СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ, СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ И ЭЛИКТРИФИЦИРОВАННОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО Российский патент 2020 года по МПК B60L50/62 B60L58/22 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

Настоящая заявка заявляет приоритет заявки на патент КНР № 201710779935.8, поданной 1 сентября 2017 года, содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к области техники новых транспортных средств, приводимых в движение посредством электрической энергии, в частности к электрифицированному транспортному средству и системе электропитания, а также к способу управления для него.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В настоящее время во всем мире в системах электропитания полностью электрифицированных транспортных средств всегда используется отдельная аккумуляторная батарея или последовательное соединение множества аккумуляторных батарей, при этом необходимо выполнять балансировку между ячейками аккумуляторной батареи и аккумуляторными батареями в зависимости от состояния заряда и характеристик аккумуляторной батареи. Кроме того, предъявляются жесткие требования к однотипности ячеек аккумуляторной батареи.

Отдельная аккумуляторная батарея или последовательное соединение множества аккумуляторных батарей могут иметь недостатки, вызванные тем, что новые и старые аккумуляторные батареи или аккумуляторные батареи разной емкости или с разными характеристиками не могут использоваться вместе, и что неисправная ячейка аккумуляторной батареи или неисправная аккумуляторная батарея может привести к отказу всей системы аккумуляторных батарей. Данные затруднения могут привести к значительному увеличению стоимости производства и отбраковки систем аккумуляторных батарей и усложнить повторное использование старых аккумуляторных батарей.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С учетом вышесказанного, в настоящем изобретении описывается электрифицированное транспортное средство, а также система электропитания и способ управления для него.

В соответствии с одним аспектом изобретения описывается система электропитания для электрифицированного транспортного средства, содержащая: систему аккумуляторных батарей, содержащую одну аккумуляторную батарею или множество соединенных параллельно аккумуляторных батарей, управляемых посредством системы управления аккумуляторной батареей (BMS) для подключения и отключения от высоковольтной шины постоянного тока электрифицированного транспортного средства, причем система аккумуляторных батарей выполнена с возможностью обеспечения электропитания электрифицированного транспортного средства; увеличитель запаса хода, выполненный с возможностью генерирования постоянного тока для зарядки системы аккумуляторных батарей и/или осуществления электропитания электрифицированного транспортного средства; контроллер, выполненный с возможностью управления режимом генерирования электрической энергии увеличителя запаса хода, управления состоянием подключения каждой аккумуляторной батареи к высоковольтной шине постоянного тока электрифицированного транспортного средства и/или управления состоянием подключения увеличителя запаса хода к высоковольтной шине постоянного тока электрифицированного транспортного средства; и множество переключателей, расположенных между каждой аккумуляторной батареей и высоковольтной шиной постоянного тока электрифицированного транспортного средства, и/или между увеличителем запаса хода и высоковольтной шиной постоянного тока электрифицированного транспортного средства.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения описывается электрифицированное транспортное средство, в котором используется система электропитания для электрифицированного транспортного средства в соответствии с любым вариантом реализации настоящего изобретения, и/или которое управляется с помощью способа управления в соответствии с любым вариантом реализации настоящего изобретения.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения описывается способ управления для системы электропитания электрифицированного транспортного средства, который включает использование системы электропитания для электрифицированного транспортного средства в соответствии с любым вариантом реализации настоящего изобретения для электропитания электрифицированного транспортного средства.

В настоящем изобретении для электропитания электрифицированного транспортного средства может использоваться параллельная система аккумуляторных батарей вместе с увеличителем запаса хода. Множество аккумуляторных батарей в системе аккумуляторных батарей соединены параллельно, что обеспечивает модульное построение, интеграцию/простоту обслуживания и высокую надежность. Кроме того, напряжения множества аккумуляторных батарей, соединенных параллельно, могут быть сбалансированы посредством управления работой увеличителя запаса хода, так что система аккумуляторных батарей может быть гибко размещена на электрифицированном транспортном средстве, тем самым упрощая интегрированную конструкцию всего транспортного средства. Кроме того, отказ одной аккумуляторной батареи не повлияет на работу электрифицированного транспортного средства. Неисправную аккумуляторную батарею можно просто заменить; новые и старые аккумуляторные батареи могут использоваться вместе параллельно; причем аккумуляторные батареи, выполненные из разных материалов и имеющие разную емкость, могут использоваться вместе параллельно. Одним словом, настоящее изобретение имеет большое значение для промышленного применения.

