车用复合电池系统及电能管理方法
【专利摘要】本发明公开了一种车用复合电池系统，包括：第一电池，其用于向车内辅助动力及车载电路提供电源；第二电池，其用于向车辆驱动系统提供电源；双向直流变换电路，其连接在第一电池和第二电池之间，以及电能流动控制单元，其实时检测第一电池和第二电池的工作条件，并基于工作条件使得双向直流变换电路工作在直流升压模式、直流降压模式、直通模式，其中，在直流升压模式下，电能经控制从第一电池向第二电池流动，在直流降压模式下，电能经控制从第二电池向第一电池流动，在直通模式下，根据第一电池的工作条件使电能自动从第一电池向第二电池流动。本发明对电池进行重新组合，结合能量型电池和功率型电池的优点，合理管理电池之间的能量流动。
【专利说明】车用复合电池系统及电能管理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及动力电池【技术领域】，具体地说，涉及一种车用复合电池系统。
【背景技术】
[0002] 目前，电动客车根据所采用的动力电池可分为以下几类，一、基于能量型电池、慢 充方式的类型，二、基于能量型电池、换电方式的类型，以及，三、基于功率型电池、快充方式 的类型。能量型电池一般为磷酸铁锂电池、锰酸锂电池。慢充的方式一般为直流慢充，而换 电以快速的方式进行。功率型的电池包括钛酸锂电池、镍氢电池。功率型的电池可采用直 流快充的方式进行充电。
[0003] 在实际应用中，对于采用能量型电池的电动客车，由于能量型电池具有高的能量 密度，但充电倍率较小。因此，在实际使用过程中体现为充电时间长，一台车充满电需要 5?6小时。对于采用功率型电池的电动客车，由于功率型电池具有高功率密度，比较适合 快速充电方案，且电池的循环寿命长，可以满足客车的长期运营。但是，功率型电池的能量 密度较小，只有能量型电池的一半。此外，在车辆有限的空间内也不可能布置很多的电池， 因此车辆在一天中需要多次充电才能满足行驶的要求。同时功率型电池价格很高，这就导 致了整车的成本投入很大。
[0004] 鉴于上述情况，当前车用动力电池仍然存在多方面的技术瓶颈，严重阻碍纯电动 客车的市场，表现如下：
[0005] (1)不能满足了城市公交续驶里程的要求，特别在夏季开空调下，纯电动车辆行驶 能力甚至不及传统车一半；
[0006] (2)须建设专用充电场地，场地占地面积巨大，且设备与人工维护成本极高，一般 客户完全无力承担；
[0007] (3)电池使用寿命低，车辆8年全寿命周期内往往要更换2次电池；
[0008] (4)经济效益低，在车辆8年全寿命周期内，购车、运营与维护成本与传统车相当。
【发明内容】
[0009] 当前纯电动客车不能大规模推广的最大难题是电池与充电基础设施两个方面。如 何在现有条件下探索电源配置和充电模式的有效组合，是纯电动客车大规模推广的关键。 [0010] 为解决上述问题，本发明提供了一种车用复合电池系统，其包括：
[0011] 第一电池，其用于向车内辅助动力及车载电路提供电源；
[0012] 第二电池，其用于向车辆驱动系统提供电源；
[0013] 双向直流变换电路，其连接在所述第一电池和所述第二电池之间，以及
[0014] 电能流动控制单元，其实时检测所述第一电池和所述第二电池的工作条件，并基 于所述工作条件使得所述双向直流变换电路工作在直流升压模式、直流降压模式、直通模 式，其中，在所述直流升压模式下，电能经控制从所述第一电池向所述第二电池流动，在所 述直流降压模式下，电能经控制从所述第二电池向所述第一电池流动，在直通模式下，根据 第一电池的工作条件使电能自动从所述第一电池向第二电池流动。
[0015] 根据本发明的一个实施例，所述第一电池为能量型电池，所述第二电池为功率型 电池，其中所述能量型电池的平台电压低于所述功率型电池的平台电压。
[0016] 根据本发明的一个实施例，所述双向直流变换电路包括预充电回路、升压/斩波 回路，所述预充电回路通过预充电电容连接到所述功率型电池两端，其中，在升压工作模式 下，所述升压/斩波回路中的升压回路启动并与所述能量型电池连接，以通过所述回路中 的电感单元存储的电能来升高所述能量型电池输出的电压，从而使得电能从所述能量型电 池流向所述功率型电池。
[0017] 根据本发明的一个实施例，在降压工作模式下，所述升压/斩波回路中的斩波回 路启动并与所述功率型电池连接，以通过所述斩波回路中的功率单元将功率型电池的电压 降低，从而使得电能从所述功率型电池通过所述回路中的电感单元流向所述能量型电池。
