CN104369655A - 多个电池串联的微混合动力*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多个电池串联的微混合动力***，属于微混合（MicroHybrid）动力***技术领域。该微混合动力***至少地包括车辆的起停***中的电机以及用于驱动所述电机和/或回收存储所述电机发电的电量的电池模块；电池模块包括N个依次串联连接的电池，每个电池并具有适应于车载电子负载***的相同的额定电压值，其中，N为大于或等于2的整数，并且设置N使电池模块的额定电压值低于人体最大安全电压值。该微混合动力***成本低、结构简单、安全性和可靠性好，并且可以大大提高使用该微混动力***的车辆的燃油经济性。

Description

多个电池串联的微混合动力***

技术领域

本发明属于微混合（Micro Hybrid）动力***技术领域，涉及一种电池模块采用多个电池串联形成的微混合动力***。

背景技术

随着各大汽车厂商对新能源汽车的越来越重视，其中混合动力汽车以性价比高的优势在新能源汽车中突出重围，并且也越来越被市场接受。

混动动力汽车中，按照燃油的经济性和电池能量对驱动的贡献，可以分为未微混合、轻混合（Mild Hybrid）、全混合（Full Hybrid）等类型，其中，微混合也称为“停-起混合（Stop-Start）”，是通过在一定工况下关闭发动机或减少对发动机的依赖以实现节能减排的方案，由于其微混合动力***在传统内燃机动力***的基础上改动较小、实现简单、相对传统内燃机汽车成本增加小，微混合动力汽车在当前阶段的汽车市场中非常具有优势。

同时，在汽车中，不可避免的存在各种各样的车载电子电器，从而形成了车载电子负载***，车载电子负载***通常使用直流电源，因此使用单一电池（例如蓄电池）进行供电，而用于给车载电子负载***的电池的额定电压值通常是标准化的，例如为12V。

现有的微混合动力***技术中，通常与车载电子负载***共同使用该12V电池。在起停***的电机处于发电模式时（回收能量），其所发的电至少部分地被回收存储至车载电子负载***的12V电池中；在发动机启动时，可以通过12V电池放电以驱动电机，电机的输出功率可以为发动机提供额外的驱动力。当然，车载电子负载***的12V电池可以不断地为车载电子电器输出直流电压。

这种集成使用车载电子负载***的单一的12V电池的微混合动力***虽然***结构简单，但是，越来越被发现其燃油经济性改善不多。

在其他的微混合动力***技术，可以专门为微混合动力***配置相应的更高额定电压的电池以改善燃油经济性，例如，48V和115V的电池。但是，这种高压方案在安全性方面难以保证，需要设置相应的安全控制***，并且高压电池需要相应的热管理维护，这大大推高了微混合动力汽车的结构复杂性和成本，可靠性、安全性得到保证；同时，诸如48V电池是难以与车载电子负载***相兼容的，还必须为车载电子负载***设置专用的12V电池。

有鉴于此，有必要提出一种新型的微混合动力***。

发明内容

本发明的目的之一在于，提高微混合动力***的燃油经济性。

本发明的又一目的在于，提高微混合动力汽车的安全性和可靠性。

本发明的还一目的在于，简化微混合动力***的结构并降低其成本。

本发明的再一目的在于，解决微混合动力汽车的电池模块与车载电子负载***的电源相兼容的问题。

为实现以上目的或者其他目的，本发明提供以下技术方案。

根据本发明的一方面，提供一种微混合动力***，其至少地包括车辆的起停***中的电机以及用于驱动所述电机和/或回收存储所述电机发电的电量的电池模块； 

所述电池模块包括N个依次串联连接的电池，每个电池并具有适应于车载电子负载***的相同的额定电压值，其中，N为大于或等于2的整数，并且设置N使电池模块的额定电压值低于人体最大安全电压值。

按照本发明一实施例的微混合动力***，其中，还包括电池集成控制模块，所述电池集成控制模块包括：

电机驱动模块，其至少用于进行DC/AC转换；

电源切换模块，其至少用于在驱动所述电机时进行DC/DC转换并在回收存储所述电机发电的电量时对N个电池进行充电管理。

在之前所述实施例的微混合动力***中，在进行充电管理时，根据每个电池的荷电状态（SOC）进行充电，其中荷电状态较低的电池被优先充电。

在之前所述实施例的微混合动力***中，所述电源切换模块在进行DC/DC转换时，每个电池输出电压被相加并输出至所述电机驱动模块。

优选地，每个所述电池的容量一致。

可选地，每个所述电池的电池类型一致。

可选地，至少两个所述电池的之间的电池类型不相同。

进一步地，其中任意一个所述电池用于为车载电子负载***供电。

按照本发明又一实施例的微混合动力***，其中，所述额定电压值为12V，N=2。

按照本发明还一实施例的微混合动力***，其中，所述额定电压值为12V，N=3。

根据本发明的又一方面，提供一种车辆，其使用之前所述及的任一种混合动力***。

本发明的微混合动力***至少具有以下优点：（1）电池模块结构简单，同时任一电池可以为车载电子负载***所用，与车载电子***的电池的兼容好，有利于降低成本；（2）相应的电源集成控制模块实现简单，成本低；（3）可以有效地提升电机的输出功率，大大提高发动机的燃油经济性，减少排放，并且，起动更容易，驾驶体验更好；（4）电池模块发热小、不存在对乘客的安全隐患，可靠性、安全性好。

