电动重型卡车用电源系统及电动重型卡车的制作方法

1.本发明属于新能源汽车技术领域，具体涉及一种电动重型卡车用电源系统及电动重型卡车。


背景技术：

2.近年来，随着电池技术的发展，新能源汽车因绿色环保，符合国家可持续发展战略，近年来得到了迅猛发展；但在重型卡车领域，由于其用电量大，电池充时间长，充电电流大，充电插口易损坏，制约了电动重型卡车普及及经济性。为此，换电型重型卡车就应运而生。
3.在中国专利cn111717062a中，应用换电堆垛机，在车辆换电停靠区域车辆穿梭方向的侧方，将待换电车辆上的亏电电池取下，将充满电的电池运载并安装在车辆上；电池存储区域设置在车辆换电停靠区域的侧方和/或上方，用于承载电池并为其充电，缩小了换电站的占地面积，加快了换电效率。
4.为了提升换电站的灵活转移性能，在中国专利cn113400993a中，提出了一种移动式重卡换电站，在可移动式半挂承载架上设置有电池仓，重卡换电电池包安放在缓存电池仓中，换电站主仓体上设有用于移入移出换电电池包的换电仓门，以及用于移转换电电池包的换电机器人机构。然而，当前的重卡换电电池包重量重，换电操作复杂，需用专用设备才能完成，相比电动乘用车的充、换电都难度更大。如在中国专利cn112248877a中，需在换电电池包底部使用滑轨组件，配合轴承滑轨支架，来解决重卡沉重换电电池包安装难题。在中国专利cn113103910a中也采用了滑动轨道和换电机器人来进行电池包的更换。在中国专利cn113400994a专利中，通过对现有的换电电池包以及换电电池包底座结构进行改进，使得换电过程能够更加快速灵活。
5.综上，现有的电动重卡用电池包电量多、重量重、充电时间长、换电过程复杂，导致现有电动重卡运营效率低、购置成本高、充换电困难，无法很好地满足实际的使用需求。


技术实现要素：

6.本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种电动重型卡车用电源系统及电动重型卡车。
7.为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
8.《方案一》
9.本发明提供一种电动重型卡车用电源系统，用于为电动重型卡车供电，具有这样的特征，包括：主电池包，固定安装在电动重型卡车上；换电电池包，可拆卸地安装在电动重型卡车上；以及能量变换器，与主电池包和换电电池包分别通信连接，能量变换器的输入端与换电电池包的输出端电连接，能量变换器的输出端与主电池包的输出端并联连接，其中，主电池包和换电电池包分别具有各自的bms系统，能量变换器包含通信模块、adc模块、微处理器、pwm模块以及igbt模块，通信模块用于从主电池包的bms系统实时获取主电池包运行
信息、以及从换电电池包的bms系统实时获取换电电池包运行信息，adc模块用于实时获取能量变换器运行信息，该能量变换器运行信息至少包含能量变换器的输入端电压、输出端电压以及输出端电流，微处理器根据能量变换器运行信息判断能量变换器是否处于工作正常状态，一旦判断能量变换器处于工作正常状态，微处理器就会进一步根据主电池包运行信息判断主电池包是否符合预设允充条件，并根据换电电池包运行信息判断换电电池包是否符合预设允放条件，一旦判断主电池包符合预设允充条件且换电电池包符合预设允放条件，pwm模块就根据adc模块实时获取到的能量变换器的输出端电压和输出端电流动态调节igbt模块的占空比，使能量变换器满负荷恒功率输出且igbt模块的输出电压略高于主电池包的电压，从而让换电电池包优先放电。
10.在本发明提供的电动重型卡车用电源系统中，还可以具有这样的特征：其中，微处理器根据能量变换器运行信息判断能量变换器是否处于工作正常状态的过程为：微处理器判断能量变换器的输入端电压和输出端电压是否分别大于第一预设电压值和第二预设电压值，一旦判断输入端电压大于第一预设电压值且输出端电压大于第二预设电压值，就判定能量变换器处于工作正常状态。
11.在本发明提供的电动重型卡车用电源系统中，还可以具有这样的特征：其中，主电池包运行信息至少包含主电池包的输出电压、输出电流、soc、温度、单体电池电压差以及绝缘阻值，预设允充条件为：输出电压小于预设充电最高电压、输出电流小于预设充电最大电流、soc小于100％、温度在第一预设温度范围内、单体电池电压差小于第一预设电压差、且绝缘阻值不小于第一预设绝缘阻值。
