CN113879139A - 一种分布式电动客车电池***及电动客车 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分布式电动客车电池***及电动客车，属于电动汽车领域。***包括两个以上独立运行的电池子***，每个电池子***包括：电池单元，高压配电盒和子控制器，其中高压配电盒设置有：连接电池单元的电池接口，连接充电模块的充电接口；连接电机控制器的功率输出接口；子控制器根据整车电量需求，结合电池子***的电池单元状态，对自身电池单元进行充电调度；根据整车动力需求，结合电池子***的电池单元状态，对自身电池单元进行功率输出调度。由于各电池子***仅需承担各自与车辆中一部分的高压线束连接，各电池子***内部高压接线盒连接的高压线束相对较少，各电池子***之间没有高压线束的连接关系，装配更容易，不容易出错。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车领域，具体涉及一种分布式电动客车电池***及电动客车。
背景技术
随着新能源技术的不断提升，电动客车电池***的配置电量越来越大，产品的配置越来越多样。基于续驶里程要求，电动客车的配置电量从85kWh到1MWh，配置容量大且涵盖范围宽，基于整车动力需求，输出接口分为单回路输出和双回路输出，充电方式分为单充电枪充电、双充电枪充电、集电弓充电，如目前需求电量为1MWh的大电量纯电动客车，需要配置八支路电池组，两套整车动力***(即电机驱动***)，1000A的充电电流。按照传统设计方案，单个高压配电盒的动力接口需要36个，产品接口多、尺寸大、控制逻辑复杂，如图1所示。同时，所有高压部件线束均汇集在充电***中的高压配电盒附近，导致部分线束从车前绕到车尾，接线距离长，在有限的整车空间上线束布置和装配困难，容易出错，影响整车安全，不利于产品的批量生产。并且，为便于充电控制，需要在充电正极和充电负极配置接触器，目前市场主要的接触器的额定电流为600A，不满足大电量纯电动客车的单支路额定电流1000A的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种分布式电动客车电池***，用于解决现有分布式电动客车电池***在整车空间上线束布置和装配困难，容易出错，影响整车安全问题。同时，还提出一种电动客车，用于解决现有分布式电动客车电池***在整车空间上线束布置和装配困难，容易出错，影响整车安全问题。
基于上述目的，一种的技术方案如下：
两个以上独立运行的电池子***，每个电池子***包括：电池单元，高压配电盒和子控制器，其中高压配电盒设置有：
电池接口，所述电池接口与所述电池单元连接；
充电接口，用于连接充电模块；
功率输出接口，用于连接车辆对应的一个电机控制器；
所述子控制器用于根据整车电量需求，结合自身电池单元状态和其他电池子***的电池单元状态，对自身电池单元进行充电调度；以及所述子控制器用于根据整车动力需求，结合自身电池单元状态和其他电池子***的电池单元状态，对自身电池单元进行功率输出调度。
上述技术方案的有益效果是：
本发明的分布式电动客车电池***中，分为多个独立运行的电池子***，每个电池子***的高压配电盒负责与车辆中的一个电机控制连接，由子控制器进行各自电池子***中电池单元的充电调度和动力输出调度，提升整体配置的电量，满足大电量的配置需求；并且，由于各电池子***仅需承担各自与车辆中一部分的高压线束连接，各电池子***内部高压接线盒连接的高压线束相对较少，且各电池子***之间没有高压线束的连接关系，装配更容易，不容易出错，提高了整车的可靠性和安全性；同时多个子***并联使用，可以起到相互备份的作用，提升整车可靠性。
为了实现电池子***间的放电均衡，进一步，所述子控制器还用于：
