一种包含储能装置的车辆的制作方法

本发明涉及一种包含储能装置的车辆，具体涉及车内电池控制及保护。

背景技术：

新能源电动汽车越来越成为汽车市场主流，然而，电动汽车通常利用高能量密度电池进行驱动，然而，当发生碰撞或当经受过多热或者机械应力时，高能量密度电池在称为热失控的危险放热反应中可能无法控制地释放其能量并且爆炸或者着火，车内电池之间通常距离较近，因此，一块损坏电池所生成的热能量会传递至其他电池，导致这些邻近电池经历相同的放热反应，从而使连锁危险反应蔓延。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，发明一种包含储能装置的车辆，可以实现在检测到事故时，迅速减少电池内的能量，使用快速冷却系统减少电池组内的能量，可以快速进行电池内的能量转移至单一的大容量储能装置，并对该储能装置进行冷却，以防止某块损坏电池生成的热量会传递至其他电池，导致这些邻近电池经历相同的放热反应，从而使连锁危险反应蔓延。

一种包含储能装置的车辆，它包括：多个储能装置、电机、车内电子设备、多个变换器、开关和控制器，其特征在于：多个储能装置通过多个变换器为电机和车内电子设备供电，控制器响应检测到的故障条件而使多个储能装置放电或进行能量转移。

包含储能装置的车辆还包括碰撞检测传感器，碰撞检测传感器用于检测车辆是否将要发生碰撞或已经发生碰撞，并将检测结果作为故障条件发送至控制器。

包含储能装置的车辆还包括多个电阻和多个开关，控制器响应检测到的故障条件而使开关闭合，通过包含储能装置、开关和电阻的放电回路对储能装置放电。

包含储能装置的车辆还包括大容量储能装置，控制器响应检测到的故障条件而使包含开关、变换器、储能装置和大容量储能装置的能量转移回路导通，将储能装置的能量转移至大容量储能装置中。

发生故障后用户结合自身情况向控制器输入用户指令，所述用户指令分两种：一种是快速放电指令，另一种是快速进行能量转移指令，当指令为快速放电指令时，控制器响应检测到的故障条件而使开关闭合，通过包含储能装置、开关和电阻的放电回路对储能装置放电，并将每个储能装置的荷电状态降低至第一阈值以下，当指令为快速进行能量转移指令时，控制器将放电回路断开，使包含开关、变换器、储能装置和大容量储能装置的回路导通，将储能装置的能量转移至大容量储能装置中，并将每个储能装置的荷电状态降低至第二阈值以下。

包含储能装置的车辆还包括冷却系统，冷却系统用于对车内热源进行冷却，当车辆未发生故障时，热源热源为多个储能装置和多个变换器，当车辆发生故障且放电回路导通时，热源为放电回路中的电阻和储能装置，当车辆发生故障且能量转移回路导通时，热源为能量转移回路中的储能装置、大容量储能装置和变换器。

冷却系统包括两个散热回路，当第一散热回路不足以使得热源和热源所处环境的温度降低到安全阈值以下时，启动第二散热回路，由第一散热回路和第二散热回路同时进行冷却，如果第一散热回路和第二散热回路仍不足以使得热源和热源所处环境的温度降低到安全阈值以下且放电回路导通时，断开部分放电回路，如果第一散热回路和第二散热回路仍不足以使得热源和热源所处环境的温度降低到安全阈值以下且能量转移回路导通时，控制器降低变换器的输出功率以降低热源的发热量。

当控制器响应检测到的故障条件时，通过开关将储能装置由串联连接状态转换为并联连接状态，故障之后，通过开关控制将多个放电后导致剩余电量较小的多个电池并联起来，对车内电子设备供电，实现在电池爆炸风险较低的情况下，提供应急备用电源，或通过单个大容量储能装置内的能量，提供应急备用电源。

