CN108162781A - 基于新能源汽车的动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于新能源汽车的动力系统，适于提升新能源汽车的动力效率。该动力系统包括整车控制器、第一电池装置及第二电池装置，整车控制器接收一功率需求信号；第一电池装置及第二电池装置并联连接，第一电池装置及第二电池装置分别接整车控制器，第一电池装置及第二电池装置共同接一电机；第一电池装置依据功率需求信号及第二电池装置的剩余电量值分别输出一驱动电流及一充电电流，驱动电流驱动电机转动，充电电流对第二电池装置充电；第二电池装置依据功率需求信号输出一补偿电流，补偿电流协同驱动电流驱动电机转动；本发明的基于新能源汽车的动力系统的动力输出效率高、动力输出稳定及电池寿命长。

Description

基于新能源汽车的动力系统

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种基于新能源汽车的动力系统。

背景技术

随着全球环境污染和能源危机的加剧，新能源汽车近年来受到了世界各国的广泛关注，也取得了长足的发展。尤其是被视为“终极汽车能源方案”的氢燃料电池电动汽车,由于具有零排放、无污染、续航里程长等优点，一直备受关注。同时，为弥补氢燃料电池电动汽车启动响应慢、输出特性疲软的缺点，燃料电池汽车一般还会配备功率型或功率-能量兼顾型锂电池作为辅助动力源。以燃料电池和锂电池分别作为第一和第二动力源的电动汽车，在车辆能量管理和控制上，需要根据不同驾驶路况以及电源信息作不同分配。

目前，燃料电池功率被动控制系统以及燃料电池功率定额输出控制系统这两种控制系统较为常见。燃料电池功率被动控制系统的燃料电池输出功率完全根据车辆负载的变化来输出。同时，燃料电池和锂电池两者则根据负载变化，自动分配各自的能量输出。而燃料电池功率定额输出控制系统是在燃料电池功率被动跟随负载变化的基础上，增加对燃料电池输出功率值的限制，使得燃料电池输出功率只在设定范围内波动。

然而，现有技术的燃料电池功率被动控制系统未对燃料电池和锂电池能量作任何控制，因此，在车辆载功率变化较大的工况下，会造成燃料电池和锂电池性能下降，甚至物理损耗；而现有技术的燃料电池功率定额输出控制需要配备更大瞬态功率及容量的锂电池作为能量补充，这无疑增加了整车成本，也不利于整车结构空间布置。

因此，亟需一种动力输出效率高、动力输出稳定及电池寿命长的基于新能源汽车的动力系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动力输出效率高、动力输出稳定及电池寿命长的基于新能源汽车的动力系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于新能源汽车的动力系统，适于提升所述新能源汽车的动力效率，所述动力系统包括整车控制器、第一电池装置及第二电池装置，所述整车控制器接收一功率需求信号；所述第一电池装置及所述第二电池装置并联连接，所述第一电池装置及所述第二电池装置分别接所述整车控制器，所述第一电池装置及所述第二电池装置共同接一电机；所述第一电池装置依据所述功率需求信号及所述第二电池装置的剩余电量值分别输出一驱动电流及一充电电流，所述驱动电流驱动所述电机转动，所述充电电流对所述第二电池装置充电；所述第二电池装置依据所述功率需求信号输出一补偿电流，所述补偿电流协同所述驱动电流驱动所述电机转动。

与现有技术相比，本发明的基于新能源汽车的动力系统的整车控制器依据功率需求信号分别控制第一电池装置及第二电池装置，第一电池装置分别输出驱动电机转动的驱动电流及供第二电池装置充电的充电电流。当第一电池装置输出的最大驱动电流不满足功率需求信号下的电机的最大功率时，第二电池装置输出补偿电流以协同驱动电流共同驱动电机转动，以满足功率需求信号下的电机的最大功率，避免第一电池装置因不同的功率需求信号而频繁启停，减少了动力输出浪费，有效提升了动力输出效率；由于第二电池装置的补偿电流在第一电池装置不能满足功率需求信号下的电机的最大功率时才介入电机的驱动，避免了第二电池装置连续工作，有效延长了第二电池装置的寿命；整车控制器控制有效结合功率需求信号及第二电池装置的剩余电量值以控制第一电池装置输出充电电流，在保证第一电池装置满足功率需求信号下的电机的最大功率时才输出充电电流，进一步保证了动力的输出，且第一电池装置是在第二电池装置的剩余电量值低于一定值时才输出充电电流，第一电池装置根据第二电池装置的剩余电量来输出不同大小的充电电流，有效防止第二电池装置被过度充电及因第二电池装置的剩余电量值过高而无法进行新能源汽车的制动能量回收。