将自身电池单元的累计放电电量分别与其他电池子***中电池单元的累计放电电量进行偏差量的比较，当所述偏差量大于第一设定值时，判断累计放电电量较大的电池单元的剩余荷电量是否大于或等于第二设定值，若是，则控制所述累计放电电量较大的电池单元增加输出功率，控制累计放电电量较小的电池单元减小输出功率；所述第一设定值是单个电池子***的设定百分比的额定电量。
作为实现上述放电均衡的其他实施方式，所述子控制器还用于：
获取各电池子***中电池单元的剩余荷电量，比较各电池单元之间的剩余荷电量差值，当存在剩余荷电量的差值大于或等于设定电量阈值时，控制剩余荷电量较大的电池单元增加输出功率，控制剩余荷电量较小的电池单元减小输出功率。
为了方便各电池子***进行充电，进一步，各电池子***的充电模式分为同时充电模式和分时充电模式；
在同时充电模式下，控制各电池子***的电池单元同时进行充电，当任一电池子***的电池单元充满电或发生故障，控制所有电池子***均停止充电；在分时充电模式下，控制各电池子***分时进行充电。
为了方便各电池子***之间协调进行充电调度和功率输出调度，进一步，各电池子***的子控制器之间相互通信连接，用于实现各电池子***之间的交互通信。
具体的，所述各电池子***的子控制器之间的通信连接方式为：CAN通信、无线通信、Internet通信、载波通信或串口通信。
基于上述目的，一种电动客车的技术方案如下：
包括电机控制器，充电模块，以及上述的分布式电动客车电池***，所述电机控制器的数量与电池子***的数量相等。
上述技术方案的有益效果是：
在电动客车的分布式电动客车电池***中，分为多个独立运行的电池子***，每个电池子***的高压配电盒负责与车辆中的一个电机控制连接，由子控制器进行各自电池子***中电池单元的充电调度和动力输出调度，提升整体配置的电量，满足大电量的配置需求；并且，由于各电池子***仅需承担各自与车辆中一部分的高压线束连接，各电池子***内部高压接线盒连接的高压线束相对较少，且各电池子***之间没有高压线束的连接关系，装配更容易，不容易出错，提高了整车的可靠性和安全性。
为了方便对各电池子***进行调度管理，进一步，还包括总控制器，所述总控制器分别通信连接各电池子***的子控制器，用于根据整车工况需求确定分布式电动客车电池***的运行模式，向相应电池子***发送运行命令；所述运行模式分为单子***运行模式和多子***运行模式。
具体的，所述总控制器为整车控制器，通过整车控制器实现各电池子***的调度管理。
进一步，各独立运行的电池子***之间在所述电动客车中分开布置，能够提高高压线束连接的准确性，减少误连。
附图说明
图1是现有技术的高压配电盒连接关系图；
图2是本发明客车实施例的分布式电动客车电池***连接示意图；
图3是本发明客车实施例的高压配电盒与子控制器、电池单元的连接关系图；
图4是本发明客车实施例的电池子***在车中的布置示意图；
图5是本发明客车实施例的充电均衡流程图；
图6是本发明客车实施例的放电均衡流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
客车实施例：
本实施例提出一种电动客车，车上包括整车控制器VCU，两个电机控制器，充电模块(包括充电枪、集电弓)，以及分布式电动客车电池***，如图2所示，分布式电动客车电池***包括：
两个独立运行的电池子***，每个电池子***包括：电池单元，高压配电盒和子控制器(即电池控制盒)，其中，高压配电盒与子控制器、电池单元的连接关系如图3所示，高压配电盒设置有：
电池接口，该电池接口与电池单元连接，电池单元包括电池组1、电池组2、电池组3、电池组4；该电池单元为整车的储能装置，为整车提供能量存储和输出。
充电接口，用于连接充电模块，包括集电弓、充电机(即充电枪)。
功率输出接口，用于连接车辆对应的一个电机控制器。
