本發(fā)明涉及電源管理系統(tǒng)，尤其是一種電傳動(dòng)車(chē)載電源管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

儲(chǔ)能模塊作為公司目前研制新能源車(chē)(包括儲(chǔ)能式低地板車(chē)、新能源自卸車(chē)、新能源環(huán)衛(wèi)車(chē))的核心部件之一，是由多個(gè)超級(jí)電容單體串并聯(lián)而成的。而在儲(chǔ)能模塊充放電時(shí)，由于超級(jí)電容的不一致性導(dǎo)致超級(jí)電容單體出現(xiàn)過(guò)充或欠充現(xiàn)象。超級(jí)電容單體間的電壓不一致嚴(yán)重影響超級(jí)電容的使用壽命，所以?xún)?chǔ)能模塊迫切需要使用控制電路解決電壓不均衡問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種電傳動(dòng)車(chē)載電源管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容單體間的電壓一致，有效地保護(hù)超級(jí)電容，使之更高效率、更長(zhǎng)壽命地運(yùn)行。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種電傳動(dòng)車(chē)載電源管理系統(tǒng)，包括偶數(shù)個(gè)超級(jí)電容模組，每個(gè)超級(jí)電容模組內(nèi)設(shè)有2ⁿ個(gè)相互串聯(lián)的超級(jí)電容，每2¹個(gè)相互連接的超級(jí)電容組成一個(gè)一級(jí)均衡組，每2²個(gè)相互連接的超級(jí)電容組成一個(gè)二級(jí)均衡組，每2³個(gè)相互連接的超級(jí)電容組成一個(gè)三級(jí)均衡組，以此類(lèi)推每2^n-1組成一個(gè)n-1級(jí)均衡組，一級(jí)均衡組內(nèi)的兩個(gè)超級(jí)電容之間通過(guò)一個(gè)雙向dc-dc均衡模塊實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移均衡，二級(jí)均衡組包括兩個(gè)一級(jí)均衡組，二級(jí)均衡組內(nèi)的兩個(gè)一級(jí)均衡組之間通過(guò)一個(gè)雙向dc-dc均衡模塊實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移均衡，三級(jí)均衡組內(nèi)的兩個(gè)二級(jí)均衡組之間通過(guò)一個(gè)雙向dc-dc均衡模塊實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移均衡，依次類(lèi)推，一個(gè)超級(jí)電容模組內(nèi)包括兩個(gè)n-1級(jí)均衡組，超級(jí)電容模組內(nèi)的兩個(gè)n-1級(jí)均衡組之間通過(guò)一個(gè)雙向dc-dc均衡模塊實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移均衡，兩個(gè)超級(jí)電容模組之間通過(guò)一個(gè)雙向dc-dc均衡模塊實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移均衡。本發(fā)明整個(gè)均衡策略為模塊化均衡，大模塊內(nèi)帶小模塊，大小模塊同時(shí)均衡，相比于逐次均衡，大大縮短均衡時(shí)間。

作為改進(jìn)，每個(gè)超級(jí)電容模組對(duì)應(yīng)一個(gè)控制單元，控制單元之間通過(guò)can總線(xiàn)相互通訊。

作為改進(jìn)，控制單元之間通過(guò)兩路can冗余通訊。

作為改進(jìn)，所述控制單元包括電壓采樣電路、溫度采樣電路、硬件保護(hù)電路、24v供電電源、mcu、通訊接口電路和所述雙向dc-dc均衡模塊；mcu通過(guò)電壓采集電路采集每個(gè)超級(jí)電容的電壓信號(hào)，mcu通過(guò)溫度采集電路采集每個(gè)超級(jí)電容的溫度信號(hào)，mcu控制雙向dc-dc均衡模塊的工作狀態(tài)；電壓采集電路實(shí)時(shí)采集每個(gè)超級(jí)電容單體的端電壓；將需要均衡的兩組超級(jí)電容端電壓u1、u2相比較，其差值δu與設(shè)定的啟動(dòng)均衡閥值u做比較，若δu＞u，則啟動(dòng)對(duì)應(yīng)均衡模塊，對(duì)兩組超級(jí)電容進(jìn)行電壓均衡，直到兩組超級(jí)電容端電壓趨近一致時(shí)，停止均衡。