[0018] 根据本发明的一个实施例，所述预充电回路包括并联的主接触器和预充电接触 器，其中在所述预充电接触器上串联连接一电阻，在工作开始时，所述电能流动控制单元控 制所述双向直流变换电路，先使主接触器断开，预充电接触器接通，以对与所述预充电回路 连接的预充电电容进行充电。
[0019] 根据本发明的一个实施例，所述双向直流变换电路包括连接在所述能量型电池和 所述功率型电池之间的二极管，所述二极管的阳极连接所述能量型电池的正极输出，所述 二极管的阴极通过主接触器连接所述功率型电池的正极输出。
[0020] 根据本发明的一个实施例，所述工作条件为S0C电荷状态值。
[0021] 根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于管理车用复合电池系统的电能流向 的方法，其包括以下步骤：
[0022] 检测第一电池和第二电池的S0C电荷状态值，其中第一电池的平台电压低于第二 电池的平台电压；
[0023] 根据所述S0C电荷状态值控制双向直流变换电路的工作模式，
[0024] 当第一电池的S0C电荷状态值低于预设值一定范围而第二电池的S0C电荷状态值 处于理想值范围内，则启动双向直流变换电路中的斩波回路工作从而处于降压模式，以使 得电能从所述第二电池流向第一电池；
[0025] 当第二电池的S0C电荷状态值低于预设值一定范围而第一电池的S0C电荷状态值 处于理想值范围内，则启动双向直流变换电路中的升压回路工作从而处于升压模式，以使 得电能从所述第一电池流向第二电池；
[0026] 当第二电池的S0C电荷状态值低于预设值，且所述第二电池的电压低于其平台电 压，同时第一电池的S0C电荷状态值处于理想值范围内，则切断所述斩波回路和所述升压 回路，使得所述第一电池与所述第二电池通过一二极管连接，其中所述二极管的阳极连接 所述第一电池的正极输出，所述二极管的阴极连接所述第二电池的正极输出。
[0027] 根据本发明的一个实施例，在给车辆进行外部充电时，通过充电站的直流充电机 给所述第二电池充电，同时控制所述双向直流变换电路使得功率型电池对所述第一电池充 电。
[0028] 根据本发明的一个实施例，在给车辆进行外部充电时，通过充电站的交流充电桩 接上车辆上的车载充电机来给所述第一电池充电，而双向DC/DC不工作。
[0029] 本发明带来了以下有益效果：本发明对电池进行重新组合，结合能量型电池和功 率型电池的优点，合理管理电池之间的能量流动。在现有硬件条件没有改进的情况下，同时 兼顾了车辆续驶里程和低成本运营的特点。同时充电方式进行优化构型，不占用专用充电 场地，因此大大降低了设备和人工维护的成本。
[0030] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变 得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利 要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【专利附图】
【附图说明】
[0031] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：
[0032] 图1为根据本发明的实施例的直流慢充情况下的示意图；
[0033] 图2为根据本发明的实施例的交流慢充情况下的示意图；
[0034] 图3为根据本发明的实施例的直流快充情况下的示意图；
[0035] 图4为根据本发明的实施例的另一种直流快充情况下的示意图；
[0036] 图5a和5b分别显示了锂离子电池在不同条件下的充放电曲线图；
[0037] 图6为根据本发明的一个实施例的采用功率型电池和能量型电池组合的车用电 池系统的框图；以及
[0038] 图7根据本发明的一个实施例的双向DC/DC变换电路的原理图；
【具体实施方式】
[0039] 以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用 技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明 的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合， 所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
[0040] 在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例 的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说，本发明显然可以不用这里的具体细节或者所 描述的特定方式来实施。