较佳地，所述第一电池装置包括燃料电池，所述燃料电池依据所述功率需求信号及所述剩余电量值分别输出所述驱动电流及所述充电电流。

较佳地，所述第一电池装置还包括第一控制模块，所述第一控制模块分别接所述燃料电池、所述整车控制器及所述第二电池装置，所述第一控制模块依据所述功率需求信号及所述剩余电量值分别控制所述燃料电池输出所述驱动电流及所述充电电流。

较佳地，所述第二电池装置包括锂电池，所述锂电池与所述燃料电池并联连接，所述锂电池依据所述功率需求信号输出所述补偿电流；所述锂电池依据所述功率需求信号接收所述充电电流。

较佳地，所述第二电池装置还包括第二控制模块，所述第二控制模块分别接所述锂电池、所述第一控制模块及所述整车控制器，所述第二控制模块实时监测所述锂电池的所述剩余电量值并发送至所述第一控制模块；所述第二控制模块依据所述功率需求信号控制所述锂电池输出所述补偿电流；所述第二控制模块依据所述功率需求信号控制所述锂电池接收所述充电电流。

较佳地，所述第二控制模块为BMS模块，所述BMS模块实时监测所述锂电池的电压值、电流值及温度值，所述BMS模块依据所述锂电池的电压值、电流值及温度值控制所述锂电池的充电及供电。

较佳地，所述动力系统还包括转换模块，所述转换模块分别接所述燃料电池、所述锂电池及所述电机，所述转换模块将所述燃料电池的预设电流分别转换为所述驱动电流及所述充电电流，所述转换模块将所述锂电池的预设电流转换为所述补偿电流。

较佳地，所述转换模块为单向电流变换器。

较佳地，所述动力系统还包括第三控制模块，所述第三控制模块分别接所述整车控制器及所述电机，所述第三控制模块依据所述功率需求信号控制所述电机。

较佳地，所述整车控制器分别与所述第一控制器、所述第二控制模块及所述第三控制器通讯连接，所述整车控制器依据所述功率需求信号协调所述第一控制器、所述第二控制模块及所述第三控制器。

附图说明

图1是本发明的动力系统的结构示意图。

图2是本发明的动力系统的框架示意图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。

请参阅图1所示，本发明的基于新能源汽车(图中未示)的动力系统100，适于提升新能源汽车的动力效率，合理控制动力的输出及回收，以保证新能源汽车在动力输出稳定的前提下能够保持较高效率的动力输出并有效延长电池寿命。下面将对本发明的动力系统100进行详细的描述。

请参阅图1和图2所示，本实施例的动力系统100包括整车控制器10、第一电池装置20及第二电池装置40。其中，整车控制器10接收一功率需求信号1，该功率需求信号1可以来自新能源汽车的油门装置及刹车装置，也可以为整车控制器10自身根据当前新能源汽车的行驶路况、行驶状态等信息发出的控制信号，而输出该类控制信号为整车控制器10对新能源汽车的常规控制手段，在此不做赘述。第一电池装置20及第二电池装置40之间并联连接，第一电池装置20及第二电池装置40分别接整车控制器10，第一电池装置20及第二电池装置40共同接一电机30。第一电池装置20及第二电池装置40共同构成并联电池装置以为电机30输出电流，第一电池装置20及第二电池装置40在整车控制器10的调配下，单独或协同为电机30输出电流。工作时，第一电池装置20依据功率需求信号1及第二电池装置40的剩余电量值分别输出一驱动电流2及一充电电流3，驱动电流2驱动电机30转动，充电电流3对第二电池装置40充电；第二电池装置40依据功率需求信号1输出一补偿电流4，补偿电流4协同驱动电流2驱动电机30转动。

