增程器控制器、车载电池控制器、动力电池控制器。

所述的第一接入开关、第二接入开关均为电子开关。

所述电子开关包括继电器、接触器。

一种车辆，所述车辆包括所述的一种混合能源的分配控制系统。

本实用新型的优点在于：电路结构简单、成本低，性能可靠；可以实现电源实时连续供给，很大程度上节省了因电源切换停车造成的时间成本；整车能源的集中管控一定程度上提升了能源使用的经济性；采用母线集中放电的方式，可以满足不同功率的需求，在不同功率下控制多个电源接入母线对外放电；每个电源设置有对应的接入开关，安全可靠；通过DCDC实现均压连接至母线，避免了现有技术压差过大需要断电切换电源的缺陷，各电源、各功率的需求切换更加实时性。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本实用新型的分配控制系统的电路原理图。

上述图中的标记均为：1、增程器控制器(ECU1)；2、车载电池控制器(BMS1)；3、动力电池控制器(BMS2)；4、双向DCDC模块控制回路；5、单向DCDC模块控制回路；6、PCS控制器(ECU2)；7、直流母线。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

混合动力作为车辆的有效动力来源，一般包括增程器和电池，本实施例以增程器、动力电池、车载电池作为混合动力为例进行说明。现有技术中特种车辆增程器与动力电池、车载电池切换供电时，因为增程器供电电源输出恒压DC 720V，车载电池和动力电池簇放电电压为DC 540V-DC 817V,电源压降较大时需整车电源系统完全断开后再进行能源的切换。在大功率输出不小于400KW，电池簇的电压低于DC 720V时，此时车辆进行多簇电池并联，增程器会对电池簇反向充电，直至动力电池与增程器输出电压一致时才能对外供电。造成了现有特种车辆因多簇电池电源输入压降不等问题，进而造成整车的能源供电系统切换时，需整车断电操作，不能实现电源系统供电的连续性和实时性，给客户带来不好的使用体验。而增程器会对电池的反向充电，电池电压达到均衡DC 720V时才能对外放电，则造成不能满足整车大功率输出的实时性，且一定程度上降低了增程器燃油系统的经济性。

针对现有技术的上述问题，本申请重新设计混合电源的分配电路，通过通信设计一种PCS单元来控制各个供电单元均压隔离输出，实现整车供电系统不间断电源供给，通过直流母线、DCDC模块的应用和设计，实现了本实施例中的混合能源的分配控制系统的电路结构不同于现有技术，在电源输出以及切换时不会有现有技术的相关缺陷，且经过DCDC转换后统一DC720V后到直流母线进行输出并切换，切换具有实时性可以满足不同的功率的要求。其具体电路结构如下：

如图1所示，一种混合能源的分配控制系统，包括PCS控制器、增程器、至少一个电池模块，增程器和至少一个电池模块组成了本实施例的混合能源。

其中增程器经第一接入开关连接至直流母线上，电池模块经依次串联的DCDC模块、第二接入开关连接至直流母线上，在直流母线上引出输出接口用于输出直流供电，直流供电至车辆上的相关直流用电器中，从而实现了为其供电。

电池模块为2个，分别为动力电池和车载电池，如图1所示，动力电池的输出端经依次串接的单向DCDC模块、第二一接入开关后接入到直流母线上。车载电池经依次串联的双向DCDC模块、第二二接入开关连接至直流母线上。

PCS控制器分别连接第一接入开关、第二接入开关、DCDC模块，用于控制其工作状态。PCS控制器经CAN通讯连接至整车控制器VCU，用于获取整车的功率需求并基于整车功率需求输出控制第一接入开关、第二接入开关、DCDC模块的工作状态。PCS控制器经过CAN通讯分别连接至增程器控制器、车载电池控制器、动力电池控制器。

其中第一接入开关、第二接入开关均为继电器，如图1所示，第一接入开关为继电器S1、S2；第二一接入开关为继电器S3、S4；第二二接入开关为继电器S5、S6；每个接入开关采用两个继电器是因为本申请属于直流电，具有正负两个连接回路，通过两个继电器分别控制直流的正极和负极的回路的通断。即增程器的输出正负极分别经过S1、S2接入到直流母线；车载电池的正负极经过S3、S4接入母线；动力电池的正负极分别经过S5、S6接入到直流母线。

双向DCDC模块、单向DCDC模块、S1-S6均由PCS控制器ECU2控制，PCS控制器为具有驱动和控制功能的微处理器来实现，包括但不限于各种型号的单片机、具体实现可以根据实际需要的IO资源RAM资源选取。PCS控制器的输出端分别连接至继电器S1-S6以及双向DCDC模块和单向DCDC模块用于控制S1-S6的通断以及双向、单向DCDC模块的工作状态。同时PCS控制器通过CAN总线连接至整车控制器VCU，用于获取整车的功率需求，根据功率需要PCS控制器可以控制增程器、车载电池、动力电池接入到直流母线进行供电，通过控制S1-S6来控制接入以及通过单双向DCDC模块来控制车载电池、动力电池的电压转换后接入直流母线。同时需要增程器、车载电池、动力电池工作时，需要控制其启动工作，因此本申请中PCS控制器通过CAN总线分别连接至动力电池的BMS(BMS2)、车载电池的BMS(BMS1)以及增程器的控制单元(ECU1)，通过电池自己的BMS系统控制其电池的输出、通过增程器的控制单元控制增程器的工作。具体为：电池的电池管理系统可以控制对应的电池的主正主负接触器来控制电池的输出，即主正主负接触器K3、K4控制车载电池的输出，主正主负接触器k5、K6控制动力电池的输出，增程器的接触器K1、K2控制增程器的输出。PCS控制器仅需与各模块通信然后基于各混合动力对应的控制单元即可控制各混合电源的输出控制。

