双源电池包的充放电管理方法和***
技术领域
本发明涉及电动汽车的动力电池领域,特别是涉及一种具备增程功能的双源电池包的充放电管理方法和***。
背景技术
纯电动汽车EV(Electric Vehicle)目前全球发展迅猛,受传统汽车驾驶习惯的影响,对电动汽车EV的长续驶里程的要求逐渐成为主流趋势,如特斯拉Model-S长续驶里程版最高纯电行驶里程近500公里,大众也宣称未来推出超过400km的电动汽车EV。
为了满足长续驶里程要求,电动汽车配置的动力电池***(Battery Pack)需要更大容量,一般超过50kWh。电池***成本、电池包在整车安装中所占空间都对电动汽车的制造提出了相当大的挑战。
目前,电动汽车一般采用两种方式来解决大电量电池包的要求:
其一,增加单体电芯的容量,如三星推出96Ah三元锂离子电池。虽然增加了单体电芯的容量,但是其容量的增加势必会带来空间占用率的增加,如此也会大大制约整车电池空间的利用率,并且,在设计电池包时,大容量的单体电芯不便于随意组合,这使得电池包的可拓展性变差,无法适应不同的续驶里程需求。
其二,采用大量的小容量的单体电芯:例如特斯拉的电池包方案,其基于小容量电芯18650,采用上万只该小容量电芯进行组合,以此来解决大电量电池包的要求。上万只单体电芯的随意组合,虽然解决了大容量和便于组合的问题,但是采用大量的单体电芯势必造成电池包的整体安全性和可靠性的降低。
并且,不论是采用以上两种方案的哪一种,为了保证整车的寿命,对于单体电芯的可靠性的要求极高,如此也导致了电动汽车的整体电池包的成本难以控制。
而在电动汽车EV的整车成本中,动力电池包***的成本占到40-70%。按目前电池电芯价格计算,动力电池包成本大多会超过电动汽车EV的整车成本的50%。与基于燃油的传统汽车相比,电动汽车EV毫无成本优势,从而大大制约了电动汽车EV的市场接受度。
并且,在对电动汽车的电池包进行改进的同时,如何实现对电池包的充放电管理也成为了本领域技术人员所关注的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种双源电池包的充放电管理方法和***,用于解决现有技术中电动汽车的电池包成本过高,以及如何对电池包进行合理充放电管理的问题。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种双源电池包的放电管理方法,所述双源电池包应用于电动汽车,包括主电池包、辅电池包、DC/DC转换器和控制单元,所述DC/DC转换器的第一端和第二端分别连接在所述辅电池包的总正端和总负端,第三端分别与所述主电池包的总正端和所述双源电池包的总正输出端相连,第四端分别与所述主电池包的总负端和所述双源电池包的总负输出端相连,从而形成所述主电池包和所述辅电池包的充放电路径;且所述双源电池包的放电管理方法应用于所述控制单元,包括:接收来自于所述电动汽车的放电信号;控制所述主电池包开始放电;其中,在开始放电前,对外接主回路进行预充电;实时检测所述主电池包的相关参数,其中,所述相关参数包括:放电电压、放电电流和/或剩余电量;判断所述主电池包的剩余电量和/或放电电压:当所述主电池包的剩余电量大于第一电量阈值,且放电电压大于所述主电池包的放电截止电压时,控制所述双源电池包的DC/DC转换器不工作,所述主电池包放电;当所述主电池包的剩余电量小于所述第一电量阈值,或放电电压小于等于所述主电池包的放电截止电压时,控制所述DC/DC转换器开始工作,所述辅电池包接替所述主电池包开始放电;检测并判断所述辅电池包的放电电压是否达到其放电截止电压:如是,则结束放电;如否,则继续放电。
于本发明的一实施例中,所述控制所述主电池包开始放电的步骤包括:对所述双源电池包进行自检:如果自检结果不正常,则提示故障;如果自检结果正常,则检测所述主电池包和所述辅电池包的状态是否正常:如果异常,则提示故障;如果正常,则控制所述主电池包开始放电。