请参阅图2所示，第一电池装置20包括燃料电池21，燃料电池21依据功率需求信号1及剩余电量值分别输出驱动电流2及充电电流3。燃料电池21由于其能量转化效率高、负荷响应快、运行质量高及能够在数秒钟内从最低功率变换到额定功率，被广泛应用于新能源汽车行业。进一步的，第一电池装置20还包括第一控制模块22，第一控制模块22分别接燃料电池21、整车控制器10及第二电池装置40，第一控制模块22依据功率需求信号1及剩余电量值分别控制燃料电池21输出驱动电流2及充电电流3，在整车控制器10的总控制下，第一电池装置20输出在保持输出动力稳定的情况下，输出驱动电流2及充电电流3，以提升动力的输出效率。

请参阅图2所示，第二电池装置40包括锂电池41，锂电池41与燃料电池21并联连接，锂电池41依据功率需求信号1输出补偿电流4，锂电池41依据功率需求信号1接收充电电流3。由于单纯使用燃料电池21的新能源汽车的启动响应慢、输出特性疲软的缺点，本实施例配备了功率型或功率-能量兼顾型锂电池41作为辅助动力源，协同燃料电池21共同为电机30提供动力输出。进一步的，第二电池装置40还包括第二控制模块42，第二控制模块42分别接锂电池41、第一控制模块22及整车控制器10，第二控制模块42实时监测锂电池41的剩余电量值并发送至第一控制模块22；第二控制模块42依据功率需求信号1控制锂电池41输出补偿电流4；第二控制模块42依据功率需求信号1控制锂电池41接收充电电流3。在整车控制器10的总控制下，第二电池装置40在第一电池装置20不能满足功率需求信号1下的电机30的最大功率时，输出补偿电流4，该补偿电流4协同第一电池装置20输出的驱动电流2，共同为电机30提供动力输出，且在整车控制器10的总控制下，第一电池装置20在第一电池装置20满足功率需求信号1下的电机30的最大功率及第二电池的剩余电量值低于一定值时，输出充电电流3，第二电池装置40接收该充电电流3以补充电量进一步的，第一控制模块22在整车控制器10的调配下，第一控制模块22根据第二电池装置40的剩余电量，控制燃料电池21输出不同大小的充电电流3，以为锂电池41进行充电，既保证了燃料电池21的驱动电流2的正常输出，也保证了充电电流3能够适应当前锂电池41的实时剩余电量以对其进行可靠充电，有效防止锂电池41被过度充电及因锂电池41的剩余电量值过高而无法进行新能源汽车的制动能量回收。具体的，第二控制模块42为BMS(电池管理系统)模块，该BMS模块为42一种在新能源汽车领域专门针对锂电池41的充、放电管理及状态管理的系统，BMS模块42实时监测锂电池41的电压值、电流值及温度值，BMS模块42依据锂电池41的电压值、电流值及温度值控制锂电池41的充电及供电。需要说明的是，本实施例的第二控制模块42直接将锂电池41的剩余电量值发送至第一控制模块22，以由第一控制模块22判断锂电池41的当前剩余电量值是否满足充电条件，当然，第二控制模块42也可以将锂电池41的剩余电量值发送至整车控制器10，由整车控制器10统一调配，第一控制模块22在整车控制器10统一调配下判断锂电池41的当前剩余电量值是否满足充电条件，在此不做赘述。

请参阅图2所示，动力系统100还包括转换模块50，转换模块50分别接燃料电池21、锂电池41及电机30，转换模块50将燃料电池21的预设电流分别转换为驱动电流2及充电电流3，转换模块50将锂电池41的预设电流转换为补偿电流4。优选的，该转换模块50为单向电流变换器，单向电流变换器50将燃料电池21提供的驱动电流2及充电电流3通过变压的形式转化为对应的电机30和/或第二电池模块40需要的电压，从而为电机30提供驱动电流2和/或为第二电池模块40提供充电电流3。

