CN106740155B - 增程器、能量管理***及能量管理方法 - Google Patents

增程器、能量管理***及能量管理方法 Download PDF

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Abstract

一种能量管理***包括：第一能量存储装置；耦合于所述第一能量存储装置的第一直流‑直流变换器；第二能量存储装置；耦合于所述第二能量存储装置的第二直流‑直流变换器；跨接于所述第一、第二直流‑直流变换器的输出端的第一电容；耦合在所述第一能量存储装置和所述第一电容之间的充电组件；耦合于所述第一、第二直流‑直流变换器且包括第二电容的电气负载驱动单元；及増程控制器，其被设置成当所述第一、第二电容两端的电压达到预设值，且在所述第一、第二能量存储装置耦合至所述电气负载驱动单元时，向所述电气负载驱动单元发送使能信号，以使所述电气负载驱动单元工作。本发明的具体实施例进一步涉及增程器及能量管理方法。

Description

增程器、能量管理***及能量管理方法
技术领域
本发明涉及主要用于车辆驱动等电力***的增程器、能量管理***及能量管理方法。
背景技术
增程器(Range-Extender)是为了增加电动车行驶里程而加装在电动车上的一个附加储能部件。现有技术中，一般通过两个独立的开关来分别控制增程器与电机驱动单元的预充电，先对增程器中的稳压电容进行充电，再对电机驱动单元中的稳压电容进行充电，因而，一般会在增程器与电机驱动单元之间设置接触器。当电机驱动单元的稳压电容充电时，该接触器处于断开状态，以保证在该稳压电容充电完成之前电机驱动单元不接受来自增程器的能量输入。直到电机驱动单元的稳压电容充电完成后，该接触器才闭合，使电机工作。然而，这样的电路结构较为复杂，且能实现此功能的接触器价格昂贵，重量、体积都较大，这样，不仅增加了整车重量，也增加了制造成本。另外，驾驶员须通过两个独立的开关分别控制增程器和电机驱动单元，也增加了用户的操作难度，不利于行车安全。
因此，有必要提供一种新的增程器、以及使用该增程器的能量管理***和能量管理方法，以解决如上所述的至少一个问题。
发明内容
本发明的一个方面在于提供一种用于耦合在第一能量存储装置和电气负载之间的能量管理***。所述能量管理***包括增程器和电气负载驱动单元。所述增程器包括第一直流-直流变换器、第二能量存储装置、第二直流-直流变换器和第一电容。所述第一直流-直流变换器具有用于可选择地与所述第一能量存储装置耦合的输入端，及输出端。所述第二直流-直流变换器可选择地耦合在所述第二能量存储装置和所述第一直流-直流变换器的输出端之间。所述第一电容，其跨接于所述第一直流-直流变换器的输出端。所述电气负载驱动单元具有与所述第一直流-直流变换器的输出端耦合的输入端及与所述电气负载耦合的输出端，所述电气负载驱动单元包括第二电容跨接于其输入端。所述增程器进一步包括充电组件和増程控制器。所述充电组件可选择地耦合在所述第一能量存储装置和所述第一电容之间，所述第一能量存储装置可经由所述充电组件给所述第一电容和所述第二电容充电。所述増程控制器被设置成当所述第一、第二电容两端的电压达到预设值，且在所述第一、第二能量存储装置分别通过所述第一、第二直流变换器耦合至所述电气负载驱动单元时，向所述电气负载驱动单元发送使能信号，以使所述电气负载驱动单元工作。
本发明的另一个方面在于提供一种增程器。所述增程器包括第一直流-直流变换器、第二能量存储装置、第二直流-直流变换器、第一电容、充电组件和増程控制器。所述第一直流-直流变换器具有用于可选择地与第一能量存储装置耦合的输入端，及用于与电气负载驱动单元耦合的输出端。所述第二直流-直流变换器可选择地耦合在所述第二能量存储装置和所述第一直流-直流变换器的输出端之间。所述第一电容，其跨接于所述第一直流-直流变换器的输出端。所述充电组件可选择地耦合在所述第一能量存储装置和所述第一电容之间，所述第一能量存储装置可经由所述充电组件给所述第一电容充电。所述増程控制器被设置成当所述第一电容两端的电压达到预设值，且在所述第一、第二能量存储装置分别通过所述第一、第二直流变换器耦合至所述电气负载驱动单元时，向所述电气负载驱动单元发送使能信号，以使所述电气负载驱动单元工作。
