一种双动力系统客车及其充电方法与流程

1.本发明涉及一种双动力系统客车及其充电方法，属于新能源客车充电技术领域。


背景技术：

2.随着环境污染及能源问题的不断加剧，人们对公共交通出行的需求日益提高，进而在交通压力日益增大的前提下，越来越多的城市开始设置公交专用道。为提高公共交通的运力及公交专用道的利用率，18米及以上的新能源客车得到了越来越多的应用。
3.针对18米及以上的新能源客车，现有的单动力系统方案无法满足整车的动力性需求，因此各厂商推出了多电机多电源组合的动力系统方案。但是由于所有的动力系统在一个高压系统中，实际应用中存在以下问题：
4.1、高压系统部件要求高，生产制造难度大
5.18米及以上新能源客车由于自身质量大，运载力大，续驶里程远，需要安装更多的动力电池和更大功率的驱动电机。采用单个高压系统，动力电池在运行过程会出现很大的充放电电流，对高压部件的接触器、熔断器、连接器及线束的过电流能力要求更高，对安装空间和线束走向要求更严，制造及成本大幅增加。
6.2、高压系统冗余度低
7.由于高压系统只有一个，无相应的备份及冗余其自身出现故障后，对车辆转向、制动、行驶等带来影响，严重时直接导致抛锚，造成专用车道堵塞，无法很好满足快速高效的运营需求。
8.3、车载能源均衡存在问题
9.大容量装载电池，由于工作电压限制，需要将电芯进行并联使用，多组并联，容易受电池单体一致性的影响，进一步影响车载能源的输出能力及寿命。
10.4、车载能源充电难度大便利性差
11.大容量电池，在补电时需要兼顾充电设施，运营要求，这就需要有大功率的充电设备，而这对充电接口，充电连接等带来冲击，且容易造成设备过剩，成本高或者利用率不足的问题。
12.5、系统安装维护便利性不足
13.大容量电池、大功率的电机需要全车连接，模块化程度低，生产不便外，容易对全车的低压电器设备或敏感部件造成影响。
14.为此，有人提出运行过程完全独立的双动力系统以解决上述问题，每个独立的动力系统配置有独立的动力电池组、充电接口、电池管理系统bms、子系统控制器以及集成控制器，并控制相应执行设备进行工作。在对每个独立的动力电池组进行充电时，采用分布式的充电方式，两个动力系统单独充电，单独充电的技术方案存在以下几种缺陷：
15.1.无法进行电池间电压均衡；进而同时充电时无法共用充电设备；
16.2.无法复用充电设备；
17.3.无法实现多充电设备对单套电池的快速充电；
18.4.充电设施合理调配空间较小；
19.5.仅仅是通过系统堆积应用，带来使用和推广成本大幅增加。


技术实现要素：

20.本技术的目的在于提供一种双动力系统客车及其充电方法，用以解决现有双动力系统充电不一致的问题。
21.为实现上述目的，本技术提出了一种双动力系统客车的充电方法的技术方案，包括以下步骤：
22.1)获取第一动力电池组和第二动力电池组的电量；
23.2)比较第一动力电池组和第二动力电池组的电量大小；若第一动力电池组和第二动力电池组的电量差大于等于设定阈值，则控制电量较低的动力电池组进行外部充电；直至两个动力电池组的电量差小于设定阈值；
24.3)当两个动力电池组的电量差小于设定阈值时，获取第一动力电池组和第二动力电池组的电压，若第一动力电池组和第二动力电池组的电压不相等，则开启两个动力电池组之间的双向dcdc进行电压均衡；
25.4)当两个动力电池组的电压相等时，关闭双向dcdc，为两个动力电池组同时进行外部充电。
26.另外，本技术还提出了一种双动力系统客车的技术方案，双动力系统客车，包括客车本体、第一动力系统以及第二动力系统；所述第一动力系统包括第一bms、第一充电接口、第一动力电池组；所述第二动力系统包括第二bms、第二充电接口、第二动力电池组，还包括：
27.双向dcdc，设置在第一动力电池组和第二动力电池组之间；
28.配电控制器，配电控制器与第一bms、第二bms通信连接；且配电控制器控制连接双向dcdc，所述配电控制器包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现上述的双动力系统客车的充电方法的技术方案。
