CN105946585B - 一种车辆电源管理***及电动车辆 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种车辆电源管理***及安装该***的电动车辆。所述车辆电源管理***与车辆控制***连接，包括储能单元、与储能单元连接的电流控制级以及与储能单元和电流控制级连接的控制器。所述控制器包括电池管理***以及与车辆控制***连接的通信接口。所述车辆电源管理***还包括与电流控制级并联的转换开关，所述转换开关与控制器连接。本申请车辆电源管理***保证了电池在瞬时高电流输出的情况下正常运行，实现过电流保护。

Description

一种车辆电源管理***及电动车辆
技术领域
本申请涉及电动车辆领域，具体涉及电动车辆的车辆电源管理***及安装该***的电动车辆。
背景技术
现有技术中，在电动车辆领域，逐渐使用锂离子电池来取代传统的铅酸电池，以制作储能***（或称“蓄电池”）。通常地，车辆电源管理***的额定工作电压有6V、12V、24V等。相对于铅酸电池，锂离子电池对物理环境和电力负荷状态的情况更加敏感。例如，在低温环境下，锂离子电池的功率输入和输出能力会受限于其增高的内部电阻。而这种情况下，过高的电流则会导致临界电压超出或低于正常值，进而产生损伤电池甚至损坏电池的后果。
这种超出额定电压或低于额定电压的极限电压可以产生极限电流。通常这种情况可以维持几秒钟，例如：为启动内燃机提供动力时。具体地，如果车辆在低压电力***中工作电压为12V，车辆发动机可以输出电压的上限达到15V，而高功率的应用可能会降低输出电压到9V或更低。当超出这个电压范围时，必须保证电池功能正常而且受到电源保护。
因此，当以上基于锂离子技术的启动器或者辅助蓄电池被应用到传统车辆（例如：汽车、卡车、公共汽车以及摩托车等）中时，会发生超出其额定电压范围的现象。例如，基于LiFePO4技术的电池，其工作电压通常在3.7V-2V之间，但瞬时电压最小达到1.6V。基于LiMnOx技术的电池，其工作电压通常在4.2V-2.5V之间，但瞬时电压最小达到2V。
如果将电池直接连接到车辆的12V电压的板网上，电池的输入输出电流与电池内部电阻、充电状态（SOC：State Of Charge）、板网（Board Net）电压水平成一定函数关系。假如电池和车辆板网之间没有电流控制装置，就会有伴随着电压小幅波动的巨大电流流出电池，流入车辆12V电压的板网内。
因此，现有技术中一般都需要设置电流控制装置。通常这种电流控制装置是一种功率-脉冲调制设备。如果在上面举例的大电流情况下，该等功率-脉冲调制设备就需要被设计成经得起像启动发动机所需的高电流脉冲，而这样做的成本是非常昂贵的。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种具有电源保护功能的车辆电源管理***以及安装该***的电动车辆。
本申请通过如下技术方案之一来实现发明目的：一种车辆电源管理***，与车辆控制***连接，包括储能单元、与储能单元连接的电流控制级以及与储能单元和电流控制级连接的控制器。所述储能单元包括若干锂离子电池。所述控制器包括电池管理***以及与车辆控制***连接的通信接口；所述车辆电源管理***还包括与电流控制级并联的转换开关，所述转换开关与控制器连接。
进一步地，所述电流控制级为半导体电流控制级。
进一步地，所述转换开关为机电开关。
进一步地，所述控制器被配置为用以检测储能单元的状态，所述状态至少包括电池充电状态、温度以及电压中的一种或多种。
更进一步地，所述控制器被配置为用以检测电流。
更进一步地，根据检测到的储能单元的状态数值，所述控制器控制电流控制级工作，以使得充电过程中输入的电流以及放电过程中输出的电流保持在安全范围以内。
进一步地，所述电流控制级具有充放电双向工作模式。
更进一步地，所述车辆控制***向控制器发送回馈制动状态信息时，所述电流控制级被控制为充电工作模式，电池就可被充电到最高值；车辆板网电压降到低水平状态，所述电流控制级被控制为放电工作模式，储能单元放电。
进一步地，所述储能单元、电流控制级、控制器、转换开关被组装到电池的壳体内。
本申请通过如下技术方案之二来实现发明目的：一种电动车辆，包括车辆控制***以及如上所述的车辆电源管理***。
与现有技术相比，本申请车辆电源管理***保证了电池在瞬时高电流输出的情况下正常运行，实现过电流保护。更近一步地，本申请车辆电源管理***还能实现过量充电保护、过量放电保护以及解决热限制问题。
附图说明
图1是本发明车辆电源管理***的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施方式进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施方式中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施方式的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
