CN112721659A - 一种新能源汽车智能节能电池能量回收*** - Google Patents

一种新能源汽车智能节能电池能量回收*** Download PDF

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代思林
孙泽波
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Abstract

本发明公开了一种新能源汽车智能节能电池能量回收***，属于新能源汽车技术领域，所述***包括电池包A、电池包B、三合一控制模块(PDU、OBC、DC‑DC)、电机控制器(MCU)、驱动电机、充电口、整车控制器(VCU)和轮毂发电单元。所述电池包A和电池包B为整车提供动力能源，通过各自独立的BMS控制，两组电池可交替工作，也可同时供电。三合一控制模块(PDU、OBC、DC‑DC)可为整个***进行高压、低压分配，充放电调节等。电机控制器(MCU)根据不同的工况需要，控制驱动电机输出相应的转速和扭矩。充电口在整车连接外部电源时，为电池包充电。轮毂发电单元在制动工况时进行能量回收，为电池包充电。

Description

一种新能源汽车智能节能电池能量回收***
技术领域
本发明属于新能源汽车技术领域，包括纯电动汽车、插电式、增程式、氢燃料电池汽车、太阳能电池汽车等。
背景技术
目前的电动汽车能量回收***是指将车辆在制动、减速和滑行过程中耗费的多余其他形式能量回收利用，以此降低车辆的能量消耗，提高电动汽车的行驶里程。当驾驶员操作制动踏板时，车辆减速，产生了多余的能量，再生制动能量回收***将多余的能量回收，在发电机控制单元的调节和控制下，将发电机的电压升高，给储能***进行充电，将多余的能量以电能的形式回收储存。
由于其能量回收***是由永磁驱动电机的逆作用将动能转换的，其磁场随着电机确定以后不再变化，其制动力，能量回收***效率也固定不变，为改变此种状态，本发明在此基础之上，在车轮上加上轮毂发电单元，其内部磁场可随着电流变化而调整，通过改变磁场大小来调节其能量回收效率，并改变其制动力，来实现更大的制动力并保证车速以最短的时间降下来，减少制动***的损耗，提高制动***使用寿命。
并且本发明采用双电池模组交替工作电源***，可以减少电池在放电过程中发热问题，也可以实现在单一电源***在没电时，能量回收***可以相当于一个充电机直接为电池***充电，提升能量回收***的安全性。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种更为高效的电池能量管理及能量回收***，可更好的延长新能源汽车的续驶里程，同时还可降低动力电池的热管理难度，降低制动***的损耗，提高使用寿命。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
将动力电池包分为A、B两组，其可实现分组充、放电，当其中一组能量低于设定值或者电池模块在放电过程中高于设定值时，该模块停止输出，由另一块电池模块输出，保证电池放电模组回收能量和放电不是同一模块，在整车处于能量回收状态时，其仅仅相当于一个充电机，提升该***的稳定性和安全性。并且电池***分组放电，保证电池模块在放电过程中不会出现过热现象，大大提高了电芯的使用安全性和使用寿命。
驱动电机，其主要作用是可实现驱动电机和发电机切换，若整车处于能量回收时，驱动电机可以做为发电机，将动能等其他形式能量转换为电能。该模块由于磁场固定性，其回收能量有限度，故此可以作为整车在滑行、下坡状态下的能量回收***主发电机使用。
轮毂发电单元，其主要作用是可以协助驱动电机实现制动状态下的能量回收，由于其磁场可根据制动踏板信号来控制改变，用以增大回收***所产生的阻力，减少制动片的摩擦能量损耗，因此，该装置可以提升整车制动性能，及能量回收***回收效率，减少摩擦片使用损耗，增大其使用寿命。
整车控制器(VCU)，主要作用是对整车进行策略控制，根据各种行驶工况信息(是否是长下坡、是否是滑行状态等状态)、电池放电温度反馈信号、电池包COS、制动信号等信号接收和计算，并依据计算结果，按设定策略进行命令发送，来实现整车能量回收***、电源分组充放电等功能的正常实现。
附图说明
图1是***结构原理图，表示本发明的主要组成部分及其相对结构形式。
图2是***电气原理图，表示本发明的电气原理和控制逻辑。
具体实施方式
分组放电：当车辆处于正常行驶状态时，接收到ON档信号以后，VCU发送上电指令给其中一块电池模组，通过其自身BMS控制该电池模组电源输出继电器吸合，该模组正常放电，为整车提供动力能量来源。当该模组电量相比较另一组低于设定值时(一般界定为电池SOC低于10％)，或者在放电过程中其内部电池温度超过设定值时，由整车控制器下发断电指令，由BMS***将该模组输出继电器断开。于此同时下发上电指令给另一电池模组，另一电池模组输出继电器吸合，该模组正常放电，整车动力能量来源将切换为此电池模组。以此模式直至将两个模组放电至全部低于设定最低SOC状态。往复分组放电，即避免了长时间放电时，电池发热问题，也可以保证当其中一块电池模组故障时，车辆仍能正常使用。其次，在其中某一块电池模组不放电时，可以当做整个能量回收***中，回收能量储存装置使用。让能量回收***仅仅相当于一个充电机使用。