附图说明

从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其他目的及优点更加完整清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。

图1是按照本发明一实施例的微混合动力***的结构示意图。

图2是图1实施例的微混合动力***在整车中应用示意图。

具体实施方式

下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解，并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其他实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

在本文中，当描述某一电池为XX伏电池时，是指该电池的额定电压为XX伏，并且，XX伏电池的输出电压并不一定为XX伏，其可能随温度、SOC（荷电状态）等因素而波动。以12V电池为例，其额定电压为12V，但是其实际输出电压可能在9V至16V的范围内波动。

将理解的是，在本文中的应用于微混合动力***的电池是具有蓄电功能的电池。

图1所示为按照本发明一实施例的微混合动力***的结构示意图。如图1所示，在该实施例中，微混合动力***10可以包括电池模块11、电源集成控制模块12以及电机13。

电池模块11示例性地由两个12伏电池组成，即电池111和112，其中，电池111和112依次串联连接，因此，电池模块11模块的额定电压值将可被提升至24V。电池111和112的额定电压为相同的12V，其完全符合车载电子负载***的供电标准，因此，其中的任意一个可以为车载电子***供电，示例地，电池111被选择为车载电子***的12V负载供电。由于该电池模块11同时存在12V电源和24V电源，电池模块11的其中一个电池可以为车载电子***所共用，良好地实现了微混合动力***10的电池模块与车载电子***的电池的兼容，继而可以很好地沿用传统内燃机汽车的相关零部件，因此，这种兼容可以大大降低使用该微混合动力***10的汽车的成本。

电池111和112的容量优选地相一致，例如均为60Ah或45Ah，但是，它们的电池容量的具体大小并限于本发明的实施例。

电池111和112的类型可以相一致，例如，它们均是铅酸电池或均为AGM（玻璃纤维隔板）电池；当然，电池111和112的类型也可以不相同，例如，电池111为AGM电池，电池112为铅酸电池。但是，它们的具体电池类型并限于本发明的实施例。

继续如图1所示，电源集成控制模块12包括电机驱动模块121和电源切换模块122，电池模块11可以输出电压至电源切换模块122，电源切换模块122直流输出端电源切换模块122耦接，电源切换模块122可以通过诸如三相交流线束与电机13连接。电机13为起停***中所使用的电机，其具备发电功能，从可以通过诸如制动来回收能量，电机13可选地为三相交流电机。

在工作于放电模式（即驱动模式下）时，每个电池的输出电压在电源切换模块122中被相加，从而输出额定电压为24V左右的直流电源，这样在电源切换模块122中实现了DC/DC（直流/直流）转换，并输出24V直流电至电机驱动模块121；电机驱动模块121进行直流（DC）至交流（AC）的转换，从而输出三相交流电至电机13。电机驱动模块121因此具体可以包括具有DC/AC功能的逆变器，并且可以根据***的需要，控制电机的输出功率。

在工作于充电模式时，电机13所输出的电能被输入至电机驱动模块121，完成交流（AC）至直流（DC）的转换，并输出至电源切换模块122；电源切换模块122可以对由两个12V电池组成的电池模块进行充电管理，从而完成能量的优化与分配，这样，不但可以延迟电池的使用寿命，而且可以提升电池的在放电时的效果。具体地，可以根据每个电池的SOC进行充电，其中SOC较低的电池被优先充电，例如，电池111被选择为车载电子负载***供电，那么电池111的SOC容易下降更快，因此，可以优选为电池111充电，在电池111和电池112的SOC基本相同时，同时为二者充电。

电源集成控制模块12同时还可以与汽车的其他部分耦接，例如，与整车其他模块92、发动机控制单元（ECM）91耦接。

电机13可以与发动机的启动和停止相关联，具体地，电机13可以安装在发动机的轮系上（图中未示出），通过皮带传动，电机与曲轴可以相互驱动或共同做功。在驱动模式下电机13可以经皮带带动发动机曲轴转动，从而为发动机提供额外的动力、带动发动机启动；在发电模式下，发动机曲轴可经皮带带动电机13转动，实现发电功能。

因此，图1所示实施例的可以提供24V的直流输出，从而相比于传统的12V直流输出，电机13的输出功率可以得到明显提升，微混合动力***在起动时，电机可以将发动机转速带动到更高转速（例如600rmp）后燃烧，不但可使汽车具有起停功能、大大减少发动机在起动阶段的燃油消耗，而且可以显著提升起动时的NVH（噪声振动声音粗糙度）性能和速度，降低由于起动过程开环的燃油点火控制所导致的HC/CO，更容易符合目前欧5标准所要求的非常难控制的非甲烷HC在三元催化新鲜和老化排放要求。

