CN114771347A - 一种换电电动汽车用电源***及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换电电动汽车用电源***及其控制方法，包括：车载电池包、换电电池包、电源变换器、总控模块、电源分配器和连接线；总控模块能与整车控制器、车载电池包、换电电池包、电源分配器PDU和电源变换器进行通讯，协调车载电池包、换电电池包单独或者联合为整车电机供电，或通过电源变换器由换电电池包为车载电池包补充电；本发明提供的电动汽车电源***改变了车载电池包为主供电源的模式，将车载电池包设计成小电量，初步实现车电分离；采用大容量快换电电池包作为主供电源，不但能够直接为整车电机供电，还能为车载电池包补充电，快速增加电动汽车的行驶里程，消除驾驶员的里程焦虑。

Description

一种换电电动汽车用电源***及其控制方法

技术领域

本发明涉及电池***，具体是一种换电电动汽车用电源***及其控制方法。

背景技术

电动汽车省去了油箱、发动机、变速器、冷却***和排气***，相比传统汽车的内燃油发动机动力***，电机和控制器的成本更低，且电动汽车能量转换效率更高。但电动汽车的缺点是续航里程短，充电频次高。对此，现有技术中，有很多针对电动汽车充电桩成本和充电效率改进的技术。比如：公开号CN 113022367A《一种纯电动汽车的副电池标准装置及快换***》 提供了一种纯电动汽车的副电池标准装置、副电池简易快换***以及副电池自动快换***，方便电动汽车快速更换电池。但是该技术重点解决了副电池快速更换的问题，对于车载电池仍是按传统方式充电，副电池不能够对车载主电池进行充电。对此，申请人在公开号CN 114132222 A 《电动汽车用混合电源***及其控制方法、电动汽车》专利中，公开了一种能够在不断开主电池包的放电端口的情况下，实现换电电池包的自动优先放电的技术，同时，换电电池包在负载不工作时还为主电池包补充电。但是，该技术仍旧是以车载电池为主电池包，换电电池包为补充这一思路出发，更多的是依靠车载电池包工作，没有跳出传统的思维模式。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述缺陷提供一种换电电动汽车用电源***及其控制方法，该电源***以换电电池包为主要能量来源，车载电池包以满足整车启动和基本的行驶里程要求的思路设计。

本发明的技术方案：一种换电电动汽车用电源***，包括：车载电池包、换电电池包、电源变换器、总控模块、电源分配器（PDU）和连接线；总控模块能与整车控制器（ECU）、车载电池包、换电电池包、电源分配器（PDU）和电源变换器进行通讯，协调车载电池包、换电电池包单独或者联合为整车电机供，或通过电源变换器，由换电电池包为车载电池包补充电。

所述车载电池包包括电池模组、车载电池管理***（BMS1）、车载电池包继电器、车载电池包数据采集模块、车载电池包通讯模块和连接线；通过车载电池管理***（BMS1）和总控模块联合控制车载电池包继电器与整车电机或电源变换器的通断连接。

所述换电电池包包括电池、换电电池管理***（BMS2）、继电器、数据采集模块、通讯模块和连接线；通过换电电池管理***（BMS2）和总控模块联合控制换电电池包内继电器与整车电机和电源变换器的通断连接。

所述总控模块能够与整车控制器（ECU）、车载电池包、换电电池包、电源分配器（PDU）和电源变换器之间进行通讯；与车载电池包或换电电池包内BMS联合控制各自包内继电器的通断，实现换电电池包和车载电池包单独或者联合给整车电机供电；当两个电池包一同为整车电机供电时，由总控模块和PDU联合协调两个电池包的输出功率；通过优化总控模块的控制策略，让换电电池包优先单独为整车电机供电。

所述电源变换器包括DC/DC、继电器、数据采集模块、通讯模块和连接线；通过所述电源变换器，由换电电池包为车载电池包补充电。

上述换电电动汽车用电源***中，所述车载电池包可以满足满足整车启动和基本的行驶里程要求。

进一步的，所述车载电池包仅能提供有限车速和不超过40km行驶里程的功率和能量。

上述换电电动汽车用电源***中，所述大容量快换电电池包可以直接为整车电机供电、或与车载电池包联合给车或为车载电池包补充电。通过优化总控模块的控制参数，让换电电池包优先单独为整车电机供电。

一种换电电动汽车用电源***的控制方法，步骤如下：

步骤1，将换电电池包更换到位，总控模块上电并与换电电池包和车载电池包通讯正常后，发出换电电池包和车载电池包内继电器闭合指令，通过通讯模块将指令发送给各自电池包内的BMS。