29.本发明的双动力系统客车及其充电方法的技术方案的有益效果是：本发明通过对两个动力电池组的电量进行比较，首先为电量低的动力电池组进行充电，进而在两个动力电池组的电量差小于设定阈值时，通过开启双向dcdc对两个动力电池组进行电压均衡，待两个动力电池组的电压相等时，关闭双向dcdc，为两个动力电池组进行同时充电。本发明实现了两个动力电池组同时充电的可靠性，提高充电效率。
30.进一步的，上述双动力系统客车及其充电方法中，为了满足特定情况下的行车需求，当其中的一个动力电池组需要进行快充时，直接对该动力电池组进行充电。
31.进一步的，上述双动力系统客车及其充电方法中，为了满足行车需求，当其中一个动力电池组的电量较低时，控制电量高的动力电池组为电量低的动力电池组进行临时充电。
32.进一步的，上述双动力系统客车的充电方法中，外部充电方式灵活，适用性强，所述外部充电包括受电弓插座协同充电方式，或者单受电弓充电方式，或者单插座充电方式，或者双插座充电方式。
33.进一步的，上述双动力系统客车中，为实现外部充电方式的多样化，提高充电的适用性，还包括受电弓以及受电弓充电电路，第一充电插座以及第一充电插座充电电路、第二充电插座以及第二充电插座充电电路；受电弓通过受电弓充电电路连接第一充电接口、第二充电接口；第一充电插座通过第一充电插座充电电路连接第一充电接口、第二充电接口；第二充电插座通过第二充电插座充电电路连接第一充电接口、第二充电接口。
34.进一步的，上述双动力系统客车中，为了更好的控制每种充电方式，受电弓充电电路上设置有受电弓接触器；第一充电插座充电电路上设置有第一充电插座接触器；第二充电插座充电电路上设置有第二充电插座接触器；配电控制器控制连接各接触器。
35.进一步的，上述双动力系统客车中，为了实现远程交互，还包括车载监控系统和车载无线终端，以实现与服务中心的信息交互。
附图说明
36.图1是本发明双动力系统客车的原理示意图；
37.图2是本发明配电管理系统的电路原理图；
38.图3是本发明双动力系统客车的充电方法的流程图；
39.图4是本发明双动力系统客车的远程交互示意图。
具体实施方式
40.双动力系统客车实施例：
41.双动力系统客车，如图1所示，包括客车本体、第一动力系统、第二动力系统、配电管理系统、受电弓、第一充电插座、第二充电插座、双向dcdc、整车控制器、网关、车载监控系统以及无线终端。
42.第一动力系统包括第一bms、第一充电接口、第一动力电池组、第一子系统控制器、第一集成控制器、第一驱动电机以及第一电附件；第一充电接口通过第一bms连接第一动力电池组，通过第一充电接口为第一动力电池组进行充电；第一集成控制器通过第一bms连接第一动力电池组，以通过第一动力电池组为第一集成控制器供电，第一集成控制器控制连接第一驱动电机和第一电附件。第一集成控制器包括驱动电机控制器、转向电机控制器、空压机控制器、高压配电单元、绝缘检测单元，可以实现高压系统的配置，管理，本地故障诊断；第一bms包括监测单元和能耗统计单元，用于对第一动力电池组充电过程中的数据监测和放电过程中的能耗统计单元，第一集成控制器和第一bms与第一子系统控制器通讯连接，将所采集的信息通过can总线同步给第一子系统控制器，第一子系统控制器将信息通过网关发送至整车控制器，或者通过网关发送至车载监控系统，通过无线终端发送至中心服务站，实现了与中心服务站的信息交互，通过独立信息系统，支撑程序远程升级。
43.第二动力系统包括第二bms、第二充电接口、第二动力电池组、第二子系统控制器、第二集成控制器、第二驱动电机以及第二电附件，其连接关系与第一动力系统完全相同，这里不做赘述。
44.第二动力系统与第一动力系统为单独运行的两套动力系统，两套动力系统可以进行独立布置，同时进行模块化设计，接口统一，尺寸统一，支持位置任意布置，可以避免18米以上车辆布置时因车辆前后分段而带来的高压布线困难，规避车辆运行中可能带来的高低
压线束磨损情况。
45.配电管理系统如图2所示，包括配电控制器以及配电电路；