于本发明的一实施例中,所述放电管理方法还包括:在所述辅电池包接替所述主电池包开始放电时,检测并判断所述辅电池包经所述DC/DC转换器转换后输出的放电功率:当输出的放电功率大于所述电动汽车的所需功率时,则控制所述DC/DC转换器,使得所述辅电池包的放电经所述DC/DC转换器转换后,在放电的同时还为所述主电池包进行充电;当输出的放电功率等于所述电动汽车的所需功率时,则控制所述DC/DC转换器,使得所述辅电池包仅进行放电;当所述放电功率小于所述电动汽车的所需功率时,则控制所述DC/DC转换器将所述辅电池包的放电功率转换为所述辅电池包的额定功率进行输出,并控制所述主电池包同时放电予以补充。
于本发明的一实施例中,所述放电管理方法还包括:在所述辅电池包接替所述主电池包开始放电时,检测所述主电池包的相关参数;判断所述主电池包的剩余电量是否大于预设的第二电量阈值:如果大于,则控制所述DC/DC转换器停止工作,所述主电池包开始放电;如果小于第二电量阈值,则所述DC/DC控制器依然工作,所述辅电池包继续放电;其中,所述第一电量阈值小于所述第二电量阈值。
本发明还公开了一种双源电池包的充电管理方法,所述双源电池包应用于电动汽车,包括主电池包、辅电池包、DC/DC转换器和控制单元,所述DC/DC转换器的第一端和第二端分别连接在所述辅电池包的总正端和总负端,第三端分别与所述主电池包的总正端和所述双源电池包的总正输出端相连,第四端分别与所述主电池包的总负端和所述双源电池包的总负输出端相连,从而形成所述主电池包和所述辅电池包的充放电路径;且所述双源电池包的充电管理方法应用于所述控制单元,包括:接收来自于所述电动汽车的充电信号;与充电设备建立连接,对所述主电池包进行充电,其中,在开始放电前,对外接主回路进行预充电;实时检测所述主电池包的相关参数,并判断所述主电池包的相关参数是否达到所述主电池包的充电终止条件:如否,则继续充电;如是,则停止对所述主电池包的充电,控制所述DC/DC转换器开始工作,对所述辅电池包进行充电,直至检测到所述辅电池包的相关参数达到所述辅电池包的充电终止条件;其中,所述相关参数包括充电电压、充电电流和/或剩余电量。
于本发明的一实施例中,所述接收来自于所述电动汽车的充电信号的步骤还包括:对所述双源电池包进行自检:如果自检结果不正常,则提示故障;如果自检结果正常,则检测所述主电池包和所述辅电池包的状态是否正常:如果异常,则提示故障;如果正常,则继续。
于本发明的一实施例中,所述与充电设备建立连接,对所述主电池包进行充电的步骤包括:利用握手协议与所述充电设备建立连接;控制所述主电池包对外进行预充电;在预设时间后再对所述主电池包进行充电。
本发明公开了一种双源电池包的充放电管理***,所述双源电池包应用于电动汽车,包括主电池包、辅电池包、DC/DC转换器和控制单元,所述DC/DC转换器的第一端和第二端分别连接在所述辅电池包的总正端和总负端,第三端分别与所述主电池包的总正端和所述双源电池包的总正输出端相连,第四端分别与所述主电池包的总负端和所述双源电池包的总负输出端相连,从而形成所述主电池包和所述辅电池包的充放电路径;且所述双源电池包的充放电管理***应用于所述控制单元,包括:接收模块,用于接收来自于所述电动汽车的充电信号和放电信号;连接建立模块,用于与充电设备建立连接,以对所述主电池包和/或所述辅电池包进行充电;检测模块,用于实时检测所述主电池包和/或所述辅电池包的相关参数;其中,所述相关参数包括:剩余电量、充电电压、充电电流、放电电压、放电电流、所述充电设备经所述DC/DC转换器转换后给所述辅电池包输入的充电功率、以及所述辅电池包经所述DC/DC转换器转换后输出的放电功率;判断模块,用于依据第一电量阈值、第二电量阈值、所述主电池包的充电终止条件和放电截止电压、所述辅电池包的充电终止条件和放电截止电压、以及所述电动汽车的所需功率,对检测结果进行判断;控制模块,用于根据所述判断模块的判断结果,控制所述主电池包的充放电,以及通过控制所述DC/DC转换器的工作状态,实现对所述辅电池包的充放电的控制;存储模块,用于保存所述第一电量阈值、所述第二电量阈值、所述主电池包的充电终止条件和放电截止电压、以及所述辅电池包的充电终止条件和放电截止电压。