步骤2，换电电池包和车载电池包BMS依据数据采集模块采集到各自包内电压、温度和电流数据，测算出电池包当前SOC和SOH等数据，判断是否闭合包内继电器，并将相关信息上报给总控模块。

步骤3，总控模块依据换电电池包和车载电池包BMS上传的SOH、SOC数据和继电器开闭信息，判定由换电电池包和车载电池包单独或者联合给整车电机供电，并发出相关信息给整车控制器（ECU），并判断换电电池包是否满足给车载电池包补充电条件，并发出相关指令给电源变换器、换电电池包和车载电池包。当两个电池包一同为整车电机供电时，由总控模块和PDU联合协调两个电池包的输出功率。

步骤4，电源变换器接收到总控模块发过来的充电指令后，在确认换电电池包和车载电池包内继电器闭合、换电电池包负载不大、换电电池包满足放电要求、车载电池包满足充电要求时，由换电电池包对车载电池包补充电。

步骤5，当车载电池包内BMS判断包内电池充满电后，向电源变换器发送满充电指令，并断开包内充电继电器。

步骤6，当换电电池包或车载电包内BMS判断本包内SOH和SOC等参数不满足放电要求时，各BMS断开各自包内继电器，由换电电池包或车载电包单独为整车电机供电，或两个电池包都停止供电，并向总控模块发送断电信息，总控模块向整车ECU发送断电请求，并上报两个电池包的SOC和SOH等信息。

其中：本发明中未明确指出的电源变换器、能源管理器、车载电池包以及换电电池包的相关工作原理或者实现方式与公开号CN 114132222 A《电动汽车用混合电源***及其控制方法、电动汽车》中的一致，不再重复描述。

本发明的优点

1、本发明提供了一种新的电动汽车电源***设计思路，改变了车载电池包为主供电源的模式，将车载电池包设计成小电量，初步实现车电分离；采用大容量快换电电池包作为主供电源，不但能够直接为整车电机供电，还能为车载电池包补充电，快速增加电动汽车的行驶里程，消除驾驶员的里程焦虑证。

2、本发明采用小容量车载池包，只需满足整车启动和基本的行驶里程要求，降低了整车采购成本，减缓了电动汽车的折旧。

附图说明

图1是本发明的电气控制原理图；

图2是电源***的控制动作流程图。

图中：1-电池模组；2-车载电池包数据采集模块；3-负接线柱；4-正接线柱；5-车载电池包继电器；6-车载电池包通讯模块；7-总控模块；8-电源变换器；9-电机控制器；10-车载电池包；11-换电电池包；BMS1-车载电池管理***；BMS2-换电电池管理***；ECU-整车控制器；PDU-电源分配器。

具体实施方式

实施例1（换电电池包单独供电模式）

一种换电电动汽车用电源***的控制方法，步骤如下：

步骤1，将换电电池包更换到位，总控模块上电并与换电电池包和车载电池包通讯正常后，但总控模块接收到车载电池包的充电请求信息后，总控模块发出车载电池包继电器断开、换电电池包继电器闭合指令。

步骤2，换电电池包和车载电池包BMS依据数据采集模块采集到的包内电压、温度和电流等数据，测算出换电电池包和车载电池包当前各自的SOC和SOH数据。

步骤3，当换电电池包的SOH≥80%且SOC≥10%，车载电池包的SOH<80%或 SOC<20%，闭合换电电池包内继电器，断开车载电池包内继电器；总控模块和PDU联合控制换电电池包单独给整车电机供电，并发送相关信息给整车控制器。

步骤4，当换电电池包的SOH<80%或SOC<0%，换电电池管理***BMS2向总控模块发出断电和电池包更换相关信息，并断开包内继电器，总控模块向整车ECU发送断电请求，并上报两个电池包的SOC和SOH信息。

实施例2（车载电池包和换电电池包联合供电模式）

一种换电电动汽车用电源***的控制方法，步骤如下：

步骤1，将换电电池包更换到位，总控模块上电并与换电电池包和车载电池包通讯正常后，发出换电电池包和车载电池包内继电器闭合指令，通过通讯模块将指令发送给各自电池包内的BMS。

步骤2，换电电池包和车载电池包BMS依据数据采集模块采集到的包内电压、温度和电流等数据，测算出各自电池包当前SOC（SOC指电池剩余电量）和SOH（SOH指电池健康状况）数据，当车载电池包的SOH≥80%且SOC≥20%，闭合车载电池包内继电器；当换电电池包的SOH≥80%且SOC≥10%，闭合换电电池包内继电器；并将相关信息上报给总控模块。