本发明的另一个方面在于提供一种能量管理方法。所述能量管理方法包括操作能量管理***。所述能量管理***包括第一能量存储装置；第一直流-直流变换器，其具有可选择地耦合于所述第一能量存储装置的输入端；第二能量存储装置；第二直流-直流变换器，其具有可选择地耦合于所述第二能量存储装置的输入端；跨接于所述第一、第二直流-直流变换器的输出端的第一电容；可选择地耦合在所述第一能量存储装置和所述第一电容之间的充电组件；及电气负载驱动单元，其具有与所述第一、第二直流-直流变换器的输出端耦合的输入端，所述电气负载驱动单元包括跨接于其输入端的第二电容。所述操作的步骤包括：用所述第一能量存储装置经由所述充电组件同时给所述第一、第二电容充电；当所述第一、第二电容两端的电压达到预设值时，将所述第一、第二能量存储装置分别通过所述第一、第二直流-直流变换器耦合至所述电气负载驱动单元；及在所述第一、第二能量存储装置被耦合至所述电气负载驱动单元之后，向所述电气负载驱动单元发送使能信号，以使所述电气负载驱动单元工作。
附图说明
当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：
图1是根据本发明的一具体实施方式的能量管理***的电路图；及
图2是根据本发明的一具体实施方式的能量管理方法的流程图。
具体实施方式
为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本发明所要求保护的主题，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。在以下对这些具体实施方式的详细描述中，本说明书对一些公知的功能或构造不做详细描述以避免不必要的细节而影响到本发明的披露。
除非另作定义，本权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中所使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
本发明的实施例一方面涉及一种可以应用于电动车辆的能量管理***，及该***所包括的增程器，该***可与电动车辆上已有的能量存储装置相配合，以起到优化电路结构、简化操作的作用。
图1为根据本发明的一个实施方式的能量管理***60的电路图。参见图1，所述能量管理***60用于对来自第一能量存储装置20的能量进行控制、转换并输出给电气负载40。所述第一能量存储装置20可能包括高能量电池(铅酸电池等)、超级电容、发电机、燃料电池、光伏逆变电源或它们的组合等。所述电气负载40可包括直流电机、单向电机、三相电机或它们的组合。在一些实施例中，所述电气负载40包括三相电机。
所述能量管理***60包括增程器10和电气负载驱动单元30。增程器10中可包括至少一个辅助的能量存储装置，用来与第一能量存储装置20相配合为电气负载40供电。增程器包括能量输入端101及能量输出端103。能量输入端101与第一能量存储装置20耦合，用于接收从第一能量存储装置20输入的能量。能量输出端103与电气负载驱动单元30耦合，用于向电气负载驱动单元30输出能量。增程器被设置成在满足一定条件时向电气负载驱动单元30发送使能信号(Enable signal)。电气负载驱动单元30用于在接收到所述使能信号之后，将从增程器10输入的能量传输给电气负载40，以使电气负载40工作。
在图所示的具体实施例中，增程器10包括第二能量存储装置12、第一直流-直流变换器11、第二直流-直流变换器13、第一电容C1、充电组件14及増程控制器15。电气负载驱动单元30包括电气负载控制器31、电压转换电路32及第二电容C2。