于本发明的一实施例中,所述检测模块还用于对所述双源电池包进行自检,以及检测所述主电池包和所述辅电池包的状态是否正常。
于本发明的一实施例中,所述双源电池包的充放电管理***还包括:提示模块,用于在检测结果中出现故障时,进行故障提示。
如上所述,本发明的双源电池包的充放电管理方法和***,应用于采用了DC/DC转换器的双源电池包的控制单元,通过对DC/DC转换器的合理控制,实现了对整个双源电池包的充放电的有效管理,保证了双源电池包的正常使用,避免了使用不当对双源电池包造成的损害。
附图说明
图1显示为本发明的双源电池包的充放电管理方法和***所适用的双源电池包的结构示意图。
图2显示为本发明实施例公开的双源电池包的放电管理方法的流程示意图。
图3显示为本发明实施例公开的双源电池包的充电管理方法的流程示意图。
图4显示为本发明实施例公开的双源电池包的充放电管理***的原理结构示意图。
元件标号说明
110 主电池包
120 第一开关单元
210 辅电池包
220 DC/DC转换器
310 第三开关单元
400 控制单元
S21-S25,S31-S33 步骤
510 接收模块
520 连接建立模块
530 监测模块
540 判断模块
550 控制模块
560 提示模块
570 存储模块
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅附图。需要说明的是,以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供了一种专用于包括DC/DC转换器的双源电池包的充放电管理方法和***,且DC/DC转换器是用于对双源电池包中的辅电池包的充放电进行控制和转换的。由于采用DC/DC转换器可以大大减少应用于电动汽车的双源电池包的成本,但是随之而来的,对于整个双源电池包的合理管理就成为了亟待解决的问题。本发明的双源电池包的充放电管理方法和***充分利用主电池包和辅电池包的基本参数(剩余电量、充电终止条件、放电截止电压等等),通过对DC/DC转换器的控制,实现对整个双源电池包的主电池包和辅电池包的充放电的合理管理。
其中,本发明所适用的双源电池包如图1所示,包括:主电池包110、辅电池包210、第一开关单元K11和K12、DC/DC转换器220、第三开关单元K31、控制单元400。需要注意的是,本发明所使用的双源电池包并不一定要包括第一开关单元和第三开关单元,只要辅电池包是通过DC/DC转换器220来实现对辅电池包的充放电的控制的双源电池包均在本发明的适用范围内。此外,图1所示的第一开关单元K11和K12,以及第三开关单元K31采用的是硬开关,本发明所适用的双源电池包并不仅限于此,只要第一开关单元能够实现对主电池包的充放电路径控制,第三开关单元能够实现对主电池包和辅电池包的充放电路径进行控制即可。第一开关单元和第三开关单元还可以采用软开关来实现。
DC/DC转换器220的第一端和第二端分别连接在辅电池包210的总正端和总负端,第三端分别与主电池包110的总正端和双源电池包的总正输出端OUT1相连,第四端分别与主电池包110的总负端和双源电池包的总负输出端OUT2相连,形成了主电池包110和辅电池包210的充放电路径。