步骤3，总控模块依据换电电池包和车载电池包BMS上传的SOH、SOC数据和继电器开闭信息，当换电电池包SOH≥80%且SOC>0%、车载电池包SOH≥80%且SOC>60%，总控模块联合PDU协调换电电池包和车载电池包按照8:2比例输出功率，联合给整车电机供电；当车载电池包的SOH<80%或SOC<60%时，车载电池管理***BMS1断开包内放电继电器，由换电电池包单独为整车电机供电，车载电池管理***BMS1同时发出充电请求信息给总控模块。当换电电池包的SOH<80%或SOC≤0%时，换电电池管理***BMS2断开包内继电器，换电电池管理***BMS2同时发出更换电池包请求信息给总控模块。

步骤4，当车载电池包的SOH≥80%且SOC<90%、换电电池包SOH≥80%且SOC>0%且SOP<20%时（SOP指换电电池包的负载功率），车载电池管理***BMS1发出充电请求，总控模块将车载电池包的充电指令发送给电源变源器。电源变换器接收到总控模块发过来的充电指令后，在确认换电电池包、车载电池包和电源变换器的继电器闭合、车载电池包的SOH≥80%且SOC<90%、换电电池包SOH≥80%且SOC>0%且SOP<20%时，通过电源变换器由换电电池包对车载电池包补充电。

步骤5，当车载电池包的SOH<80%或SOC≥100%时，车载电池管理***BMS1向电源变换器和总控模块发送满充电请求，并断开包内充电继电器。电源变换器断开继电器，停止输出电流。

步骤6，当换电电池包的SOH<80%或SOC<0%，换电电池管理***BMS2向总控模块发出断电请求，断开包内继电器，总控模块向整车ECU发送断电请求，并上报两个电池包的SOC和SOH信息。

实施例3（车载电池包单独供电，换电电池包待更换状态的模式）

一种换电电动汽车用电源***的控制方法，步骤如下：

步骤1，总控模块上电且只能和车载电池包通讯正常，未接收到换电电池管理***BMS2的任何通讯信息，或者总控模块接收到换电电池管理***BMS2发出的断电或换电请求信息，总控模块发出车载电池包继电器闭合、换电电池包继电器断开指令。

步骤2，车载电池管理***BMS1接收到总控模块闭合继电器指令后，车载电池管理***BMS1依据数据采集模块采集到的包内电压、温度和电流等数据，测算出电池包当前SOC和SOH数据，当SOH≥80%且SOC≥20%，闭合车载电池包内继电器，并将相关信息上报给总控模块。

步骤3，总控模块依据车载电池管理***BMS1上传的SOH、SOC数据和继电器开闭信息，当车载电池包的SOH≥80%且SOC≥20%，总控模块联合PDU判定由车载电池包单独给整车电机供电，并发出相关信息给整车控制器。

步骤4，当车载电池包SOH≥80%且SOC<20%，车载电池管理***BMS1向总控模块发出充电请求；当车载电池包SOH<80%或SOC<0%时，车载电池管理***BMS1向总控模块发出断电和紧急充电请求，断开包内继电器；总控模块向整车ECU发送断电请求，并上报车载电池包的SOC、SOH和车载电池包充电请求信息。

实施例4（换电电池包给车载电池包充电模式）

步骤1，将换电电池包更换到位，总控模块上电并与换电电池包和车载电池包通讯正常，且总控模块接收到车载电池包的充电请求信息后，发出换电电池包和车载电池包继电器闭合指令，通讯模块将指令发送给各自电池包内的BMS。

步骤2，换电电池包和车载电池包BMS依据各自数据采集模块采集到的包内电压、温度和电流等数据，测算出各自电池包当前SOC和SOH数据。当车载电池包的SOH≥80%且SOC<60%，车载电池管理***BMS1向总控模块发出充电请求信息；当车载电池包的SOH≥80%且SOC<90%，包内BMS向总控模块发送允充电信息，车载电池管理***BMS1闭合包内充电继电器。当换电电池包的SOH≥80%且SOC≥10%，闭合换电电池包内继电器；两个电池包内的BMS并将相关信息上报给总控模块。

步骤3，当总控模块从ECU获得整车处于停车状态时，总控模块获得车载电池管理***BMS1的充电请求或允充电信息后，总控模块给电源变源器发出充电指令。电源变换器接收到充电指令后，在确认换电电池包、车载电池包、电源变换器内继电器闭合，车载电池包的SOH≥80%且SOC<90%、换电电池包SOH≥80%且SOC>10%且SOP为0%时，通过电源变换器由换电电池包对车载电池包补充电。