如图1所示，本申请车辆电源管理***，与车辆控制***5连接，包括储能单元1、电流控制级2以及与储能单元1和电流控制级2连接的控制器3。所述储能单元1包括若干锂离子电池（未图示）。所述电流控制级2为半导体电流控制级，用以管理功率、发热、充电状态和电压等，以防止过大电流输出或输入电池等情况发生。所述控制器3包括电池管理***（BMS：Battery Management System）以及与车辆控制***5连接的通信接口。
所述控制器3检测储能单元4的状态，包括充电状态、单元温度、单元电压等。进一步，所述控制器3还检测电流的数值。根据以上数值可以分别计算电池允许输入或输出功率以及电压。这些值用以驱动电流控制级2工作，从而使得充电过程中输入的电流以及放电过程中输出的电流保持在安全范围以内，保护了电池和整个***。
为了遵守成本效率原则，所述半导体电流控制级2中电流和功率的生产量受限于车辆正常操作时的电流或功率的合理下限值。
为了保证电池在瞬时高电流输出的情况下正常运行，实现过电流保护，本申请车辆电源管理***还包括与电流控制级2并联的转换开关4。
该转换开关4和一般启动装置的高电流转换开关一样，可以被组装到发动机继电器或其他设备中。在一实施方式中，所述转换开关为机电开关。
如果车辆控制***5需要储能单元1输出高电流（例如发动机启动）时，控制器3启动该转换开关4，允许高电流流出电池。由于控制器3能使储能单元1保持满电状态，同时控制并行的电流控制级2和转换开关4，这不仅使得电池可以输出或输入高电流而且可以实现对储能单元1的保护。控制器3能够在任何时候单独或同时操作电流控制级2和转换开关4。
进一步讲，所述电流控制级2具有充放电双向工作模式，因此电流控制级2可以单独有效的控制储能单元1的充电状态。更进一步地，本申请提出一种低压状态下回馈制动（或称再生制动，Regenerative Braking）的方案，即在低水平充电状态下，假如车辆控制***5向控制器3发送回馈制动状态的信息指令时，所述电流控制级2被控制为充电工作模式，电池就可被充电到最高值。相应地，也可以进行反向操作，假如车辆的12V板网电压降到低水平状态，所述电流控制级2被控制为放电工作模式，这样就可以控制电池储能单元1放电。
在一实施方式中，所述储能单元1、电流控制级2、控制器3、转换开关4等组件可被组装到电池的壳体内。
本申请的主题及核心就是提出一种与锂离子电池有关的基于低压的车辆电源管理***，可以完成对于***自身的过电流保护、过量充电保护、过量放电保护以及解决热限制问题，此外还提出了一种非常符合成本效益原则的方法为电机启动提供高电流。
在上面的描述中，阐述了本发明的技术方案的细节，然而，本领域技术人员能够了解，本发明不限于上述实施例所列出的具体细节，而是可以在权利要求所限定的范围内变化。
以上所述仅为本申请的较佳实施方式而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种车辆电源管理***，与车辆控制***连接，其特征在于：包括储能单元、与储能单元连接的电流控制级以及与储能单元和电流控制级连接的控制器；所述储能单元包括若干锂离子电池；所述控制器包括电池管理***以及与车辆控制***连接的通信接口；所述车辆电源管理***还包括与电流控制级并联的转换开关，所述转换开关与控制器连接。
2.如权利要求1所述的车辆电源管理***，其特征在于：所述电流控制级为半导体电流控制级。
3.如权利要求1所述的车辆电源管理***，其特征在于：所述转换开关为机电开关。
4.如权利要求1所述的车辆电源管理***，其特征在于：所述控制器被配置为用以检测储能单元的状态，所述状态至少包括电池充电状态、温度以及电压中的一种或多种。
5.如权利要求4所述的车辆电源管理***，其特征在于：所述控制器被配置为用以检测电流。
6.如权利要求4或5所述的车辆电源管理***，其特征在于：根据检测到的储能单元的状态数值，所述控制器控制电流控制级工作，以使得充电过程中输入的电流以及放电过程中输出的电流保持在安全范围以内。
7.如权利要求1所述的车辆电源管理***，其特征在于：所述电流控制级具有充放电双向工作模式。
8.如权利要求7所述的车辆电源管理***，其特征在于：所述车辆控制***向控制器发送回馈制动状态信息时，所述电流控制级被控制为充电工作模式，电池就可被充电到最高值；车辆板网电压降到低水平状态，所述电流控制级被控制为放电工作模式，储能单元放电。
9.如权利要求1所述的车辆电源管理***，其特征在于：所述储能单元、电流控制级、控制器、转换开关被组装到电池的壳体内。
10.一种电动车辆，其特征在于：包括车辆控制***以及如权利要求1至9任何一项中所述的车辆电源管理***。
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