作為改進(jìn)，溫度采集電路包括兩路溫度采集，超級(jí)電容模組溫度采集和控制單元溫度采集，實(shí)時(shí)采集溫度數(shù)據(jù)通過(guò)can總線(xiàn)傳輸給數(shù)據(jù)中繼器，當(dāng)超級(jí)電容模組溫度≥55℃時(shí)，數(shù)據(jù)中繼器發(fā)出溫度報(bào)警信號(hào)；當(dāng)控制單元上的環(huán)境溫度＞65℃時(shí)，關(guān)閉所有雙向dc-dc均衡模塊。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所帶來(lái)的有益效果是：

本發(fā)明整個(gè)均衡策略為模塊化均衡，大模塊內(nèi)帶小模塊，大小模塊同時(shí)均衡，相比于逐次均衡，大大縮短均衡時(shí)間。

附圖說(shuō)明

圖1為儲(chǔ)能模塊整體控制電路框圖。

圖2為兩路can冗余通訊框圖。

圖3為控制單元均壓原理框圖。

圖4為控制單元功能框圖。

圖5為溫度采樣電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

一種電傳動(dòng)車(chē)載電源管理系統(tǒng)，該車(chē)載電源管理系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能模塊進(jìn)行電源管理，儲(chǔ)能模塊包括偶數(shù)個(gè)超級(jí)電容模組，每個(gè)超級(jí)電容模組內(nèi)設(shè)有2ⁿ個(gè)相互串聯(lián)的超級(jí)電容，每2¹個(gè)相互連接的超級(jí)電容組成一個(gè)一級(jí)均衡組，每2²個(gè)相互連接的超級(jí)電容組成一個(gè)二級(jí)均衡組，每2³個(gè)相互連接的超級(jí)電容組成一個(gè)三級(jí)均衡組，以此類(lèi)推每2^n-1組成一個(gè)n-1級(jí)均衡組，一級(jí)均衡組內(nèi)的兩個(gè)超級(jí)電容之間通過(guò)一個(gè)雙向dc-dc均衡模塊實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移均衡，二級(jí)均衡組包括兩個(gè)一級(jí)均衡組，二級(jí)均衡組內(nèi)的兩個(gè)一級(jí)均衡組之間通過(guò)一個(gè)雙向dc-dc均衡模塊實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移均衡，三級(jí)均衡組內(nèi)的兩個(gè)二級(jí)均衡組之間通過(guò)一個(gè)雙向dc-dc均衡模塊實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移均衡，依次類(lèi)推，一個(gè)超級(jí)電容模組內(nèi)包括兩個(gè)n-1級(jí)均衡組，超級(jí)電容模組內(nèi)的兩個(gè)n-1級(jí)均衡組之間通過(guò)一個(gè)雙向dc-dc均衡模塊實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移均衡，兩個(gè)超級(jí)電容模組之間通過(guò)一個(gè)雙向dc-dc均衡模塊實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移均衡。

如圖1所示，本實(shí)施例儲(chǔ)能模塊由10個(gè)超級(jí)電容模組串聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)超級(jí)電容模組配備一個(gè)超級(jí)電容控制單元，因此儲(chǔ)能模塊控制電路是由10個(gè)超級(jí)電容控制單元串聯(lián)組成，每個(gè)超級(jí)電容模組電壓均衡單元能實(shí)現(xiàn)對(duì)2并8串共16個(gè)超級(jí)電容單體進(jìn)行電壓測(cè)量、溫度檢測(cè)、電壓自動(dòng)均衡、故障檢測(cè)報(bào)警等功能。每個(gè)超級(jí)電容模組內(nèi)設(shè)有八個(gè)超級(jí)電容單體c1～c8。c1和c2、c3和c4、c5和c6、c7和c8組成一級(jí)均衡組；c1～c4和c5～c8組成二級(jí)均衡組。相鄰超級(jí)電容模組間進(jìn)行電壓均衡時(shí)，需要在高電位模組(模組1)電容串聯(lián)的中點(diǎn)處引出一條線(xiàn)至低電位模組(模組2)的串聯(lián)中點(diǎn)。每個(gè)模組向低電位模組引出一根均衡線(xiàn)，同時(shí)接收到高電位模組的均衡線(xiàn)，所以每個(gè)模組會(huì)有兩個(gè)點(diǎn)位作為模組間均衡的均衡線(xiàn)端點(diǎn)。