多个储能装置分别是储能装置100、储能装置101和储能装置102，多个直流-直流变换器分别是直流直流变换器104和直流直流变换器105、多个开关分别是开关111、开关112、开关113、开关114、开关115、开关116、开关117、开关118、开关119、开关120、开关121、开关124和开关125；储能装置100与开关114相连，开关114另一端与开关111相连，开关111另一端与电阻108相连，电阻108另一端与开关114相连；储能装置101与开关115相连，开关115另一端与开关112相连，开关112另一端与电阻109相连，电阻109另一端与开关115相连；储能装置102与开关116相连，开关116另一端与开关113相连，开关113另一端与电阻110相连，电阻110另一端与开关116相连；开关124一端分别连接开关111和开关120，另一端连接直流母线122，开关125一端分别连接电阻110和开关120，另一端连接直流母线123，开关120与直流直流变换器104相连，直流直流变换器104与电机106相连，开关121一端连接直流母线122，另一端连接直流母线123，开关121另一端连接直流直流变换器105，直流直流变换器105另一端连接大容量储能装置103，控制器107分别连接开关111、开关112、开关113、开关114、开关115、开关116、开关117、开关118、开关119、开关120、开关121、开关124、开关125、直流直流变换器104和直流直流变换器105，车内电子设备126分别与直流直流变换器104和电机106相连，当碰撞检测传感器未检测到碰撞事故发生时，控制器107控制开关114、开关115、开关116和开关120闭合，其它开关断开，储能装置100、储能装置101和储能装置102串联后经直流直流变换器104为车内用电负载供电，当碰撞检测传感器检测到碰撞事故发生且指令为快速放电指令时，控制器107控制开关114、开关115、开关116、开关111、开关112和开关113闭合，其它开关断开，储能装置100通过电阻108放电，储能装置101通过电阻109放电，储能装置102通过电阻110放电，当碰撞检测传感器检测到碰撞事故发生且指令为快速进行能量转移指令时，控制器107控制开关117、开关118、开关119和开关121闭合，其它开关断开，储能装置100、储能装置101和储能装置102并联后通过直流母线和直流直流变换器105对大容量储能装置进行充电。

冷却系统包括冷却器、多个阀门、冷却液泵、冷却系统控制器、多个温度传感器、压缩机和冷凝器，热源200通过热管与冷却器201相连，冷却器201通过热管与阀门202相连，阀门202通过热管与冷却液泵203相连，冷却液泵203通过热管与热源相连，冷却器201通过热管与压缩机206相连，压缩机206通过热管与冷却器207相连，冷却器207通过热管与阀门208相连，阀门208通过热管与冷却器201相连，温度传感器209用于检测热源200的温度，温度传感器210用于检测环境温度，环境温度为热源所处环境温度或所述存储仓的温度，温度传感器204用于检测冷却液温度，当碰撞检测传感器未检测到碰撞事故发生时，储能装置100、储能装置101和储能装置102为热源，当碰撞检测传感器检测到碰撞事故发生且指令为快速放电指令时，储能装置100、储能装置101、储能装置102、电阻108、电阻109和电阻110为热源，当碰撞检测传感器检测到碰撞事故发生且指令为快速进行能量转移指令时，储能装置100、储能装置101、储能装置102、直流直流变换器105和大容量储能装置103为热源，冷却系统按照如下方式调节热源和热源所处环境的温度，步骤301）通过温度传感器检测热源本体的温度，并将检测温度值发送至冷却系统控制器；步骤302）冷却系统控制器判断热源本体的温度是否高于安全温度；当热源本体的温度高于安全温度则进入步骤303，步骤303）冷却系统控制器调节第一散热回路阀门直至热源本体温度处于安全温度范围内；当热源本体的温度低于安全温度则进入步骤304，步骤304）通过温度传感器检测热源所处环境的温度，并将检测温度值发送至冷却控制器；步骤305）冷却系统控制器判断热源本体所处环境的温度是否高于安全温度；当热源本体所处环境的温度低于安全温度则进入步骤308；当热源本体所处环境的温度高于安全温度则进入步骤306；步骤306）冷却系统控制器增加冷却液泵功率并判断热源本体所处环境的温度是否高于安全温度；当热源本体所处环境的温度低于安全温度则进入步骤308；当热源本体所处环境的温度高于安全温度则进入步骤307；步骤307）判断冷却液泵功率是否已达到最大值；当冷却液泵功率未达到最大值则返回步骤306，当冷却液泵功率达到最大值则进入步骤309；步骤309）启动第二散热回路并检测热源本体所处环境的温度；步骤310）冷却系统控制器调节第二散热回路阀门并判断热源本体所处环境的温度是否高于安全温度，若否则进入步骤308，若是则进入步骤311；步骤311）冷却系统控制器增加压缩机功率并判断热源本体所处环境的温度是否高于安全温度；若否则进入步骤308，若是则进入步骤312；步骤312）压缩机功率是否已达到最大值；若否则返回步骤311，若是则进入步骤313；步骤313）放电回路导通时断开部分放电回路，能量转移回路导通时，控制器降低变换器的输出功率直至热源本体及其所处环境温度低于安全温度。