步骤4，当车载电池包的SOH<80%或SOC≥100%时，车载电池管理***BMS1向电源变换器和总控模块发送满充电信息，并断开包内充电继电器；当换电电池包的SOH<80%或SOC≤0%时，换电电池管理***BMS2向电源变换器和总控模块发送电池包更换信息，并断开包内继电器；总控模块向换电电池包、车载电池包、电源变换器发出继电器断开指令。

Claims (6)

1.一种换电电动汽车用电源***，其特征在于，包括：车载电池包（10）、换电电池包（11）、电源变换器（8）、总控模块（7）、电源分配器（PDU）和连接线；总控模块（7）能与整车控制器（ECU）、车载电池包（10）、换电电池包（11）、电源分配器（PDU）和电源变换器（8）进行通讯，协调车载电池包（10）、换电电池包（11）单独或者联合为整车电机供电，或通过电源变换器（8）让换电电池包（11）为车载电池包（10）补充电；

所述车载电池包（10）包括电池模组（1）、车载电池管理***（BMS1）、车载电池包继电器（5）、车载电池包数据采集模块（2）、车载电池包通讯模块（6）和连接线；通过车载电池管理***（BMS1）和总控模块（7）联合控制车载电池包继电器与整车电机或电源变换器的通断连接；

所述换电电池包（11）包括电池、换电电池管理***（BMS2）、继电器、数据采集模块、通讯模块和连接线；通过换电电池管理***（BMS2）和总控模块联合控制换电电池包内继电器与整车电机和电源变换器的通断连接；

所述总控模块（7）能够与整车控制器（ECU）、车载电池包（10）、换电电池包（11）、电源分配器（PDU）和电源变换器（8）之间进行通讯；与车载电池包或换电电池包内BMS联合控制各自包内继电器的通断，实现换电电池包和车载电池包单独或者联合给整车电机供电；当两个电池包一同为整车电机供电时，由总控模块（7）和电源分配器（PDU）联合协调两个电池包的输出功率；通过优化总控模块的控制策略，让换电电池包优先单独为整车电机供电。

2.根据权利要求1所述的换电电动汽车用电源***，其特征在于，所述电源变换器包括DC/DC、继电器、数据采集模块、通讯模块和连接线；通过所述电源变换器，将换电电池包为整车电机供电或车载电池包补充电。

3.根据权利要求1所述的换电电动汽车用电源***，其特征在于，所述车载电池包仅满足整车启动功率和基本的行驶里程要求。

4.根据权利要求3所述的换电电动汽车用电源***，其特征在于，所述车载电池包仅能提供有限车速的功率和不超过40km行驶里程的电量。

5.根据权利要求1所述的换电电动汽车用电源***，其特征在于，所述换电电池包可以直接为整车电机供电或为车载电池包补充电,换电电池包可以提供车辆全速和设计目标行驶里程的功率和能量。

6.一种换电电动汽车用电源***的控制方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1，将换电电池包更换到位，总控模块上电并与换电电池包和车载电池包通讯正常后，发出换电电池包和车载电池包内继电器闭合指令，通过通讯模块将指令发送给各自电池包内的BMS；

步骤2，换电电池包和车载电池包内的BMS依据数据采集模块采集到各自包内电压、温度和电流数据，测算出电池包当前SOC和SOH数据，判断是否闭合包内继电器，并将相关信息上报给总控模块；

步骤3，总控模块依据换电电池包和车载电池包内的BMS上传的SOH、SOC数据和继电器开闭信息，判定由换电电池包和车载电池包单独或者联合给整车电机供电，并发出相关信息给整车控制器；判断换电电池包是否满足给换电电池包补充电条件，并发出相关指令给电源变换器、换电电池包和车载电池包；当两个电池包一同为整车电机供电时，由总控模块和PDU联合协调两个电池包的输出功率；

步骤4，电源变换器接收到总控模块发过来的充电指令后，在确认换电电池包和车载电池包内继电器闭合，换电电池包SOH和SOC等参数满足放电要求、车载电池包SOH和SOC等参数满足充电要求时，由换电电池包对车载电池包补充电；

步骤5，当车载电池包内BMS判断包内电池充满电后，向电源变换器发送满充电指令并断开包内充电继电器；

步骤6，当换电电池包或车载电包内BMS判断本包内电池SOH和SOC参数不满足放电要求时，各自包内BMS断开该包内继电器，由换电电池包或车载电包单独为整车电机供电，或两个电池包都停止供电，并向总控模块发送断电信息，总控模块向整车ECU发送断电请求，并上报两个电池包的SOC和SOH信息；通过优化总控模块的控制策略，让换电电池包优先单独为整车电机供电。

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