如圖2所示，控制單元之間通過(guò)兩路can冗余通訊，當(dāng)4個(gè)儲(chǔ)能模組串聯(lián)在一起時(shí)，其can通訊是掛連在兩路can總線(xiàn)(can1、can2)上的，每個(gè)均衡單元向數(shù)據(jù)中繼器發(fā)送8個(gè)超級(jí)電容單體電壓信號(hào)、2個(gè)模組溫度信號(hào)以及過(guò)壓報(bào)警等故障信號(hào)，某個(gè)控制單元中的can通訊損壞不影響其他控制單元的can通訊通道，若其中一路can總線(xiàn)損壞，可由另一路承擔(dān)通訊功能。

如圖3所示，控制單元采用dc-dc模塊主動(dòng)電壓均衡方法，實(shí)現(xiàn)電容單體間的能量轉(zhuǎn)移，整個(gè)均衡策略為模塊化均衡，大模塊內(nèi)帶小模塊，大小模塊同時(shí)均衡，相比于逐次均衡，大大縮短均衡時(shí)間。一個(gè)超級(jí)電容模組內(nèi)有8個(gè)雙向dc-dc均衡模塊，1～7號(hào)雙向dc-dc模塊實(shí)現(xiàn)本組內(nèi)的超級(jí)電容間的能量轉(zhuǎn)移均衡，第8號(hào)雙向dc-dc模塊實(shí)現(xiàn)本組與相鄰模組間的電壓均衡。1～8號(hào)模塊分為三種類(lèi)型：1～4號(hào)模塊實(shí)現(xiàn)1+1超級(jí)電容的電壓均衡,當(dāng)相鄰兩個(gè)超級(jí)電容壓差＞0.05v時(shí)，啟動(dòng)dc-dc均衡模塊；5～6號(hào)均衡模塊實(shí)現(xiàn)2+2超級(jí)電容的電壓均衡，當(dāng)相鄰兩個(gè)超級(jí)電容壓差＞0.1v時(shí)，啟動(dòng)dc-dc均衡模塊；7～8號(hào)模塊實(shí)現(xiàn)4+4超級(jí)電容的電壓均衡，當(dāng)相鄰兩個(gè)超級(jí)電容壓差＞0.2v時(shí)，啟動(dòng)dc-dc均衡模塊。電壓采集電路實(shí)時(shí)采集每個(gè)超級(jí)電容單體的端電壓uc1～uc8，將需要均衡的兩組超級(jí)電容端電壓u1、u2相比較，其差值δu與設(shè)定的啟動(dòng)均衡閥值u做比較，若δu＞u，則啟動(dòng)對(duì)應(yīng)均衡模塊，對(duì)兩組超級(jí)電容進(jìn)行電壓均衡，直到兩組超級(jí)電容端電壓趨近一致時(shí)，停止均衡。

如圖4所示，所述控制單元包括電壓采樣電路、溫度采樣電路、硬件保護(hù)電路、24v供電電源、mcu、通訊接口電路和所述雙向dc-dc均衡模塊。mcu通過(guò)電壓采集電路采集每個(gè)超級(jí)電容的電壓信號(hào)，mcu通過(guò)溫度采集電路采集每個(gè)超級(jí)電容的溫度信號(hào)，mcu控制雙向dc-dc均衡模塊的工作狀態(tài)?？刂茊卧饕O(shè)計(jì)有3個(gè)方面的功能：電壓自動(dòng)均衡功能、模組熱管理功能和模組編碼設(shè)置功能。

1、電壓自動(dòng)均衡

1)電壓信號(hào)采集

依托l(wèi)tc6803-3電池電壓檢測(cè)芯片，將8路電容電壓的模擬電壓信號(hào)通過(guò)adc轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。

單體電壓：由采樣控制板完成；

模組電壓：由單體電壓計(jì)算得到；

電壓采集精度：5mv。

2)電壓均衡

采用8路dc-dc電壓均衡模塊，當(dāng)某個(gè)超級(jí)電容單體(或組合)電壓與相鄰超級(jí)電容單體(或組合)的端電壓差值大于設(shè)定的啟動(dòng)均衡閥值(u＝0.1v、0.2v、0.3v)時(shí)，mcu就會(huì)向均衡模塊發(fā)出均衡指令，相應(yīng)dc-dc均衡模塊導(dǎo)通使電壓高的超級(jí)電容向電壓低的超級(jí)電容充電，從而使兩邊超級(jí)電容電壓一致。

3)過(guò)電壓保護(hù)