能量回收：由于车辆在行驶过程中，不同行驶状态和存储能量电源***电量的不同，其相应的回收方式和能量利用方式也会随之调整。主要由：存储能量电源***满电、存储能量电源***非满电两种情况。
存储能量电源***满电：当存储能量电源***满电情况时，由于该电源***电量本就是满电，故此，能量回收***回收的能量不能用以给该***充电，所以将其产生能量主要用在整车低压***工作用电。整车处于正常行驶状态，由VCU对车速、制动信号及电机转速等信号的采集、处理建模计算，来判定车辆减速所需制动力不大，则开启一级能量回收***(由驱动电机转换为发电机来回收能量)。将开启能量回收信号传递给控制器，并同时将发电机回路到DC转换器继电器吸合。控制器控制驱动电机转换为发电机，将车辆行驶动能等其他行驶能量转换成交流电，并将此交流电输入给AC-DC转换器，由转换器将交流电转换为直流电经整流滤波电路，将直流电输入给整车DC-DC转换器，为整车低压负载提供能量。
若经VCU判定，车辆需要减速制动力较大，则判定为车辆需要开启二级能量回收***(驱动电机转换为发电机工作的同时，轮毂发电单元同时参与发电)。轮毂发电单元所产生能量可以根据VCU判定制动力需求，调整磁场大小来改变。
将开启能量回收信号同时发送给轮毂发电单元和驱动电机控制器，并将发电机回路到DC转换器继电器吸合。控制器控制驱动电机转换为发电机，将车辆行驶动能等其他行驶能量转换成交流电，并将此交流电输入给AC-DC转换器，由转换器将交流电转换为直流电经整流滤波电路，将直流电输入给整车DC-DC转换器，为整车低压负载提供能量。轮毂电机模块根据实际需求，调整内部磁场大小，来改变发电机电流输出。并将电流转换为直流电输出给整流滤波电路，经滤波以后将该直流电输入给整车DC-DC转换器，为整车低压负载提供能量。同时，轮毂发电单元在工作时产生的磁场力矩，可以提供一定的整车制动力，减小制动***的损耗。
存储能量电源***非满电：当存储能量电源***不是满电情况时，由于该电源***电量不是满电状态，故此，能量回收***回收的能量可以给该***充电，此时能量回收***相当于车载充电机，既保证了能量回收率，又保证了整个回收***的安全稳定性。
整车处于正常行驶状态，由VCU对车速、制动信号及电机转速等信号的采集、处理建模计算，来判定车辆减速所需制动力大小。若所需制动力不大，则开启一级能量回收***(由驱动电机转换为发电机来回收能量)。将开启能量回收信号传递给控制器，并同时将发电机回路到DC转换器继电器断开。控制器控制驱动电机转换为发电机，将车辆行驶动能等其他行驶能量转换成交流电，并将此交流电输入给AC-DC转换器，由转换器将交流电转换为直流电经整流滤波电路，将直流电输入给电源***，来实现为电源***充电。
若经VCU判定，车辆需要减速制动力较大，则判定为车辆需要开启二级能量回收***(驱动电机转换为发电机工作的同时，轮毂发电机同时参与发电)。轮毂电机所产生能量可以根据VCU判定制动力需求，调整磁场大小来改变。将开启能量回收信号同时发送给轮毂电机模块和驱动电机控制器，并将发电机回路到DC转换器继电器吸合。控制器控制驱动电机转换为发电机，将车辆行驶动能等其他行驶能量转换成交流电，并将此交流电输入给AC-DC转换器，由转换器将交流电转换为直流电经整流滤波电路，将直流电输入给电源***，来实现为电源***充电。轮毂电机模块根据实际需求，调整内部磁场大小，来改变发电机电流输出。并将电流转换为直流电输出给整流滤波电路，经滤波以后将该直流电输入给将直流电输入给电源***，来实现为电源***充电。
同时，通过BMS信号，优先给SOC较低的一组电池包充电。
尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细的说明，但应该指明的是，我们可以根据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是根据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同替换和改进，均应包含的本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种新能源汽车智能节能电池能量回收***，其特征在于，包括电池包A、电池包B、三合一控制模块(PDU、OBC、DC-DC)、电机控制器(MCU)、驱动电机、充电口、整车控制器(VCU)和轮毂发电单元。电池包A和电池包B为整车提供动力能源，通过各自独立的BMS控制，两组电池可交替工作，以免持续工作时间过长，***发热造成温度过高，达到热平衡管理的目的；在整车起步、急加速和爬坡工况时，也可同时向驱动电机供电，以保证驱动电机可以输出足够的转速和扭矩。
2.当车辆静止进行充电时，电池包A和电池包B，各自独立的BMS会根据SOC进行充电控制。
3.当滑行、下坡或制动工况时，能量回收***启动，开始给电池包进行充电，VCU控制策略会根据A、B两组电池包的SOC进行判断，优先为SOC较低一组充电。
4.当滑行工况时，仅启动电机能量回收；在制动工况，轮毂发电单元和电机能量回收同时启动，轮毂发电单元所产生的磁场，可以为整车提供部分制动力矩，以减小制动***的损耗。
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