46.配电电路包括：第一充电插座正极支路、第一充电插座负极支路、受电弓正极支路、受电弓负极支路、第二充电插座正极支路、第二充电插座负极支路、总正极支路、总负极支路、第一动力电池组正极支路、第一动力电池组负极支路、第二动力电池组正极支路、第二动力电池组负极支路、双向dcdc输入正极支路、双向dcdc输出正极支路、双向dcdc输入负极支路、双向dcdc输出负极支路；
47.第一充电插座正极支路、第一充电插座负极支路、总正极支路、总负极支路、第一动力电池组正极支路、第一动力电池组负极支路、第二动力电池组正极支路和第二动力电池组负极支路构成第一充电插座充电电路，通过第一充电插座为两个动力电池组进行充电；
48.受电弓正极支路、受电弓负极支路、总正极支路、总负极支路、第一动力电池组正极支路、第一动力电池组负极支路、第二动力电池组正极支路和第二动力电池组负极支路构成受电弓充电电路，通过受电弓为两个动力电池组进行充电；
49.第二充电插座正极支路、第二充电插座负极支路、总正极支路、总负极支路、第一动力电池组正极支路、第一动力电池组负极支路、第二动力电池组正极支路和第二动力电池组负极支路构成第二充电插座充电电路，通过第二充电插座为两个动力电池组进行充电。
50.具体连接关系如下：
51.第一充电插座正极支路的一端连接第一充电插座的正极，另一端连接总正极支路的输入端；
52.第一充电插座负极支路的一端连接第一充电插座的负极，另一端连接总负极支路的输入端；
53.受电弓正极支路的一端连接受电弓的正极，另一端连接总正极支路的输入端；且受电弓正极支路上设置有受电弓正极接触器k1；
54.受电弓负极支路的一端连接受电弓的负极，另一端连接总负极支路的输入端；且受电弓负极支路上设置有受电弓负极接触器k2；
55.第二充电插座正极支路的一端连接第二充电插座的正极，另一端连接总正极支路的输入端；
56.第二充电插座负极支路的一端连接第二充电插座的负极，另一端连接总负极支路的输入端；
57.第一动力电池组正极支路的一端连接第一充电接口的正极，另一端连接总正极支路的输出端；且第一动力电池组正极支路上设置有第一动力电池组正极接触器k3以及第一电流传感器；
58.第一动力电池组负极支路的一端连接第一充电接口的负极，另一端连接总负极支路的输出端；且第一动力电池组负极支路上设置有第一动力电池组负极接触器k5；
59.第二动力电池组正极支路的一端连接第二充电接口的正极，另一端连接总正极支路的输出端；且第二动力电池组正极支路上设置有第二动力电池组正极接触器k4以及第二电流传感器；
60.第二动力电池组负极支路的一端连接第二充电接口的负极，另一端连接总负极支路的输出端；且第二动力电池组负极支路上设置有第二动力电池组负极接触器k6；
61.双向dcdc输入正极支路的一端连接第一动力电池组正极支路，另一端连接双向dcdc输入正极；
62.双向dcdc输出正极支路的一端连接第二动力电池组正极支路，另一端连接双向dcdc输出正极；
63.双向dcdc输入负极支路的一端连接第一动力电池组负极支路，另一端连接双向dcdc输入负极；
64.双向dcdc输出负极支路的一端连接第二动力电池组负极支路，另一端连接双向dcdc输出负极；
65.第一电流传感器和第二电流传感器连接配电控制器的输入端，配电控制器的输出端控制连接各接触器以及双向dcdc，并且配电控制器与第一bms和第二bms通讯连接，配电控制器包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现双动力系统客车的充电方法。
66.双动力系统客车的充电方法如图3所示，包括受电弓插座协同充电方式、单受电弓充电方式、单插座充电方式、双插座充电方式、快充方式以及临时充电方式，受电弓插座协同充电方式包括受电弓协同一个充电插座的充电方式和协同两个充电插座的充电方式。受电弓用于与充电弓连接以实现受电弓的充电，充电插座用于与插枪连接以实现充电插座的充电。
67.其中受电弓插座协同充电方式、单受电弓充电方式、单插座充电方式、双插座充电方式只是充电设备的连接不同，其对双动力系统的充电方法相同，以下介绍受电弓和两个充电插座协同充电的方式，包括以下步骤：