实施本发明的电动汽车电池保护系统，具有以下有益效果，发生事故时，通过放电电阻快速降低所有电池内的能量，降低高能量电池发生爆炸的可能性；

通过电量转移，减小损坏时单块电池进入热失控状态的机会，降低热失控状态将蔓延至组内邻近电池的可能性；在汽车正常状态下，通过电池冷却系统为电池降温，可以使得电池工作在最佳工作状态，并提升电池的使用寿命，降低电池热失控发生的可能性；通过电池串联放电，并联进行放电或电荷转移，以提升电池的使用效率，并提升放电和能量转移效率；可以在故障情况下或事故后，通过开关控制将多个放电后导致剩余电量较小的多个电池并联起来，对车内电子设备供电，实现在电池爆炸风险较低的情况下，提供应急备用电源；可以在故障条件下或故障后，利用单个大容量储能装置内的能量，提供应急备用电源；通过两路散热回路的设置增大了散热能力，并可以根据实际需要调节散热功率，节约了能量同时在故障条件下又可以满足大容量散热设备，例如放电电阻和充放电储能装置，快速散热的需求；通过制冷系统和电路控制的联合控制，使得即便在制冷系统不能满足降温需求时，也可以通过调整电路的方式调节热源释放的能量，由此保持车内储能装置及其所处环境的温度在安全范围内，进一步降低发生电池热失控故障的可能性。

附图说明

图1为车内电池系统原理图。

图2为车内电池冷却系统原理图。

图3a为第一散热回路控制流程图。

图3b为第二散热回路控制流程图。

图4能量转移回路中的直流直流变换器实现温度控制功率的电路图。

具体实施方式

图1为为车内电池系统原理图：图1中多个储能装置分别是储能装置100、储能装置101和储能装置102，多个直流-直流变换器分别是直流直流变换器104和直流直流变换器105、多个开关分别是开关111、开关112、开关113、开关114、开关115、开关116、开关117、开关118、开关119、开关120、开关121、开关124和开关125；储能装置100与开关114相连，开关114另一端与开关111相连，开关111另一端与电阻108相连，电阻108另一端与开关114相连；储能装置101与开关115相连，开关115另一端与开关112相连，开关112另一端与电阻109相连，电阻109另一端与开关115相连；储能装置102与开关116相连，开关116另一端与开关113相连，开关113另一端与电阻110相连，电阻110另一端与开关116相连；开关124一端分别连接开关111和开关120，另一端连接直流母线122，开关125一端分别连接电阻110和开关120，另一端连接直流母线123，开关120与直流直流变换器104相连，直流直流变换器104与电机106相连，开关121一端连接直流母线122，另一端连接直流母线123，开关121另一端连接直流直流变换器105，直流直流变换器105另一端连接大容量储能装置103，控制器107分别连接开关111、开关112、开关113、开关114、开关115、开关116、开关117、开关118、开关119、开关120、开关121、开关124、开关125、直流直流变换器104和直流直流变换器105，车内电子设备126分别与直流直流变换器104和电机106相连，当碰撞检测传感器未检测到碰撞事故发生时，控制器107控制开关114、开关115、开关116和开关120闭合，其它开关断开，储能装置100、储能装置101和储能装置102串联后经直流直流变换器104为车内用电负载供电，当碰撞检测传感器检测到碰撞事故发生且指令为快速放电指令时，控制器107控制开关114、开关115、开关116、开关111、开关112和开关113闭合，其它开关断开，储能装置100通过电阻108放电，储能装置101通过电阻109放电，储能装置102通过电阻110放电，当碰撞检测传感器检测到碰撞事故发生且指令为快速进行能量转移指令时，控制器107控制开关117、开关118、开关119和开关121闭合，其它开关断开，储能装置100、储能装置101和储能装置102并联后通过直流母线和直流直流变换器105对大容量储能装置进行充电。