第一直流-直流变换器11可选择地耦合在第一能量存储装置20和电气负载驱动单元30之间，具体地，其输入端101可选择地与第一能量存储装置20耦合，其输出端103与电气负载驱动单元30的输入端301耦合。这样，第一能量存储装置20可经由第一直流-直流变换器11耦合至电气负载驱动单元30，所述第一直流-直流变换器的输出端103可被用作上述增程器10的能量输出端。
第二直流-直流变换器13可选择地耦合在第二能量存储装置12和第一直流-直流变换器的输出端103之间，第二直流-直流变换器13同时也可选择地耦合在第二能量存储装置12和电气负载驱动单元30之间，这样，第二能量存储***12可经由第二直流-直流变换器13耦合至电气负载驱动单元30。
在一些实施例中，能量管理***60进一步包括第二开关装置K2及第三开关装置K3。第二开关装置K2位于所述第一能量存储装置20和所述第一直流-直流变换器11之间。第三开关装置K3位于所述第二能量存储装置12和所述第二直流-直流变换器13之间。可通过闭合第二开关装置K2和第三开关装置K3，将第一、第二能量存储装置20、12分别经由所述第一、第二直流变换器11、13耦合至所述电气负载驱动单元30。
第一电容C1跨接于第一直流-直流变换器的输出端103，同时也跨接于第二直流-直流变换器13的输出端，用于稳定第一直流-直流变换器11和第二直流-直流变换器13的输出电压。在第一直流-直流变换器11和第二直流-直流变换器13的输出端有电压输出之前，第一电容C1中需要存储有一定的电能，即：第一电容C1两端的电压达到一个预设值。也就是说，在第一电容C1两端的电压达到该预设值之后，第一、第二能量存储装置20、12才可分别经由第一、第二直流变换器11、13被耦合至所述电气负载驱动单元30。
第二电容C2跨接于电气负载驱动单元30的输入端301，同时也与第一电容C1并联，用于稳定电气负载驱动单元30的输入电压。在电气负载驱动单元30的输入端301有电压输入之前，第二电容C2中需要存储有一定的电能，即：第二电容C2两端的电压达到一个预设值。
充电组件14可选择地耦合在第一能量存储装置20和第一电容C1之间，同时也可选择地耦合在第一能量存储装置20和第二电容C2之间。所述第一能量存储装置20可经由充电组件14同时给第一电容C1和第二电容C2充电。本技术方案中，第二电容C2在输出端103有电压输出之前与第一电容C1一起被充电，待第二电容充电完成之后，电气负载驱动单元30的输入端301才会有电压输入，这样就保证了第二电容能够正常实现稳压的功能，不会造成安全问题。因而，可以不需要接触器，而直接将电气负载驱动单元与增程器耦合，这样，不仅能够节省空间、降低整车重量，而且也降低了成本。
在一些实施例中，充电组件14包括二极管D及限流电阻R。二极管D的正极与第一能量存储装置20可选择地耦合，二极管D的负极与第一电容C1耦合及第二电容C2耦合，其用于限制充电电流的方向，使充电电流只能由第一能量存储装置20流向第一、第二电容C1、C2。限流电阻R与二极管D串联，用于限制充电电流的大小，防止第一、第二电容C1、C2损坏。
在一些实施例中，能量管理***60进一步包括第一开关装置K1，其位于第一能量存储装置20和充电组件14之间，可通过闭合第一开关装置K1，使第一能量存储装置20经由充电组件14给第一、第二电容C1、C2充电。
増程控制器15被设置成在第一、第二电容C1、C2两端的电压达到预设值，且在所述第一、第二能量存储装置20、12分别通过所述第一、第二直流变换器11、13耦合至所述电气负载驱动单元30之后，向所述电气负载驱动单元30发送使能信号，以使所述电气负载驱动单元30工作。
在一些实施例中，所述能量管理***60进一步包括测量装置，用于测量所述第一、第二电容C1、C2两端的电压。该预设值大于0且小于第一能量存储装置20输出电压，例如，该预设值可被设置成约为所述第一能量存储装置输出电压的95％。