通过上述高压配电盒，充电模块与电池单元连接形成充电回路为电池单元充电，电机控制器与电池单元连接形成放电回路，为整车提供动力输出。
本实施例中，子控制器用于根据整车电量需求，结合自身电池单元状态和其他电池子***的电池单元状态，对自身电池单元进行充电调度；以及用于根据整车动力需求，结合自身电池单元状态和其他电池子***的电池单元状态，对自身电池单元进行功率输出调度。
上述各子控制器还分别通过CAN总线通信连接整车控制器，如图2所示，整车控制器用于负责整车各部件的控制与故障处理，以及用于根据整车工况需求确定分布式电动客车电池***的运行模式，向相应电池子***发送运行命令。
基于上述电动客车，其内部组成部分的工作原理如下：
充电状态时，充电桩与客车的充电模块连接后，整车控制器VCU发送指令给电池控制盒1和电池控制盒2，由充电桩、电池控制盒1和电池控制盒2分别进行自检，自检完成后电池控制盒1和(或)电池控制盒2分别闭合各自回路的充电接触器，整车控制器VCU分别发送充电功率请求信息给电池控制盒1和(或)电池控制盒2，由电池控制盒1和(或)电池控制盒2向各自连接的充电桩发送充电功率请求信息，由充电桩通过高压配电盒1和(或)高压配电盒2输出功率给对应的电池单元，实现整车充电。
行车状态时，整车控制器VCU分别发送指令给电机控制器1(本实施例中为五合一控制器)、电机控制器2、电池控制盒1和电池控制盒2，电机控制器1、电机控制器2、电池控制盒1和电池控制盒2接到指令后分别进行自检，自检完成后电机控制器1和(或)电机控制器2分别发送控制各自回路的主接触器，各控制***回路闭合，按照整车控制器VCU下发的功率需求，由对应电池子***的电池单元通过电机控制器1和(或)电机控制器2向对应的电机1和(或)电机2输出能量，满足整车运行和辅助***工作。
本实施例中，为了能够提高高压线束连接的准确性，两个独立运行的电池子***之间在电动客车中分开布置，如图4所示，其中一个电池子***(包括电池包B01、B02、B03、B04、B05、B06，集电弓J01，高压配电盒P01，电机控制器C01)布置在车辆前半部分，另一个电池子***(包括电池包B11、B12、B13、B14、B15、B16，集电弓J02，高压配电盒P02，电机控制器C02)布置在车辆后半部分，并且每个电池子***与对应的电机控制器就近布置。
本实施例中，所述运行模式分为单子***运行模式和多子***运行模式，具体的：
在单***运行模式下，进行单个电池子***运行，提供动力输出，单独驱动一套整车动力***(包括电机控制器和电机)工作，输出功率小，一般用于匀速行驶或某一个独立***电量较低的场合。如单一***出现故障时，整车能够独立保护并驱使另一支路降功率使用或停止输出，跛行回厂。
在多子***运行模式下，由两个独立的电池子***提供动力输出，分别驱动两套整车动力***工作，输出功率大，一般用于***启动、正常运行和爬坡阶段。整车控制器作为中央调度单元根据整车工况的输出需求对各独立的子***进行能量调度和管理。
本实施例中，各电池子***的充电模式分为同时充电模式和分时充电模式，两个电池子***可以同时进行充电，也可根据充电站充电桩的布置情况分时充电，具体如下：
在同时充电模式下，控制各电池子***的电池单元同时进行充电，当任一电池子***的电池单元充满电或发生故障，控制所有电池子***均停止充电；在分时充电模式下，控制各电池子***分时进行充电。
各电池子***的高压配电盒设置有多个充电接口，可实现但不限于单枪充电、双枪充电、单枪+集电弓充电、双枪+集电弓充电、单枪+无线充电等组合形式。
本实施例中，如果独立的电池子***因出力不均或电池不一致，会导致电池子***之间不均衡，需要平衡子***之间的状态，保证***的整体寿命，采用以下均衡方式：