68.1)受电弓连接到充电弓、第一充电插座和第二充电插座分别与对应的插枪连接后，配电控制器通过连接信号检测判断外部充电设备(即充电弓和插枪)的连接情况，并且通过第一bms和第二bms获取第一动力电池组和第二动力电池组的电量、电压；
69.2)配电控制器比较第一动力电池组和第二动力电池组的电量大小，若第一动力电池组和第二动力电池组的电量差大于等于设定阈值，且检测到第二动力电池组的电量低，那么根据第二动力电池组的电压调整外部充电设备的电压到许可范围内，之后控制第二动力电池组的正接触器k4和负接触器k6，以及受电弓的正接触器k1和负接触器k2闭合，第二bms发送充电许可和充电电流，配电控制器以该充电电流作为第一请求电流，将第一请求电流进行分配后向各外部充电设备发送请求信息，各外部充电设备根据接收到的信息以及自身的状态输出电流为第二动力电池组进行充电；例如：第一请求电流为6a，那么平均分配到三个充电设备时，每个充电设备的请求电流为2a；当然具体的分配方式并不做限制，可以根据充电设备能力的大小进行调整；
70.3)当第一动力电池组和第二动力电池组的电量差小于设定阈值时，断开各接触器，判断两个动力电池组的电压大小，若第一动力电池组和第二动力电池组的电压不相等，则开启双向dcdc进行两个动力电池组之间的电压均衡；
71.4)当两个动力电池组的电压相等时，关闭双向dcdc，再次根据电压调整外部充电设备的电压到许可范围内；接着依次控制闭合受电弓正极接触器k1、受电弓负极接触器k2、
第一动力电池组正极接触器k3、第一动力电池组负极接触器k5、第二动力电池组正极接触器k4、第二动力电池组负极接触器k6闭合，高压系统接通完毕后，第一bms和第二bms发送充电许以及充电电流至配电控制器，配电控制器接收到信息后依据充电电流得到第二请求电流，将第二请求电流进行分配后向各外部充电设备发送请求信息，各外部充电设备根据接收到的信息以及自身的状态确定输出电流电流，由于此时为两个动力电池组进行充电，因此第二请求电流大于步骤2)中的第一请求电流，以满足向两个动力电池组同时充电；例如：第二请求电流为12a，那么平均分配后，每个充电设备的请求电流为4a，当某个充电设备的输出电流无法达到4a时，该充电设备的输出其最大输出电流；
72.5)若第一动力电池组充电完成，第一bms发送禁止充电指令，配电控制器控制第一动力电池组正极接触器k3和第一动力电池组负极接触器k5断开；若第二动力电池组充电完成，第二bms发送禁止充电指令，配电控制器控制第二动力电池组正极接触器k4和第二动力电池组负极接触器k6断开，充电结束；
73.6)若在充电过程中发生严重故障(例如，过流、过压、绝缘等故障)，第一bms和/或第二bms发送禁止充电指令，停止充电；若发生一般故障(例如，过温故障、通讯故障、过温预警等)，第一bms和/或第二bms发送降电流充电指令。
74.关于单受电弓充电方式、单插座充电方式、双插座充电方式的充电过程与受电弓插座协同充电方式的充电过程基本相同，只是连接的充电设备不相同，对于配电控制器可以根据连接的充电设备的数量对请求电流进行分配，如果充电设备有多个，可以平均分配也可以按照各充电设备的充电能力进行分配，本发明不做限制。
75.上述步骤3)中，进行电压均衡过程不会出现电量差超出设定阈值的现象，电量差阈值之间存在回差，避免在阈值附近跳变；电压与电量存在有内在的关系，总体上电量低电压低，电量高电压高，中间是一个电压平台期，电压变化不大，但是电量相同时，电压不一定一致，电压不一致时进行外部充电会存在瞬态大电流，因此需要进行电压均衡来避免这种现象。
76.综上，本发明的充电方法可以归纳为：
77.1)获取第一动力电池组和第二动力电池组的电量；
78.2)比较第一动力电池组和第二动力电池组的电量大小；若第一动力电池组和第二动力电池组的电量差大于等于设定阈值，则控制电量较低的动力电池组进行外部充电；直至两个动力电池组的电量差小于设定阈值；