进一步由于电机输出功率的提升，还可以后续地带来以下技术效果：（1）电机起动得到提升速度，有利于改善起停过程的冲击，实现平顺的电机辅助平顺功能；（2）在一定范围内，电机可为发动机提供额外的扭矩，可提升车辆的起步加速特性；（3）由于电机具有低速大扭矩的特性，在加速过程中，电机对动力的补偿，可改进NOx在加速过程中的排放问题；（4）由于电机更有效地介入起动过程，可以解决频繁小油门下的三元催化的温度模型不准确的问题；（5）通过电机BOOST功能实现稳态油耗降低，从而可以开发新的爆震控制策略；（6）电机可在车辆制动时反拖发电，起到制动能量回收的功能，并且发动机可主动拖动电机发电（尤其当发动机工作在最佳比油耗区域），因此，仅以提高汽车的燃油经济性；（7）由于电机的快速响应特性，通过更宽泛的发动机EGR（Exhaust Gas Recirculation，排气再循环）标定实现瞬态加速油耗的降低；（8）由于电机可以拖动发动机达到600rpm的特性，可以通过减速全过程断油功能实现更宽泛的断油来降低油耗；（9）由于电机正向扭矩补偿并快速响应，从而可以改善变速箱换挡冲击和响应迟钝问题。

尤其需要理解的是，由于电池模块11的24V输出远低于通常所认定的60V的人体最大安全电压值，因此，不需要设置相应的安全控制***以保证汽车乘客的安全性；同时，24V的电池模块11是由两个独立的12V电池形成，在工作时，每个电池产生的热量不会增加，因此也不需要对电池设置相应的热管理***。因此，本发明实施例的微混合动力***10的结构可以相对简单设置，可靠性、安全性容易得到保证。

进一步，通过多个电池的串联输出在提升输出功率的同时，其相应的电源集成控制模块12相比于传统的12V电池模块的微混合动力***方案，主要增加的部件在于电源切换模块122，而电源切换模块122可以通过DC-DC转换器以及MOS晶体管来实现，成本不高，因此，并不会明显增加电源集成控制模块12的复杂性和成本。

尽管以上实施例中电池模块12是以两个串联的12V电池形成，根据以上实施例的教导和启示，本领域技术人员将理解的是，电池模块也可以设置为3个或4个串联的12V电池形成，只要串联形成的电池模块12的额定电压值低于人体最大安全电压值（例如60V）即可，优选地，12V电池的数量为2个或3个。当然，如果与车载电子负载***相适用的电池的额定电压值发生变化，例如，由12V变成14V，那么相应地，电池模块12中所包括的每个电池的额定电压也随之变化设置。

图2所示为图1实施例的微混合动力***在整车中应用示意图。如图2所示，混合动力汽车使用如图1所示的微混合动力***10，其从传统的内燃机汽车中可以进行简单的改进即可实现，与现有的内燃机汽车的一致相容性好，因此不会明显增加该混合动力汽车的成本。

在以上描述中，电池模块中的每个电池具有独立的输出端（例如 正极和负极），当然，每个电池所包括的电池单元（cell）的个数不是限制性的。

以上例子主要说明了本发明的微混合动力***以及使用其的混合动力汽车。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (11)

1.一种微混合动力***，其至少地包括车辆的起停***中的电机以及用于驱动所述电机和/或回收存储所述电机发电的电量的电池模块；其特征在于，

所述电池模块包括N个依次串联连接的电池，每个电池并具有适应于车载电子负载***的相同的额定电压值，其中，N为大于或等于2的整数，并且设置N使电池模块的额定电压值低于人体最大安全电压值。

2.如权利要求1所述的微混合动力***，其特征在于，还包括电池集成控制模块，所述电池集成控制模块包括：

电机驱动模块，其至少用于进行DC/AC转换；

电源切换模块，其至少用于在驱动所述电机时进行DC/DC转换并在回收存储所述电机发电的电量时对N个电池进行充电管理。

3.如权利要求2所述的微混合动力***，其特征在于，在进行充电管理时，根据每个电池的荷电状态（SOC）进行充电，其中荷电状态较低的电池被优先充电。

4.如权利要求2所述的微混合动力***，其特征在于，所述电源切换模块在进行DC/DC转换时，每个电池输出电压被相加并输出至所述电机驱动模块。

5.如权利要求1所述的微混合动力***，其特征在于，每个所述电池的容量一致。

6.如权利要求1所述的微混合动力***，其特征在于，每个所述电池的电池类型一致。

7.如权利要求1所述的微混合动力***，其特征在于，至少两个所述电池的之间的电池类型不相同。

8.如权利要求1所述的微混合动力***，其特征在于，其中任意一个所述电池用于为车载电子负载***供电。

9.如权利要求1至8中任一项所述的微混合动力***，其特征在于，所述额定电压值为12V，N=2。

10.如权利要求1至8中任一项所述的微混合动力***，其特征在于，所述额定电压值为12V，N=3。

11.一种车辆，使用之前任一项所述权利要求的混合动力***。