[0041] 下面根据具体的实施例来详细说明本发明的原理。下表为现有电池的主要性能参 数对比：
[0042] 表一
【权利要求】
1. 一种车用复合电池系统，其特征在于，所述系统包括： 第一电池，其用于向车内辅助动力及车载电路提供电源； 第二电池，其用于向车辆驱动系统提供电源； 双向直流变换电路，其连接在所述第一电池和所述第二电池之间，以及 电能流动控制单元，其实时检测所述第一电池和所述第二电池的工作条件，并基于所 述工作条件使得所述双向直流变换电路工作在直流升压模式、直流降压模式、直通模式，其 中，在所述直流升压模式下，电能经控制从所述第一电池向所述第二电池流动，在所述直流 降压模式下，电能经控制从所述第二电池向所述第一电池流动，在直通模式下，根据第一电 池的工作条件使电能自动从所述第一电池向第二电池流动。
2. 如权利要求1所述的车用复合电池系统，其特征在于，所述第一电池为能量型电池， 所述第二电池为功率型电池，其中所述能量型电池的平台电压低于所述功率型电池的平台 电压。
3. 如权利要求2所述的车用复合电池系统，其特征在于，所述双向直流变换电路包括 预充电回路、升压/斩波回路，所述预充电回路通过预充电电容连接到所述功率型电池两 端，其中，在升压工作模式下，所述升压/斩波回路中的升压回路启动并与所述能量型电池 连接，以通过所述回路中的电感单元存储的电能来升高所述能量型电池输出的电压，从而 使得电能从所述能量型电池流向所述功率型电池。
4. 如权利要求3所述的车用复合电池系统，其特征在于，在降压工作模式下，所述升压 /斩波回路中的斩波回路启动并与所述功率型电池连接，以通过所述斩波回路中的功率单 元将功率型电池的电压降低，从而使得电能从所述功率型电池通过所述回路中的电感单元 流向所述能量型电池。
5. 如权利要求3或4所述的车用复合电池系统，其特征在于，所述预充电回路包括并联 的主接触器和预充电接触器，其中在所述预充电接触器上串联连接一电阻，在工作开始时， 所述电能流动控制单元控制所述双向直流变换电路，先使主接触器断开，预充电接触器接 通，以对与所述预充电回路连接的预充电电容进行充电。
6. 如权利要求3所述的车用复合电池系统，其特征在于，所述双向直流变换电路包括 连接在所述能量型电池和所述功率型电池之间的二极管，所述二极管的阳极连接所述能量 型电池的正极输出，所述二极管的阴极通过主接触器连接所述功率型电池的正极输出。
7. 如权利要求1-6中任一项所述的车用复合电池系统，其特征在于，所述工作条件为 SOC电荷状态值。
8. -种用于管理车用复合电池系统的电能流向的方法，其特征在于，所述方法包括以 下步骤： 检测第一电池和第二电池的SOC电荷状态值，其中第一电池的平台电压低于第二电池 的平台电压； 根据所述SOC电荷状态值控制双向直流变换电路的工作模式， 当第一电池的SOC电荷状态值低于预设值一定范围而第二电池的SOC电荷状态值处于 理想值范围内，则启动双向直流变换电路中的斩波回路工作从而处于降压模式，以使得电 能从所述第二电池流向第一电池； 当第二电池的SOC电荷状态值低于预设值一定范围而第一电池的SOC电荷状态值处于 理想值范围内，则启动双向直流变换电路中的升压回路工作从而处于升压模式，以使得电 能从所述第一电池流向第二电池； 当第二电池的SOC电荷状态值低于预设值，且所述第二电池的电压低于其平台电压， 同时第一电池的SOC电荷状态值处于理想值范围内，则切断所述斩波回路和所述升压回 路，使得所述第一电池与所述第二电池通过一二极管连接，其中所述二极管的阳极连接所 述第一电池的正极输出，所述二极管的阴极连接所述第二电池的正极输出。
9. 如权利要求8所述的用于管理车用复合电池系统的电能流向的方法，其特征在于， 在给车辆进行外部充电时，通过充电站的直流充电机给所述第二电池充电，同时控制所述 双向直流变换电路使得功率型电池对所述第一电池充电。
10. 如权利要求8所述的用于管理车用复合电池系统的电能流向的方法，其特征在于， 在给车辆进行外部充电时，通过充电站的交流充电桩接上车辆上的车载充电机来给所述第 一电池充电，而双向DC/DC不工作。
【文档编号】H01M10/44GK104242382SQ201410411438
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月20日 优先权日:2014年8月20日
【发明者】刘凌, 席力克, 刘进程, 黄河 申请人:湖南南车时代电动汽车股份有限公司