1)充电均衡，如图5所示，通过分时充电的方式，保证两个子***的电量状态一致，实现两套子***之间的能量均衡。
2)放电均衡，如果长期运行下，出现两套子***的状态衰减不一致时，采用单***运行模式调节两套独立子***之间的输出功率，实现长期运行下两套子***之间的平衡。
如图6所示，将自身电池单元的累计放电电量分别与其他电池子***中电池单元的累计放电电量进行偏差量的比较，当所述偏差量大于第一设定值(如20％)时，判断累计放电电量较大的电池单元的剩余荷电量是否大于或等于第二设定值(如50％)，若是，则控制累计放电电量较大的电池单元增加输出功率，如按照60％功率占比输出；控制累计放电电量较小的电池单元减小输出功率，如按照40％功率占比输出。本实施例中，第一设定值是单个电池子***的设定百分比的额定电量，取值范围为5％～20％；第二设定值的取值范围为50％～100％。
作为放电均衡的其他实施方式，获取各电池子***中电池单元的剩余荷电量(即荷电状态)，比较各电池单元之间的剩余荷电量差值，当存在剩余荷电量的差值大于或等于设定电量阈值时，控制剩余荷电量较大的电池单元增加输出功率，控制剩余荷电量较小的电池单元减小输出功率。
本实施例中，高压配电盒具有兼容性，可根据电池组接口数量、电机控制器接口数量、充电接口数量调整产品配置，兼容多种***构型需求，单一高压配电盒同时兼容50kWh～700kWh电量配置，兼容单电机负载和双电机负载，兼容单枪充电、双枪充电和单枪+500A集电弓充电等不同组合的配置需求。
高压配电盒配备检测和诊断单元，能够实现电压、电流、绝缘检测，充电、加热接触器粘连互锁检测，过压、过流保护功能，高压互锁检测功能，充电控制功能，加热控制功能，通信功能，检测和诊断单元通过CAN通信与电池控制盒(子控制器)通讯。同时，高压配电盒具有手动断路功能，短路保护功能，充电低压供电和24小时监控供电功能。
电压检测与故障上报：电池单元配备有单体电池电压和***总电压检测功能，用于监测电池***的工作状态，在***产生过压和欠压时提前发出故障预警，保证***安全运行。
电流检测与故障上报：电池单元配备有电流检测功能，如图3中的电流传感器1、电流传感器2、电流传感器3和电流传感器4，用于监测电池***的输出和充电电流大小，在***产生过载运行提前发出进行预判和降功率运行，保证***安全运行。
绝缘检测与故障上报：电池单元的电池管理***具备绝缘检测功能，当绝缘电阻低于100Ω/V时立即停止工作，提前对电池***的失效状态进行预判，防止故障进一步扩大。
过温保护：电池单元的电池箱内部均匀分布多个温度传感器，电池管理***实时监测每个温度信息，当任意一个温度超过设定值时，立即触发过温保护，禁止放电、回馈和充电，避免电池温度过高引发电池热失控。当任意一个温度超过设定的火灾预警温度值时，已严重超出正常使用温度区间，认为电池箱内部存在热源，可能刚刚发生热失控，立即触发严重高温报警，整车停车下电，并通过仪表进行告警提示，为乘客及司机预留逃生时间。
充电接触器黏连故障保护：充电回路配备正、负极接触器，用于充电上电和下电过程对充电设备的接入和断开控制，电池***设计有接触器黏连检测，在出现任一接触器出现黏连时将故障上报并禁止充电，预防因充电插座带电造成电池异常过充或对充电操作人员造成触电等伤害。
加热接触器黏连故障保护：加热回路配备加热正、负极接触器(如图3所示)，用于加热上电和下电过程对加热单元的接入和断开控制，电池***设计有接触器黏连检测，在出现任一接触器出现黏连时将故障上报，并禁止为电池单元加热，预防因加热回路长期处于工作状态对电池单元产生过放或高温失效故障。
支路断路故障报警和保护：为实现电池***的标准化、模块化，电池***采用多个支路并联的方式，如果单个支路出现断路故障，电池***可继续运行，但是断路故障的本应输出功率会叠加在其他支路上，导致其他支路过载运行，对电池***的安全性和寿命均有影响。***增加了支路断路故障报警和保护措施，有效避免了该故障对***造成不可逆的损伤。