79.3)当两个动力电池组的电量差小于设定阈值时，获取第一动力电池组和第二动力电池组的电压，若第一动力电池组和第二动力电池组的电压不相等，则开启两个动力电池组之间的双向dcdc进行电压均衡；
80.4)当两个动力电池组的电压相等时，关闭双向dcdc，为两个动力电池组同时进行外部充电。
81.快充方式的充电过程为：受电弓，第一充电插座、第二充电插座多路对一个动力电池组进行充电，这种充电方式方式由于与受电弓插座协同充电方式所连接的充电设备相同，因此选择快充方式的方法是通过人工手动选择或者经过后台进行选择控制。快充方式的本质是增大动力电池组的充电电流，该充电电流超出正常充电时的充电电流但是小于动力电池组的最大充电电流，其对动力电池组是有一定损坏的，但是由于出车的紧急需要，可
以先采用快充方式进行充电，以满足行驶需求。
82.例如：需要为第一动力电池组进行快充，那么首先将受电弓、第一充电插座、第二充电插座连接到相应的充电设备，配电控制器检测到连接完成后，读取各动力电池组的电压和电量，根据判断选择为第一动力电池组进行充电，那么根据第一动力电池组的电压调整外部充电设备的电压至许可范围内，当充电设备的电压达到许可范围内后，逐一闭合受电弓正极接触器k1、受电弓负极接触器k2、第一动力电池组正极接触器k3、第一动力电池组负极接触器k5，之后配电控制器通过计算将请求电流进行分配，向充电设备发送分配后的请求电流，各充电设备根据自身状态实现电流的输出。当然，若在充电过程中发生严重故障，第一bms发送禁止充电指令，停止充电；若发生一般故障，第一bms发送降电流充电指令。
83.临时充电方式的充电过程为：配电控制器通过第一bms和第二bms读取各动力电池组的电量，如果第一动力电池组的电量大于第二动力电池组的电量，那么控制开启双向dcdc，以较小功率将第一动力电池组的电能传送至第二动力电池组，实现能量的传递，达到临时充电的目的。临时充电是由于车辆运行导致单个动力电池组的电量过低，因此需要进行临时充电。
84.同时，如图4所示，车载监控系统可以通过网关，存储所有的运行信息、程序信息，并通过车载无线终端上传至中心服务站的服务器；还可以将车辆管理系统的程序文件通过服务器下发至客车的车载无线终端，进而被车载监控系统接收，通过认证握手，实现部件本地升级。
85.另外子系统控制器通过与bms连接，可以实现电池在线离线的24小时不间断监控及信息推送，实现车辆故障的及时预警，将故障位置或部件上传到机务维护系统，能够提高维修的效率。车载无线终端，可以依托公网或自有基站，通过车载监控系统实现车辆运行信息的传递，并可以支持v2v，v2g等功能，通过线路调度系统支持车辆与本地交通系统的信息互联，实现公共交通优先。车辆与车辆互通，实现高峰期多车协同控制，提高车辆的运力及运速
86.上述实施例中，将受电弓、第一充电插座、第一充电插座进行并联后作为总的充电输入支路为两个动力电池组进行充电，并且受电弓正极支路上设置有受电弓正极接触器k1、受电弓负极支路上设置有受电弓负极接触器k2、第一动力电池组正极支路上设置有第一动力电池组正极接触器k3、第一动力电池组负极支路上设置有第一动力电池组负极接触器k5、第二动力电池组正极支路上设置有第二动力电池组正极接触器k4、第二动力电池组负极支路上设置有第二动力电池组负极接触器k6，作为其他实施方式，受电弓、第一充电插座、第一充电插座也可以不并联，单独作为充电输出支路分别为两个动力电池组进行充电，在受电弓充电电路上设置有受电弓接触器，第一充电插座充电电路上设置有第一充电插座接触器；第二充电插座充电电路上设置有第二充电插座接触器，配电控制器控制连接各接触器即可。本发明对具体的电路连接关系并不做限制，只要能够同时为两个动力电池组充电即可。
87.上述实施例中，快充以及临时充电都是为了满足特定情况下的行驶需求，作为其他实施方式，这两种充电方式也可以不设置。
88.本发明通过双向dcdc实现了两个动力电池组同时充电，提高充电效率和充电的可靠性。
89.双动力系统客车的充电方法实施例：
90.双动力系统客车的充电方法的具体过程以及效果在上述双动力系统客车实施例中已经介绍，这里不做赘述。