图2为车内电池冷却系统原理图，图2中冷却系统包括：冷却系统包括冷却器、多个阀门、冷却液泵、冷却系统控制器、多个温度传感器、压缩机和冷凝器。热源200通过热管与冷却器201相连，冷却器201通过热管与阀门202相连，阀门202通过热管与冷却液泵203相连，冷却液泵203通过热管与热源相连，冷却器201通过热管与压缩机206相连，压缩机206通过热管与冷却器207相连，冷却器207通过热管与阀门208相连，阀门208通过热管与冷却器201相连，温度传感器209用于检测热源200的温度，温度传感器210用于检测环境温度，环境温度为热源所处环境温度或所述存储仓的温度，温度传感器204用于检测冷却液温度，当碰撞检测传感器未检测到碰撞事故发生时，储能装置100、储能装置101和储能装置102为热源，当碰撞检测传感器检测到碰撞事故发生且指令为快速放电指令时，储能装置100、储能装置101、储能装置102、电阻108、电阻109和电阻110为热源，当碰撞检测传感器检测到碰撞事故发生且指令为快速进行能量转移指令时，储能装置100、储能装置101、储能装置102和大容量储能装置103为热源。

图3a为第一散热回路控制流程图，图3b为第二散热回路控制流程图，冷却系统按照如下方式调节热源和热源所处环境的温度，步骤301）通过温度传感器检测热源本体的温度，并将检测温度值发送至冷却系统控制器；步骤302）冷却系统控制器判断热源本体的温度是否高于安全温度；当热源本体的温度高于安全温度则进入步骤303，步骤303）冷却系统控制器调节第一散热回路阀门直至热源本体温度处于安全温度范围内；当热源本体的温度低于安全温度则进入步骤304，步骤304）通过温度传感器检测热源所处环境的温度，并将检测温度值发送至冷却控制器；步骤305）冷却系统控制器判断热源本体所处环境的温度是否高于安全温度；当热源本体所处环境的温度低于安全温度则进入步骤308；当热源本体所处环境的温度高于安全温度则进入步骤306；步骤306）冷却系统控制器增加冷却液泵功率并判断热源本体所处环境的温度是否高于安全温度；当热源本体所处环境的温度低于安全温度则进入步骤308；当热源本体所处环境的温度高于安全温度则进入步骤307；步骤307）判断冷却液泵功率是否已达到最大值；当冷却液泵功率未达到最大值则返回步骤306，当冷却液泵功率达到最大值则进入步骤309；步骤309）启动第二散热回路并检测热源本体所处环境的温度；步骤310）冷却系统控制器调节第二散热回路阀门并判断热源本体所处环境的温度是否高于安全温度，若否则进入步骤308，若是则进入步骤311；步骤311）冷却系统控制器增加压缩机功率并判断热源本体所处环境的温度是否高于安全温度；若否则进入步骤308，若是则进入步骤312；步骤312）压缩机功率是否已达到最大值；若否则返回步骤311，若是则进入步骤313；步骤313）放电回路导通时断开部分放电回路，能量转移回路导通时，控制器降低变换器的输出功率直至热源本体及其所处环境温度低于安全温度。

图4能量转移回路中的直流直流变换器实现温度控制功率的电路图，图4中温度控制功率的电路包含参考电压输入端300、热敏电阻301、电阻302、电阻303、电容304、电阻305、电阻306、运算放大器307、电阻308、电容309、电阻310、电阻311、电阻312、辅助电源输入端313、电阻314、电容315、三端稳压管316、电阻317、光耦318、电阻319、pwm控制芯片u1，当热敏电阻301所处环境温度过高时，热敏电阻301阻值增大，导致电阻302分压较小，电阻302上降低的电压信号通过电阻303和电容304组成的滤波电路后，输入至运算放大器307、电阻305和电阻306组成的信号放大电路，经电阻308和电容309组成的滤波电路后，输入至电阻310和电阻312组成的分压电路，电阻312的的电压降低，导致光耦317电流增大，通过光耦传递到原边pwm控制芯片u1，u1的1脚电压降低可以使其6脚输出减少的pwm占空比信号至直流直流变换器，降低了直流直流变换器的功率、储能装置的充放电功率，从而降低热源及其所处环境的温度。

本发明不限于所公开的实施例和附图，旨在覆盖落入本发明精神和保护范围的各种变化和变形。