高压互锁保护：该保护主要用于检测维修开关(MSD2)的插合状态是否良好，防止因整车高压下电检修后和长期振动工况运行导致维修开关未良好插合造成的连接热损伤，或车辆正常行驶过程中的突然异常停车问题。
短路保护：每个电池支路和***配备便于操作维护的维修开关，维修开关内置熔断器，在***发生短路时，通过熔断器的强限流特性，在电流超过预期电流(几千安～几百千安)时强行切断***回路，保证电路***的过电流可能引起导线的热损害、机械损害、绝缘损害，金属及绝缘材料的熔化、破裂、汽化，气体离子化、燃弧、起火等故障。
本发明的分布式电动客车电池***，具有以下优点：
1)提升了产品配置的电量，解决续驶里程短的问题。
2)能够承受更高的电池***充电倍率，两个电池子***一共最高可承受1200A的充电电流，缩短了充电时间；同时，解决目前大功率直流器件不成熟，不满足产品市场需求的问题。
3)多个电池子***独立工作，当其中一个电池子***出现故障，可利用其它电池子***独立运行，提升了整车可靠性。
4)高压配电盒可根据电池组接口数量、电机控制器接口数量、充电接口数量调整产品配置，兼容多种***构型需求，减少多种配置需求下高压配电盒的设计规格，缩小单一零部件的体积，又可以提升产品的可制造性和可维修性，提高产品规模化和标准。
5)避免了多根高压线束从车前绕到车尾接线距离长的问题，既减轻了整车重量，降低整车能耗，又节约了产品生产制造成本。
6)双(或多)***运行模式和单***运行模式，可提升产品整体使用寿命和可靠性。
7)充电模式多样化，既可以同时充电，以提升产品的充电倍率，缩短充电时间；也可以分时充电，以提升产品整体使用寿命和可靠性。
8)可分别在充电和放电模式下，对独立电池子***因出力不均或电池不一致导致的电池子***之间不均衡进行处理，保证***的整体寿命。
避免了多根高压线束从车前绕到车尾接线距离长的问题，既减轻了整车重量，降低整车能耗，又节约了产品生产制造成本。既可以减少多种配置需求下高压配电盒的设计规格，缩小单一零部件的体积，又可以提升产品的可制造性和可维修性，提高产品规模化和标准。
本实施例中，各电池子***的子控制器之间相互通信连接，用于实现各电池子***之间的交互通信，保证整车动力***的工作协调。具体的，各电池子***的子控制器之间的通信连接方式为：CAN通信、无线通信、Internet通信、载波通信或串口通信。作为其他实施方式，各子控制器之间也可以不需交互通信，而是通过与整车控制器通信，实现各电池子***之间的协调工作。
本实施例中，所述电机控制器的数量与电池子***的数量相等，均为两个；作为其他实施方式，若为电动客车上包括三套正常动力***(相当于含有三个电机控制器)，则对应电池子***的数量为三个。
本实施例中，采用整车控制器实现各电池子***的调度管理，作为其他实施方式，还可以另设一总控制器，专用于进行调度管理，且总控制器可以是微处理器，如ARM等，还可以是可编程芯片，如FPGA、DSP等。
***实施例：
提出一种分布式电动客车电池***，包括两个以上独立运行的电池子***，每个电池子***包括：电池单元，高压配电盒和子控制器，其中高压配电盒设置有：
电池接口，所述电池接口与所述电池单元连接；
充电接口，用于连接充电模块；
功率输出接口，用于连接车辆对应的一个电机控制器；
所述子控制器用于根据整车电量需求，结合自身电池单元状态和其他电池子***的电池单元状态，对自身电池单元进行充电调度；以及所述子控制器用于根据整车动力需求，结合自身电池单元状态和其他电池子***的电池单元状态，对自身电池单元进行功率输出调度。
由于本实施例中的分布式电动客车电池***，即为客车实施例中的分布式电动客车电池***进行清楚、完整的介绍，因此，本实施例不再对分布式电动客车电池***进行赘述。