请参阅图2所示，动力系统100还包括第三控制模块60，第三控制模块60分别接整车控制器10及电机30，第三控制模块60依据功率需求信号1控制电机30。进一步的，整车控制器10分别与第一控制模块22、第二控制模块42及第三控制模块60通讯连接，整车控制器10依据功率需求信号1协调第一控制器、第二控制模块42及第三控制器。第三控制模块60在整车控制器10的协调下，及时调整电机30的运转状态，确保电机30按照功率需求信号1给定的功率运转，保持动力的稳定输出。

请参阅图1和图2所示，记燃料电池21的额定功率为P，需求信号的需求功率的第一预定值为P1，锂电池41的剩余电量值的实时剩余电量值为V，锂电池41的剩余电量值的最大预定门限值V1，锂电池41的剩余电量值的最低预定门限值V2。以下详述第一电池模块及第二电池模块在整车控制器10的协调下，分配驱动电流2、充电电流3及补偿电流4的具体操作：

1、当功率需求信号1的需求功率小于第一预定值P1时，燃料电池21将根据锂电池41的实时剩余电量值V，作如下三种情况分配：

(1)若锂电池41的剩余电量值V大于最大预定门限值V1,则通过第一控制模块22自动调节转换模块50输出电压，以中低电流I1给锂电池41充电；

(2)若锂电池41的剩余电量值V大于最低预定门限值V2且小于最高预定门限值V1，则自动调节转换模块50输出电压，以中高电流I2给锂电池41充电；

(3)若锂电池41的剩余电量值V小于最低预定门限值V2，则自动调节转换模块50输出电压，以高电流I3给锂电池41充电。

2、当功率需求信号1的需求功率大于第一预定值P1且小于燃料电池21的额定功率P时，燃料电池21将根据锂电池41的实时剩余电量值V，作如下三种情况分配：

(1)若锂电池41的剩余电量值V大于最大预定门限值V1,则通过第一控制模块22自动调节转换模块50输出电压，以低电流I4给锂电池41充电；

(2)若锂电池41的剩余电量值V大于最低预定门限值V2且小于最高预定门限值V1，则自动调节转换模块50输出电压，以中低电流I5给锂电池41充电；

(3)若锂电池41的剩余电量值V小于最低预定门限值V2，则自动调节转换模块50输出电压，以中高电流I6给锂电池41充电。

3、当功率需求信号1的需求功率大于或者等于燃料电池21的额定功率P时，燃料电池21将以额定功率P输出，功率需求信号1的需求功率大于燃料电池21的额定功率P的部分将由锂电池41提供。

优选的，本实施例使用的燃料电池21的额定功率P为8-10KW，设定需求信号的需求功率的第一预定值P1为4KW，设定锂电池41的剩余电量值V的最大预定门限值V1为锂电池41总容量的85％，最低预定门限值V2为锂电池41总容量的30％。

结合图1-图2所示，本发明的基于新能源汽车的动力系统100的整车控制器10依据功率需求信号1分别控制第一电池装置20及第二电池装置40，第一电池装置20分别输出驱动电机30转动的驱动电流2及供第二电池装置40充电的充电电流3。当第一电池装置20输出的最大驱动电流2不满足功率需求信号1下的电机30的最大功率时，第二电池装置40输出补偿电流4以协同驱动电流2共同驱动电机30转动，以满足功率需求信号1下的电机30的最大功率，避免第一电池装置20因不同的功率需求信号1而频繁启停，减少了动力输出浪费，有效提升了动力输出效率；由于第二电池装置40的补偿电流4在第一电池装置20不能满足功率需求信号1下的电机30的最大功率时才介入电机30的驱动，避免了第二电池装置40连续工作，有效延长了第二电池装置40的寿命；整车控制器10控制有效结合功率需求信号1及第二电池装置40的剩余电量值以控制第一电池装置20输出充电电流3，在保证第一电池装置20满足功率需求信号1下的电机30的最大功率时才输出充电电流3，进一步保证了动力的输出，且第一电池装置20是在第二电池装置40的剩余电量值低于一定值时才输出充电电流3，第一电池装置20会根据第二电池装置40的剩余电量来输出不同大小的充电电流3，有效防止第二电池装置40被过度充电及因第二电池装置40的剩余电量值过高而无法进行新能源汽车的制动能量回收。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种基于新能源汽车的动力系统，适于提升所述新能源汽车的动力效率，其特征在于，所述动力系统包括：