电气负载驱动单元30中的电气负载控制器31用于接收増程控制器15发出的使能信号，増程控制器15和电气负载控制器31之间可以通过有线的方式通信，也可以通过无线的方式通信。在一些实施例中，电气负载控制器31与増程控制器15耦合。电压转换电路32的输入端与第一、第二直流-直流变换器的输出端103耦合，其输出端与电气负载40耦合，电压转换电路32用于进一步转换和传输来自增程器10的能量，以供电气负载40使用。在一些实施例中，所述电气负载40包括三相电机，所述电压转换电路32包括三相逆变电路，该三相逆变电路包括六个有源开关，例如：场效应管等。当电气负载控制器31接收到使能信号之后，其向电压转换电路32发送开关控制信号，使其实现电压转换的功能，从而驱动电气负载40工作。
在一些实施例中，电气负载控制器31还通过限流电阻R耦合于所述第一能量存储***20，这样，第一能量存储***20可经由所述限流电阻R给电气负载控制器31供电。
本发明的实施例还涉及通过操作上述能量管理***60来实现的能量管理方法80。在一个具体的实施例中，如图2所示，该方法包括如下步骤：
在步骤S1中，用第一能量存储装置经由充电组件同时给第一、第二电容充电。在一些实施例中，给所述充电的步骤包括闭合位于所述第一能量存储装置和所述充电组件之间的第一开关装置。
在步骤S2中，测量所述第一、第二电容两端的电压。
在步骤S3中，判断所述第一、第二电容两端的电压是否达到预设值。当所述第一、第二电容两端的电压小于所述预设值时，返回步骤S2。当所述第一、第二电容两端的电压大于或等于所述预设值时，进行步骤S4的操作。
在步骤S4中，将第一、第二能量存储装置分别通过第一、第二直流-直流变换器耦合至电气负载驱动单元。在一些实施例中，所述耦合的步骤包括闭合位于所述第一能量存储装置和所述第一直流-直流变换器之间的第二开关装置和位于所述第二能量存储装置和所述第二直流-直流变换器之间的第三开关装置。
在步骤S5中，在所述第一、第二能量存储装置耦合至所述电气负载驱动单元之后，向电气负载驱动单元发送使能信号，所述电气负载驱动单元随后驱动电气负载40工作。
在图1所示的实施例中，第一开关装置K1首先被闭合，使第一、第二电容同时被充电。其次，测量所述第一、第二电容两端的电压，并判断是否达到预设值。当第一、第二电容两端的电压达到该预设值后，第二开关装置K2及第三开关装置K3被闭合，使第一、第二能量存储装置20、12耦合至所述电气负载驱动单元30。此后，向电气负载控制器31发送使能信号，所述电气负载控制器32在接收到所述使能信号之后向电压转换电路32发送开关控制信号，以驱动电气负载40工作。
本发明揭露的技术方案能够在第一、第二电容C1、C2预充电完成且增程器10被开启后，自动开启电气负载驱动单元30，电气负载驱动单元30继而驱动电气负载40工作。在现有技术中，上述这些步骤需要通过操作多个开关来实现，操作过程较为繁琐，且所述多个开关需要操作者按照一定的顺序来操作，一旦出错可能会对电气负载或增程器造成损害，进一步提高了操作难度。在本发明揭露的技术方案中，操作者只需对第一开关装置K1进行一次操作，即可实现电容预充电、增程器开启、电气负载驱动等功能，大大简化了操作步骤。在一些实施例中，所述第一开关装置K1为电动车的钥匙开关，对于电动车来说，本技术方案可以降低驾驶员的误操作率，进而提升电动车的安全性。
虽然结合特定的具体实施方式对本发明进行了详细说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (10)

1.一种能量管理***，用于耦合在第一能量存储装置和电气负载之间，包括：
增程器,其包括：
第一直流-直流变换器，其具有用于可选择地与所述第一能量存储装置耦合的输入端，及输出端；
第二能量存储装置；
第二直流-直流变换器，其可选择地耦合在所述第二能量存储装置和所述第一直流-直流变换器的输出端之间；及
第一电容，其跨接于所述第一直流-直流变换器的输出端；及