需要说明的是，本实施例中，各电池子***的子控制器需与整车控制器通信连接，就能够实现充电调度、功率输出调度；作为其他实施方式，分布式电动客车电池***中各子控制器之间相互通信连接，各电池子***之间交互通信，实现各电池子***的调度管理，而不必通过整车控制器进行调度管理。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
例如，在客车实施例中，还可以设置与整车控制器连接的仪表，用于显示两套电池子***的状态和故障码，还可以通过控制后台远程监控电池子***的状态和故障码。
Claims (10)
1.一种分布式电动客车电池***，其特征在于，该***包括：
两个以上独立运行的电池子***，每个电池子***包括：电池单元，高压配电盒和子控制器，其中高压配电盒设置有：
电池接口，所述电池接口与所述电池单元连接；
充电接口，用于连接充电模块；
功率输出接口，用于连接车辆对应的一个电机控制器；
所述子控制器用于根据整车电量需求，结合自身电池单元状态和其他电池子***的电池单元状态，对自身电池单元进行充电调度；以及所述子控制器用于根据整车动力需求，结合自身电池单元状态和其他电池子***的电池单元状态，对自身电池单元进行功率输出调度。
2.根据权利要求1所述的分布式电动客车电池***，其特征在于，所述子控制器还用于：
将自身电池单元的累计放电电量分别与其他电池子***中电池单元的累计放电电量进行偏差量的比较，当所述偏差量大于第一设定值时，判断累计放电电量较大的电池单元的剩余荷电量是否大于或等于第二设定值，若是，则控制所述累计放电电量较大的电池单元增加输出功率，控制累计放电电量较小的电池单元减小输出功率；所述第一设定值是单个电池子***的设定百分比的额定电量。
3.根据权利要求1所述的分布式电动客车电池***，其特征在于，所述子控制器还用于：
获取各电池子***中电池单元的剩余荷电量，比较各电池单元之间的剩余荷电量差值，当存在剩余荷电量的差值大于或等于设定电量阈值时，控制剩余荷电量较大的电池单元增加输出功率，控制剩余荷电量较小的电池单元减小输出功率。
4.根据权利要求1-3任一项所述的分布式电动客车电池***，其特征在于，各电池子***的充电模式分为同时充电模式和分时充电模式；
在同时充电模式下，控制各电池子***的电池单元同时进行充电，当任一电池子***的电池单元充满电或发生故障，控制所有电池子***均停止充电；在分时充电模式下，控制各电池子***分时进行充电。
5.根据权利要求1-3任一项所述的分布式电动客车电池***，其特征在于，各电池子***的子控制器之间相互通信连接，用于实现各电池子***之间的交互通信。
6.根据权利要求5所述的分布式电动客车电池***，其特征在于，所述各电池子***的子控制器之间的通信连接方式为：CAN通信、无线通信、Internet通信、载波通信或串口通信。
7.一种电动客车，其特征在于，所述电动客车上包括电机控制器，充电模块，以及如权利要求1-6任一项所述的分布式电动客车电池***，所述电机控制器的数量与电池子***的数量相等。
8.根据权利要求7所述的电动客车，其特征在于，还包括总控制器，所述总控制器分别通信连接各电池子***的子控制器，用于根据整车工况需求确定分布式电动客车电池***的运行模式，向相应电池子***发送运行命令；所述运行模式分为单子***运行模式和多子***运行模式。
9.根据权利要求8所述的电动客车，其特征在于，所述总控制器为整车控制器。
10.根据权利要求7所述的电动客车，其特征在于，各独立运行的电池子***之间在所述电动客车中分开布置。
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