12.在本发明提供的电动重型卡车用电源系统中，还可以具有这样的特征：其中，一旦能量变换器满负荷恒功率输出，微处理器就判断主电池包的输出电压是否不小于预设充电最高电压、输出电流是否不小于预设充电最大电流、soc是否等于100％、温度是否不在第一预设温度范围内、单体电池电压差是否不小于第一预设电压差、以及绝缘阻值是否小于第一预设绝缘阻值，一旦判断输出电压不小于预设充电最高电压、输出电流不小于预设充电最大电流、soc等于100％、温度不在第一预设温度范围内、单体电池电压差不小于第一预设电压差、以及绝缘阻值小于第一预设绝缘阻值中的任意一者成立，pwm模块就控制能量变换器进入待机状态。
13.在本发明提供的电动重型卡车用电源系统中，还可以具有这样的特征：其中，换电电池包运行信息至少包含换电电池包的输出电压、输出电流、soc、温度、单体电池电压差以及绝缘阻值，预设允放条件为：输出电压大于预设放电最低电压、输出电流小于预设放电最大电流、soc大于0％、温度在第二预设温度范围内、单体电池电压差小于第二预设电压差、且绝缘阻值不小于第二预设绝缘阻值。
14.在本发明提供的电动重型卡车用电源系统中，还可以具有这样的特征：其中，一旦能量变换器满负荷恒功率输出，微处理器就判断换电电池包的输出电压是否不大于预设放电最低电压、输出电流是否不小于预设放电最大电流、soc是否等于0％、温度是否不在第二预设温度范围内、单体电池电压差是否不小于第二预设电压差、以及绝缘阻值是否小于第二预设绝缘阻值，一旦判断换电电池包的输出电压不大于预设放电最低电压、输出电流不小于预设放电最大电流、soc等于0％、温度不在第二预设温度范围、单体电池电压差不小于第二预设电压差、以及绝缘阻值小于第二预设绝缘阻值中的任意一者成立，pwm模块就控制
能量变换器进入待机状态。
15.在本发明提供的电动重型卡车用电源系统中，还可以具有这样的特征：其中，换电电池包还具有继电器，一旦能量变换器进入待机状态，换电电池包的bms系统就控制继电器断开，并将断电信息发送给能量变换器，一旦通信模块接收到断电信息，微处理器就生成更换电池包警示信息，通信模块将更换电池包警示信息发送给电动重型卡车的整车控制器。
16.在本发明提供的电动重型卡车用电源系统中，还可以具有这样的特征：其中，换电电池包选用长寿命、功率能量兼顾型电池组。
17.《方案二》
18.本发明还提供了一种电动重型卡车，具有这样的特征，包括：车用电源系统，其中，车用电源系统为《方案一》的电动重型卡车用电源系统。
19.发明的作用与效果
20.根据本发明所涉及的电动重型卡车用电源系统及电动重型卡车，因为具有主电池包、换电电池包以及能量变换器，主电池包固定安装在电动重型卡车上，换电电池包可拆卸地安装在电动重型卡车上，能量变换器包含通信模块、adc模块、微处理器、pwm模块以及igbt模块，通信模块从主电池包的bms系统实时获取主电池包运行信息并从换电电池包的bms系统实时获取换电电池包运行信息，adc模块用于实时获取能量变换器运行信息，微处理器根据能量变换器运行信息判断能量变换器是否处于工作正常状态，一旦判断能量变换器处于工作正常状态，微处理器就会进一步根据主电池包运行信息判断主电池包是否符合预设允充条件，并根据换电电池包运行信息判断换电电池包是否符合预设允放条件，一旦判断主电池包符合预设允充条件且换电电池包符合预设允放条件，pwm模块就根据adc模块实时获取到的能量变换器的输出端电压和输出端电流动态调节igbt模块的占空比，使能量变换器满负荷恒功率输出且igbt模块的输出电压略高于主电池包的电压，从而让换电电池包优先放电，所以，一方面，本实施例将现有的重卡用大容量电池包分为主电池包和换电电池包，主电池包满足日常行驶要求，如此减少了主电池包的电量，从而降低主电池包充电电流和充电接插件的要求，充电机可在更短的时间内将主电池包充满电；拆分出来的换电电池包体积减小、重量减轻，降低了换电难度。另一方面，换电电池包相匹配的能量变换器输出电压比主电池包电压略高，实现换电电池包优先放电而被优先使用，从而在行驶状态下使换电电池包与主电池包联合给电机供电，在停车状态下使换电电池包给主电池包补充电。
附图说明
21.图1是本发明的实施例中电动重型卡车的电气原理图；
22.图2是本发明的实施例中能量变换器的结构框图；以及
23.图3是本发明的实施例中能量变换器控制换电电池包优先放电的动作流程图。
具体实施方式
24.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明作具体阐述。
25.《实施例》
26.图1是本发明的实施例中电动重型卡车的电气原理图。