整车控制器，所述整车控制器接收一功率需求信号；

第一电池装置及第二电池装置，所述第一电池装置及所述第二电池装置并联连接，所述第一电池装置及所述第二电池装置分别接所述整车控制器，所述第一电池装置及所述第二电池装置共同接一电机；

所述第一电池装置依据所述功率需求信号及所述第二电池装置的剩余电量值分别输出一驱动电流及一充电电流，所述驱动电流驱动所述电机转动，所述充电电流对所述第二电池装置充电；

所述第二电池装置依据所述功率需求信号输出一补偿电流，所述补偿电流协同所述驱动电流驱动所述电机转动。

2.如权利要求1所述的基于新能源汽车的动力系统，其特征在于，所述第一电池装置包括燃料电池，所述燃料电池依据所述功率需求信号及所述剩余电量值分别输出所述驱动电流及所述充电电流。

3.如权利要求2所述的基于新能源汽车的动力系统，其特征在于，所述第一电池装置还包括第一控制模块，所述第一控制模块分别接所述燃料电池、所述整车控制器及所述第二电池装置，所述第一控制模块依据所述功率需求信号及所述剩余电量值分别控制所述燃料电池输出所述驱动电流及所述充电电流。

4.如权利要求3所述的基于新能源汽车的动力系统，其特征在于，所述第二电池装置包括锂电池，所述锂电池与所述燃料电池并联连接，所述锂电池依据所述功率需求信号输出所述补偿电流；所述锂电池依据所述功率需求信号接收所述充电电流。

5.如权利要求4所述的基于新能源汽车的动力系统，其特征在于，所述第二电池装置还包括第二控制模块，所述第二控制模块分别接所述锂电池、所述第一控制模块及所述整车控制器，所述第二控制模块实时监测所述锂电池的所述剩余电量值并发送至所述第一控制模块；所述第二控制模块依据所述功率需求信号控制所述锂电池输出所述补偿电流；所述第二控制模块依据所述功率需求信号控制所述锂电池接收所述充电电流。

6.如权利要求5所述的基于新能源汽车的动力系统，其特征在于，所述第二控制模块为BMS模块，所述BMS模块实时监测所述锂电池的电压值、电流值及温度值，所述BMS模块依据所述锂电池的电压值、电流值及温度值控制所述锂电池的充电及供电。

7.如权利要求4所述的基于新能源汽车的动力系统，其特征在于，所述动力系统还包括转换模块，所述转换模块分别接所述燃料电池、所述锂电池及所述电机，所述转换模块将所述燃料电池的预设电流分别转换为所述驱动电流及所述充电电流，所述转换模块将所述锂电池的预设电流转换为所述补偿电流。

8.如权利要求7所述的基于新能源汽车的动力系统，其特征在于，所述转换模块为单向电流变换器。

9.如权利要求6所述的基于新能源汽车的动力系统，其特征在于，所述动力系统还包括第三控制模块，所述第三控制模块分别接所述整车控制器及所述电机，所述第三控制模块依据所述功率需求信号控制所述电机。

10.如权利要求9所述的基于新能源汽车的动力系统，其特征在于，所述整车控制器分别与所述第一控制器、所述第二控制模块及所述第三控制器通讯连接，所述整车控制器依据所述功率需求信号协调所述第一控制器、所述第二控制模块及所述第三控制器。