主电池包110和辅电池包210既可以采用相同电芯标准的电池包,也可以采用不同电芯标准的电池包。并且,本实施例中所提到的电池包的电芯标准包括但不限于:外形形态、材料、额定电压、容量、生产时间等等。
第一开关单元K11和K12用于控制主电池包110的充、放电。第三开关单元K31用于同时对主电池包110和辅电池包210的充放电进行管理,使得充放电路径更加安全。
DC/DC转换器220是一个开关电源模块,通过将辅电池包210的电压升压或降压到主电池包110的工作电压范围内,并对外进行放电;同时它也能够将双源电池包的输入电压通过升压或降压到辅电池包210的工作电压范围内,并对辅电池包210进行充电。
第一开关单元K11闭合,且第三开关单元K31闭合的情况下,主电池包110进行充、放电;在DC/DC转换器220处于工作状态,且第三开关单元K31闭合的情况下辅电池包210进行充、放电。
控制单元400用于控制第一开关单元K11和K12和第三开关单元K31的断开和闭合,以及控制DC/DC转换器220的工作状态,从而控制主电池包110和/或辅电池包210的充放电。
实施例1
如图2所示,本实施例的双源电池包的放电管理方法,应用于图1所示的双源电池包的控制单元400,包括:
步骤S21,接收来自于电动汽车的放电信号;
由于双源电池包的控制单元是与电动汽车的其他相关设备,例如整车控制器VCU通过CAN网络相连的,因此其可以接收来自于电动汽车的控制信号,包括放电信号。
步骤S22,控制所述主电池包开始放电;
具体包括:
对双源电池包进行自检:
如果自检结果不正常,则提示故障;
如果自检结果正常,则可直接控制主电池包进行放电。
进一步地,图1给出的双源电池包只是一种比较常见的结构,实际使用过程中,主电池包和辅电池包可以分别位于不同的电池包仓内,即主电池包位于主电池包仓,辅电池包位于辅电池包仓;甚至于,包括了辅电池包的辅电池包仓是可拆卸地安装在电动汽车内的。这种情况下,对于主电池包和辅电池包的状态还要进行一个检测,如果检测的结果异常的话,也会进行故障提示;如果检测结果正常,则控制主电池包进行放电。
此外,为了保护双源电池包外接主回路中的容性负载,在主电池包进行放电之前,要由主电池包对外接的主回路进行预设时间的预充电。
对于如图1所示的双源电池包,对于主电池包110的放电的控制是通过第一开关单元K11和K12、以及第三开关单元K31实现的:首先,闭合第三开关单元K31,并在50ms后闭合第一开关单元K12,此时,由主电池包110对外接主回路进行预充电;然后,在500ms后,闭合第一开关单元K11,并断开第一开关单元K12,此时,主电池包110则开始放电。
步骤S23,实时检测所述主电池包的相关参数,其中,相关参数包括但不限于:放电电压、放电电流和/或剩余电量;
众所周知,电池包都是有其固定的电量的,如果放电时将电池包的电量全部放光,会大大影响电池包的寿命,并对电池包造成不可逆的损害。同样地,如果放电电压小于放电截止电压,也会严重损耗电池的寿命。因此,在进行放电管理时,需要对主电池包的剩余电量和放电电压进行检测。
需要注意的是,剩余电量并非是直接检测获得的,其是检测到的电池包的电压、电流以及温度等等计算获得的。由于对于剩余电量的计算以及电池包的电压、电流和温度的检测是本领域技术人员所熟知的技术,在此就不再赘述。
步骤S24,判断所述主电池包的剩余电量和/或放电电压:
当所述主电池包的剩余电量大于第一电量阈值,且放电电压大于所述主电池包的放电截止电压时,控制所述双源电池包的DC/DC转换器不工作,所述主电池包放电;
当所述主电池包的剩余电量小于所述第一电量阈值,或小于等于所述主电池包的放电截止电压时,控制所述DC/DC转换器开始工作,所述辅电池包接替所述主电池包开始放电。