27.如图1和图2所示，在本实施例中，电动重型卡车100包括车主体(图中未示出)以及设置在该车主体上的电机10、电机控制器20、整车控制器(vcu)30和电源系统40。在本实施例中，整车控制器30采用can通讯线与电机控制器20和电源系统40通信连接。
28.图2是本发明的实施例中能量变换器的结构框图。
29.如图1和图2所示，电源系统40通过电机控制器20为电机10供电，包含主电池包41、换电电池包42以及能量变换器43。
30.如图1所示，主电池包41固定安装在车主体上，其输出端与电机控制器20的输入端电连接。主电池包41的输出功率可以满足整车工况要求，行驶里程满足日常通行要求。
31.如图1所示，换电电池包42可拆卸地安装在车主体的易拆换位置处，其输出端与能量变换器43的输入端电连接。换电电池包42选用长寿命、功率能量兼顾型电池组，本实施例中，电池组所采用的单体电池为镍氢电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池、三元锂电池或钛酸锂电池中的任意一种。
32.在本实施例中，主电池包41和换电电池包42分别具有各自的bms系统、继电器和预充电阻等组件，为各自的电池组提供实时控制及安全防护。
33.如图1和图2所示，能量变换器43设置在车主体上，采用can通讯线与主电池包41、换电电池包42以及整车控制器30分别通信连接；能量变换器43的输出端通过动力并网接口(图中未示出)与主电池包41的输出端并联连接。该能量变换器43包含通信模块431、adc模块(模数转换模块)432、微处理器(mcu)433、pwm模块(脉冲宽度调制模块)434、igbt模块(绝缘栅双极型晶体管)435以及电池模块436。
34.通信模块431用于从主电池包41的bms系统实时获取主电池包运行信息；也用于从换电电池包42的bms系统实时获取换电电池包运行信息；也用于从换电电池包42接收断电信息；还用于将更换电池包警示信息发送给整车控制器30。
35.在本实施例中，主电池包运行信息至少包含主电池包41的输出电压、输出电流、soc、温度、单体电池电压差以及绝缘阻值，换电电池包运行信息至少包含换电电池包42的输出电压、输出电流、soc、温度、单体电池电压差以及绝缘阻值。
36.adc模块432用于实时获取能量变换器运行信息，该能量变换器运行信息至少包含能量变换器43的输入端电压、输出端电压以及输出端电流。
37.微处理器433用于根据能量变换器运行信息判断能量变换器43是否处于工作正常状态；也用于根据主电池包运行信息判断主电池包41是否符合预设允充条件；还用于根据换电电池包运行信息判断换电电池包42是否符合预设允放条件。
38.在本实施例中，微处理器433还用于在能量变换器43满负荷恒功率输出时，判断主电池包41的输出电压是否不小于预设充电最高电压、输出电流是否不小于预设充电最大电流、soc是否等于100％、温度是否不在第一预设温度范围内、单体电池电压差是否不小于第一预设电压差、以及绝缘阻值是否小于第一预设绝缘阻值。一旦判断输出电压不小于预设充电最高电压、输出电流不小于预设充电最大电流、soc等于100％、温度不在第一预设温度范围内、单体电池电压差不小于第一预设电压差、以及绝缘阻值小于第一预设绝缘阻值中的任意一者成立，pwm模块434就控制能量变换器43进入待机状态，从而防止主电池包过充。
39.在本实施例中，微处理器433还用于在能量变换器满负荷恒功率输出时，判断换电
电池包42的输出电压是否不大于预设放电最低电压、输出电流是否不小于预设放电最大电流、soc是否等于0％、温度是否不在第二预设温度范围内、单体电池电压差是否不小于第二预设电压差、以及绝缘阻值是否小于第二预设绝缘阻值。一旦判断换电电池包的输出电压不大于预设放电最低电压、输出电流不小于预设放电最大电流、soc等于0％、温度不在第二预设温度范围、单体电池电压差不小于第二预设电压差、以及绝缘阻值小于第二预设绝缘阻值中的任意一者成立，pwm模块434就控制能量变换器43进入待机状态，从而防止换电电池包过放电。
40.在本实施例中，一旦能量变换器43进入待机状态，换电电池包20的bms系统就控制其自身的继电器断开，并将断电信息发送给能量变换器43；一旦通信模块431接收到断电信息，微处理器433就生成更换电池包警示信息，通信模块431将更换电池包警示信息发送给电动重型卡车的整车控制器30，整车控制器30根据该更换电池包警示信息进行显示和/或语音提示，以提醒驾驶人员及时更换换电电池包42。