其工作原理包括：由于车载电池、动力电池均通过一个DCDC接入直流母线，将电压上升到一致的DC 720V后统一对外放电供电，因此各电源之间不存在压降，在根据功率进行切换时不需要断电，直接切换，实时性更好且由于设置了双向和单向DCDC模块实现了按需要对车载电池充电，其余时刻增程器均无法对电池进行充电，避免了反向充电造成的能源消耗以及供电延迟等问题，下面将结合使用场景介绍使用过程中的原理：内置两路隔离均压DCDC模块控制回路，以保证所有对外电源输出的电压均衡。与动力电池连接的为单向DCDC模块控制回路；与车载电池连接的为双向DCDC模块控制回路，以便于车载电池对动力的回收、实现升压到DC 720V统一充电，以及避免了对动力电池的反向充电。

当PCS控制器接收到VCU功率需求P≤100KW时，此时需要增程器启动，PCS控制器控制S1、S2继电器闭合，同时PCS控制器(ECU2)发送控制协议到增程器控制器(ECU1)控制K1、K2接触器闭合对外DC 720V输出供电；

当PCS接收到VCU功率需求100KW<P≤250KW时，PCS控制器控制S1、S2、S5、S6继电器闭合，同时PCS控制器(ECU2)发送控制协议到增程器控制器(ECU1)和BMS2控制K1、K2、K5、K6接触器闭合，动力电池电源经过单向DCDC模块控制回路，电压始终控制在DC 720V,从而保证PCS整个单元对外供电为DC 720V；

当PCS接收到VCU功率需求P≥400KW时，PCS控制S1、S2、S3、S4、S5、S6继电器闭合，同时PCS控制器(ECU2)发送控制协议到增程器控制器(ECU1)、BMS1、BMS2控制K1、K2、K3、K4、K5、K6接触器闭合，车载电池和动力电池两簇电池经过DCDC模块控制回路后电压保持DC720V,PCS单元对外DC 720V恒压供电。

PCS控制器(ECU2)实时监控整车功率需求以及放电功率，及BMS1中车载电池电压和SOC，判断车载电池是否有充电需求及整车能源输出功率是否过剩，若车载电池有充电需求且整车能源输出功率过剩，则PCS控制闭合S3、S4继电器，同时发送控制协议到BMS1控制闭合K3、K4接触器，通过双向DCDC模块控制回路对车载电池进行充电。

整个电源供电分配控制系统中在控制电源分配时不需要断开全部电源后再切换，实现了电源实时连续供给，很大程度上节省了因电源切换停车造成的时间成本；整车能源的集中管控一定程度上提升了能源使用的经济型。混动特种车辆PCS单元增程器与多簇电池并联时的通过DCDC模块进行均压处理，实现了动力切换的不间断的特点，同时可以满足多种能源功率需求的快速切换，以及不会产生不需要的反向充电，仅在需要情况下可以为车载电池充电。

本实施例还提供一种特种车辆，该车辆包括上述实施例中的能源分配控制系统。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种混合能源的分配控制系统，其特征在于：包括PCS控制器、增程器、至少一个电池模块，其中增程器经第一接入开关连接至直流母线上，电池模块经依次串联的DCDC模块、第二接入开关连接至直流母线上，在直流母线上引出输出接口用于输出直流供电；所述PCS控制器分别连接第一接入开关、第二接入开关、DCDC模块，用于控制其工作状态。

2.如权利要求1所述的一种混合能源的分配控制系统，其特征在于：所述的电池模块为2个，分别为动力电池和车载电池。

3.如权利要求2所述的一种混合能源的分配控制系统，其特征在于：所述动力电池的输出端经依次串接的单向DCDC模块、第二一接入开关后接入到直流母线上。

4.如权利要求2所述的一种混合能源的分配控制系统，其特征在于：所述的车载电池经依次串联的双向DCDC模块、第二二接入开关连接至直流母线上。

5.如权利要求1-4任一所述的一种混合能源的分配控制系统，其特征在于：所述的PCS控制器经CAN通讯连接至整车控制器VCU，用于获取整车的功率需求并基于整车功率需求输出控制第一接入开关、第二接入开关、DCDC模块的工作状态。

6.如权利要求5所述的一种混合能源的分配控制系统，其特征在于：所述的PCS控制器经过CAN通讯分别连接至增程器控制器、车载电池控制器、动力电池控制器。

7.如权利要求1-4任一所述的一种混合能源的分配控制系统，其特征在于：所述的第一接入开关、第二接入开关均为电子开关。

8.如权利要求7所述的一种混合能源的分配控制系统，其特征在于：所述电子开关包括继电器、接触器。

9.一种车辆，其特征在于：所述车辆包括如权利要求1-8任一所述的一种混合能源的分配控制系统。