在本实施例中,预设了一个第一电量阈值,该第一电量阈值是为了防止主电池包的过度放电,同样地,将放电电压与主电池包的放电截止电压进行比较,也是出于此种目的。优选地,本实施例中,第一电量阈值设置为主电池包的全部电量的10%。
由于本实施例的双源电池包的放电管理是应用于电动汽车的。并且,电动汽车大部分时候是处于一个平稳速度的驾驶阶段;偶尔会出现或者加速阶段。主电池包和辅电池包的放电应付电动汽车的平稳速度驾驶是完全没有问题的,但是,在对于偶然出现的加速情况,主电池包的放电是完全可以满足的,但是,由于本实施例所针对的双源电池包的主电池包和辅电池包采用不同电芯标准的电池包,所以,辅电池包有可能无法满足电动汽车的加速请求。
针对此种情况,本实施例中,在辅电池包接替主电池包进行放电时,会检测辅电池包经DC/DC转换器转换后输出的放电功率,并且,该放电功率也并非是直接检测获得,通常情况下是通过检测辅电池包经DC/DC转换器转换后输出的电压和电流,然后利用检测获得的电压电流计算输出的放电功率。
当输出的放电功率大于电动汽车的所需功率时,也就是说辅电池包除了可以满足电动汽车所需求的电能外,还可以额外输出一部分的电能。因此,本实施例中,将这部分的电能也进行了利用:控制DC/DC转换器,使得辅电池包的放电经DC/DC转换器转换后,在放电的同时还为主电池包进行充电;
当输出的放电功率等于电动汽车的所需功率时,则控制所述DC/DC转换器,使得辅电池包仅进行放电,以满足电动汽车的能量需求;
当放电功率小于电动汽车的所需功率时,则控制DC/DC转换器将辅电池包的放电功率转换为辅电池包的额定功率进行输出,并控制主电池包同时放电予以补充。
通过对DC/DC转换器的精确控制,可以满足电动汽车在不同使用情况下的能量需求,保证了电动汽车的正常使用。
由于主电池包可以满足电动汽车不同使用情况下的能量需求,因此,本实施例还包括:
在检测计算出主电池包的剩余电量大于预设的第二电量阈值时,控制DC/DC转换器停止工作,由主电池包进行放电;否则,则DC/DC转换器继续工作,仍由辅电池包进行放电。其中,第二电量阈值大于第一电量阈值;优选地,本实施例中,第二电量阈值设置为主电池包全部电量的40%。
步骤S25,检测并判断所述辅电池包的放电电压是否达到放电截止电压:
如是,则结束放电;如否,则继续放电。
如前所述,如果电池包的放电电压达到了放电截止电压,就要终止电池包的放电操作,保护电池包不会因过度放电而折损寿命。
实施例2
本实施例公开了一种双源电池包的充电管理方法,应用于图1所示的双源电池包的控制单元400。如图3所示,包括:
步骤S31,接收来自于电动汽车的充电信号;
由于双源电池包的控制单元是与电动汽车的其他相关设备,例如整车控制器VCU通过CAN网络相连的,因此其可以接收来自于电动汽车的控制信号,包括充电信号。
在接收到充电信号后,与双源电池包的放电管理相同,同样需要为双源电池包进行自检,以及对主电池包和辅电池包的状态进行检测,如果一切正常,则继续执行步骤S32,否则,则提示故障。
步骤S32,与充电设备建立连接,对所述主电池包进行充电:
由于充电设备是独立于双源电池包而存在的外部设备,因此,在进行双源电池包的充电时,必须与外部的充电设备建立连接。在本实施例中,双源电池包是通过握手协议与充电设备建立连接。并且,如果建立连接失败的话,也会提示故障。
为了保护双源电池包外接主回路中的容性负载,在主电池包进行放电之前,要由主电池包对外接的主回路进行预设时间的预充电。
对于如图1所示的双源电池包,对于主电池包110的充电控制是通过第一开关单元K11和K12、以及第三开关单元K31实现的:首先,闭合第三开关单元K31,并在50ms后闭合第一开关单元K12,此时,主电池包110对外接主回路进行预充电;然后,在500ms后,闭合第一开关单元K11,并断开第一开关单元K12,此时,外部设备开始对主电池包110进行充电。