41.pwm模块434用于根据adc模块432实时获取到的能量变换器43的输出端电压和输出端电流，动态调节igbt模块435的占空比，使能量变换器满负荷恒功率输出以及使igbt模块435的输出电压略高于主电池包10的输出电压。
42.igbt模块435用于使能量变换器43导通或关闭。
43.电源模块436用于为微处理器433提供电源。
44.图3是本发明的实施例中能量变换器控制换电电池包优先放电的动作流程图。
45.如图3所示，在本实施例中，能量变换器43控制换电电池包42优先放电的动作流程包含如下步骤：
46.步骤s1，通信模块431从主电池包41的bms系统实时获取主电池包运行信息并从换电电池包42的bms系统实时获取换电电池包运行信息，adc模块432实时获取能量变换器运行信息，然后进入步骤s2。
47.步骤s2，微处理器433根据能量变换器运行信息判断能量变换器43是否处于工作正常状态，当判断结果为是时，进入步骤s3；当判断结果为否时，循环执行步骤s2。
48.在本实施例中，微处理器433根据能量变换器运行信息判断能量变换器43是否处于工作正常状态的过程为：微处理器433判断能量变换器43的输入端电压和输出端电压是否分别大于第一预设电压值和第二预设电压值；一旦判断输入端电压大于第一预设电压值且输出端电压大于第二预设电压值，就判定能量变换器处于工作正常状态。
49.步骤s3，微处理器433进一步根据主电池包运行信息判断主电池包41是否符合预设允充条件，并根据换电电池包运行信息判断换电电池包42是否符合预设允放条件，当判断主电池包41符合预设允充条件且换电电池包42符合预设允放条件，进入步骤s4；否则，循环执行步骤s3。
50.在本实施例中，预设允充条件为：主电池包41的输出电压小于预设充电最高电压、输出电流小于预设充电最大电流、soc小于100％、温度在第一预设温度范围内、单体电池电压差小于第一预设电压差、且绝缘阻值不小于第一预设绝缘阻值。
51.在本实施例中，预设允放条件为：换电电池包42的输出电压大于预设放电最低电压、输出电流小于预设放电最大电流、soc大于0％、温度在第二预设温度范围内、单体电池电压差小于第二预设电压差、且绝缘阻值不小于第二预设绝缘阻值。
52.步骤s4，pwm模块434根据adc模块432实时获取到的能量变换器的输出端电压和输出端电流动态调节igbt模块435的占空比，使能量变换器43满负荷恒功率输出且igbt模块435的输出电压略高于主电池包41的输出电压，从而让换电电池包优先放电。
53.实施例的作用与效果
54.根据本实施例所涉及的电动重型卡车用电源系统及电动重型卡车，因为具有主电池包、换电电池包以及能量变换器，主电池包固定安装在电动重型卡车上，换电电池包可拆卸地安装在电动重型卡车上，能量变换器包含通信模块、adc模块、微处理器、pwm模块以及igbt模块，通信模块从主电池包的bms系统实时获取主电池包运行信息并从换电电池包的bms系统实时获取换电电池包运行信息，adc模块用于实时获取能量变换器运行信息，微处理器根据能量变换器运行信息判断能量变换器是否处于工作正常状态，一旦判断能量变换器处于工作正常状态，微处理器就会进一步根据主电池包运行信息判断主电池包是否符合预设允充条件，并根据换电电池包运行信息判断换电电池包是否符合预设允放条件，一旦判断主电池包符合预设允充条件且换电电池包符合预设允放条件，pwm模块就根据adc模块实时获取到的能量变换器的输出端电压和输出端电流动态调节igbt模块的占空比，使能量变换器满负荷恒功率输出且igbt模块的输出电压略高于主电池包的电压，从而让换电电池包优先放电，所以，一方面，本实施例将现有的重卡用大容量电池包分为主电池包和换电电池包，主电池包满足日常行驶要求，如此减少了主电池包的电量，从而降低主电池包充电电流和充电接插件的要求，充电机可在更短的时间内将主电池包充满电；拆分出来的换电电池包体积减小、重量减轻，降低了换电难度。另一方面，换电电池包相匹配的能量变换器输出电压比主电池包电压略高，实现换电电池包优先放电而被优先使用，从而在行驶状态下使换电电池包与主电池包联合给电机供电，在停车状态下使换电电池包给主电池包补充电。
55.此外，因为换电电池包选用长寿命、功率能量兼顾型电池组，具有功率和能量兼顾、长寿命以及高安全的特性。
56.上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。