电气负载驱动单元，其具有与所述第一直流-直流变换器的输出端耦合的输入端及与所述电气负载耦合的输出端，所述电气负载驱动单元包括第二电容跨接于其输入端；
其中，所述增程器进一步包括：
充电组件，其可选择地耦合在所述第一能量存储装置和所述第一电容之间，所述第一能量存储装置可经由所述充电组件给所述第一电容和所述第二电容充电；及
増程控制器，被设置成当所述第一、第二电容两端的电压达到预设值，且在所述第一、第二能量存储装置分别通过所述第一、第二直流变换器耦合至所述电气负载驱动单元时，向所述电气负载驱动单元发送使能信号，以使所述电气负载驱动单元工作。
2.根据权利要求1所述的能量管理***，其中，所述预设值为所述第一能量存储装置输出电压的95％。
3.根据权利要求1所述的能量管理***，其中，所述充电组件包括：
二极管，其具有可选择地与所述第一能量存储装置耦合的正极，及与所述第一电容耦合的负极；及
电阻，其与所述二极管串联。
4.根据权利要求1所述的能量管理***，进一步包括第一开关装置，其位于所述第一能量存储装置和所述充电组件之间。
5.根据权利要求1所述的能量管理***，进一步包括：
第二开关装置，其位于所述第一能量存储装置和所述第一直流-直流变换器之间；及
第三开关装置，其位于所述第二能量存储装置和所述第二直流-直流变换器之间。
6.根据权利要求1所述的能量管理***，进一步包括测量装置用于测量所述第一、第二电容两端的电压。
7.一种增程器包括：
第一直流-直流变换器，其具有用于可选择地与第一能量存储装置耦合的输入端，及用于与电气负载驱动单元耦合的输出端；
第二能量存储装置；
第二直流-直流变换器，其可选择地耦合在所述第二能量存储装置和所述第一直流-直流变换器的输出端之间；及
第一电容，其跨接于所述第一直流-直流变换器的输出端；及
充电组件，其可选择地耦合在所述第一能量存储装置和所述第一电容之间，所述第一能量存储装置可经由所述充电组件给所述第一电容充电；及
増程控制器，被设置成当所述第一电容两端的电压达到预设值，且在所述第一、第二能量存储装置分别通过所述第一、第二直流变换器耦合至所述电气负载驱动单元时，向所述电气负载驱动单元发送使能信号，以使所述电气负载驱动单元工作。
8.一种能量管理方法，其包括：
操作能量管理***，其中，所述能量管理***包括：第一能量存储装置；第一直流-直流变换器，其具有可选择地耦合于所述第一能量存储装置的输入端；第二能量存储装置；第二直流-直流变换器，其具有可选择地耦合于所述第二能量存储装置的输入端；跨接于所述第一、第二直流-直流变换器的输出端的第一电容；可选择地耦合在所述第一能量存储装置和所述第一电容之间的充电组件；及电气负载驱动单元，其具有与所述第一、第二直流-直流变换器的输出端耦合的输入端，所述电气负载驱动单元包括跨接于其输入端的第二电容，所述操作的步骤包括：
用所述第一能量存储装置经由所述充电组件同时给所述第一、第二电容充电；
当所述第一、第二电容两端的电压达到预设值时，将所述第一、第二能量存储装置分别通过所述第一、第二直流-直流变换器耦合至所述电气负载驱动单元；及
在所述第一、第二能量存储装置被耦合至所述电气负载驱动单元之后，向所述电气负载驱动单元发送使能信号，以使所述电气负载驱动单元工作。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述充电的步骤包括闭合位于所述第一能量存储装置和所述充电组件之间第一开关装置。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，将所述第一、第二能量存储装置耦合至所述电气负载驱动单元的步骤包括闭合位于所述第一能量存储装置和所述第一直流-直流变换器之间的第二开关装置和位于所述第二能量存储装置和所述第二直流-直流变换器之间的第三开关装置。
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