過(guò)電壓保護(hù)分為兩級(jí)保護(hù)，當(dāng)單體端電壓大于保護(hù)閥值(3.5v)時(shí)，mcu控制器優(yōu)先關(guān)斷dc-dc均衡模塊；當(dāng)mcu控制器保護(hù)失靈時(shí)，均衡模塊過(guò)電壓保護(hù)電路啟動(dòng)強(qiáng)制關(guān)斷dc-dc均衡模塊。當(dāng)單體電壓大于3.8v時(shí)，mcu控制器發(fā)出過(guò)壓報(bào)警信號(hào)。

2、模組熱管理

1)溫度采集

兩路溫度采集：模組溫度采集和控制單元溫度采集。

模組溫度采集：將溫度探頭設(shè)置在模組中央的單體上，以中心溫度視為模組溫度。

控制單元溫度采集：將溫度探頭設(shè)置在控制板上，監(jiān)測(cè)控制板的溫度。

如圖5所示，溫度采樣基準(zhǔn)電壓為5v，定義溫度t＝25℃，rntc＝1kω時(shí)，vin＝2.5v。

采集輸入:

溫度采集精度：±2℃；

2)散熱風(fēng)扇控制

在充放電階段，溫度t以各模組最高溫度為準(zhǔn)，當(dāng)35℃＞t≥25℃時(shí)，開(kāi)啟1個(gè)風(fēng)扇；t≥35℃時(shí)，同時(shí)開(kāi)啟2個(gè)風(fēng)扇。

3)過(guò)溫度保護(hù)

在模組單體和均衡控制板上設(shè)有溫度采集點(diǎn)，實(shí)時(shí)采集溫度數(shù)據(jù)通過(guò)can總線(xiàn)傳輸給數(shù)據(jù)中繼器，當(dāng)模組溫度≥55℃時(shí)，數(shù)據(jù)中繼器發(fā)出溫度報(bào)警信號(hào)。在dc-dc均衡板上設(shè)有溫度檢測(cè)保護(hù)裝置，當(dāng)均衡板上的環(huán)境溫度＞65℃時(shí)，關(guān)閉所有dc-dc均衡模塊。

3、模組編碼設(shè)置功能

每個(gè)控制單元均有6位id編碼設(shè)置功能，id編碼數(shù)按模組電位由低到高設(shè)置編碼(例如10串的控制單元，電位由低到高的編碼為000000～001001)?？刂茊卧獙?shù)據(jù)打包以報(bào)文形式加上11位的id地址(其中后六位id為控制單元編碼)發(fā)送給數(shù)據(jù)中繼器。數(shù)據(jù)中繼器對(duì)控制單元的數(shù)據(jù)采集采用輪詢(xún)的形式，由can總線(xiàn)第一個(gè)控制單元至第40個(gè)控制單元的輪詢(xún)時(shí)間為1s。

本控制單元的均衡策略采用dc-dc自動(dòng)均衡策略，可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能單元間的能量轉(zhuǎn)移，其能量轉(zhuǎn)移效率高，與能耗型電壓均衡策略(例如：開(kāi)關(guān)電阻法)相比，將能量進(jìn)行轉(zhuǎn)移而非消耗，使其產(chǎn)生的熱量大幅下降，更加節(jié)能環(huán)保，可改善超級(jí)電容的工作環(huán)境。整個(gè)均衡策略為模塊化均衡，大模塊內(nèi)帶小模塊，大小模塊同時(shí)均衡，模塊1、模塊2均衡的同時(shí)，模塊5也可以均衡。通過(guò)在模組間連接均衡線(xiàn)可以對(duì)相鄰模組進(jìn)行電壓均衡，解決了模組間出現(xiàn)電壓不均衡和過(guò)電壓的現(xiàn)象。

選擇2并8串的超級(jí)電容式控制單元是比較現(xiàn)階段比較成熟的產(chǎn)品，可以縮短項(xiàng)目研究周期。在技術(shù)問(wèn)題上，控制單元采用兩路供電模式，一路為24v供電給mcu及電壓/溫度信號(hào)采集電路；一路為模組端電壓供給dc-dc均衡板及硬件保護(hù)電路。若采用2并10串或2并12串的模組，其dc-dc均衡板和硬件保護(hù)電路的供電電壓達(dá)到35v或42v，超過(guò)運(yùn)算放大器和電壓比較器最大工作電壓36v。這樣會(huì)影響控制單元的使用壽命。