步骤S33,实时检测所述主电池包的相关参数,并判断所述主电池包的相关参数是否达到所述主电池包的充电终止条件:
如否,则继续充电;
如是,则停止对主电池包的充电,控制DC/DC转换器开始工作,对辅电池包进行充电,直至检测的辅电池包的相关参数达到其充电的充电终止条件。其中,相关参数包括但不限于充电电压、充电电流和/或剩余电量。
为了防止主电池包和辅电池包的过充影响主电池包和/或辅电池包的电池寿命,因此,需要对主电池包和辅电池包的充电电压进行检测,一旦充电电压达到充电终止条件,则停止对主电池包和/或辅电池包进行充电。
上面各种方法的步骤划分,只是为了描述清楚,实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分,分解为多个步骤,只要包含相同的逻辑关系,都在本专利的保护范围内;对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计,但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
实施例3
本实施例公开了一种双源电池包的充放电管理***,应用于图1所示的双源电池包的控制单元400。如图4所示,包括:
接收模块510,用于接收来自于电动汽车的充电信号和放电信号;
连接建立模块520,用于与外部的充电设备建立连接,从而对主电池包和/或辅电池包进行充电;
检测计算模块530,用于实时检测主电池包和/或辅电池包的相关参数;其中,相关参数包括但不限于:剩余电量、充电电压、充电电流、放电电压、放电电流、外部的充电设备经DC/DC转换器转换后给辅电池包输入的充电功率、以及辅电池包经DC/DC转换器转换后输出的放电功率。其中,剩余电量、外部的充电设备经DC/DC转换器转换后给辅电池包输入的充电功率和辅电池包经DC/DC转换器转换后输出的放电功率并非直接检测获得的,其是通过检测到的电池包的电压、电流以及温度等等计算获得的。由于对于剩余电量的计算、输入的充电功率以及输出的放电功率的计算是本领域技术人员所熟知的技术,在此就不再赘述。
判断模块540,用于依据第一电量阈值、第二电量阈值、主电池包的充电终止条件和放电截止电压、辅电池包的充电终止条件和放电截止电压、以及电动汽车的所需功率,对检测模块530的检测技术计算结果进行判断;
控制模块550,用于依据判断模块540的判断结果,控制主电池包的充放电,以及通过控制DC/DC转换器的工作状态,实现对辅电池包的充放电的控制;
提示模块560,用于在检测结果出现故障时,予以故障提示;
存储模块570,用于保存第一电量阈值、第二电量阈值、主电池包的充电终止条件和放电截止电压、以及辅电池包的充电终止条件和放电截止电压。
此外,为了突出本发明的创新部分,本实施例中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的模块引入,但这并不表明本实施例中不存在其它的模块。
而且,不难发现,本实施例为与第一实施例或者第二实施例相对应的***实施例,本实施例可与第一实施例或者第二实施例互相配合实施。第一实施例或者第二实施例中提到的相关技术细节在本实施例中依然有效,为了减少重复,这里不再赘述。相应地,本实施例中提到的相关技术细节也可应用在第一实施例或者第二实施例中。
综上所述,本发明的双源电池包的充放电管理方法和***,应用于采用了DC/DC转换器的双源电池包的控制单元,通过对DC/DC转换器的合理控制,实现了对整个双源电池包的充放电的有效管理,保证了双源电池包的正常使用,避免了使用不当对双源电池包造成的损害。所以,本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。