Следовательно, в настоящем изобретении предлагается новое решение для разработки электрифицированных транспортных средств. Настоящее изобретение может быть предназначено для решения таких задач, как модульное построение аккумуляторных батарей, замена аккумуляторной батареи и параллельное использование аккумуляторных батарей, эффективно решая проблему полностью электрифицированных транспортных средств, известную как «боязнь ограничения дальности поездки».

Ниже приводятся подробные описания примерных вариантов реализации изобретения со ссылкой на чертежи. Другие признаки и аспекты настоящего изобретения станут очевидными при их рассмотрении.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Чертежи, которые включены в описание изобретения и являются частью описания изобретения, вместе с описанием изобретения поясняют примерные варианты реализации изобретения, признаки и аспекты изобретения, а также используются для пояснения принципов изобретения.

На Фиг. 1 проиллюстрирована структурная схема системы электропитания электрифицированного транспортного средства в соответствии с вариантом реализации изобретения.

На Фиг. 2 проиллюстрирована блок-схема способа управления для системы электропитания электрифицированного транспортного средства в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.

На Фиг. 3 проиллюстрирована блок-схема основного управляющего программного обеспечения в способе управления для системы электропитания электрифицированного транспортного средства в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.

На Фиг. 4 проиллюстрирована блок-схема режима увеличенного запаса хода в способе управления для системы электропитания электрифицированного транспортного средства в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.

На Фиг. 5 проиллюстрирована блок-схема режима балансировки в способе управления для системы электропитания электрифицированного транспортного средства в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Различные примерные варианты осуществления, признаки и аспекты настоящего изобретения будут подробно описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи. Элементы с одинаковыми или подобными функциями на чертежах обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Хотя на прилагаемых чертежах проиллюстрированы различные аспекты вариантов осуществления изобретения, если не указано иное, чертежи не обязательно выполнены с соблюдением масштаба.

В настоящей заявке специальный термин «примерный» означает «используется в качестве примера, варианта осуществления изобретения или иллюстрации». Любой вариант осуществления изобретения, описанный в настоящей заявке как «примерный», не обязательно должен интерпретироваться как предпочтительный или лучший по сравнению с другими вариантами осуществления изобретения.

Кроме того, с целью облегчения понимания настоящего изобретения в описанных ниже вариантах осуществления изобретения представлены многочисленные конкретные подробности. Для специалистов в данной области техники должно быть очевидно, что настоящее изобретение может быть реализовано без некоторых из этих конкретных подробностей. С целью обратить особое внимание на объект настоящего изобретения в некоторых вариантах осуществления изобретения подробно не описываются способы, средства, элементы и схемы, известные специалистам в данной области техники.

Вариант осуществления изобретения 1

На Фиг. 1 проиллюстрирована структурная схема системы электропитания электрифицированного транспортного средства в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Как проиллюстрировано на Фиг. 1, система электропитания содержит:

систему аккумуляторных батарей, содержащую одну аккумуляторную батарею или множество соединенных параллельно аккумуляторных батарей, управляемых посредством системы управления аккумуляторной батареей (BMS) для подключения и отключения от высоковольтной шины постоянного тока электрифицированного транспортного средства, причем система аккумуляторных батарей выполнена с возможностью обеспечения электропитания электрифицированного транспортного средства;

увеличитель запаса хода, выполненный с возможностью генерирования постоянного тока для зарядки системы аккумуляторных батарей и/или обеспечения электропитания электрифицированного транспортного средства. В частности, увеличитель запаса хода выполнен с возможностью генерирования электрической энергии постоянного тока для вырабатывания постоянного тока, чтобы заряжать одну или все аккумуляторные батареи системы аккумуляторных батарей. Увеличитель запаса хода может также обеспечивать электропитание электрифицированного транспортного средства во время зарядки аккумуляторной батареи (аккумуляторных батарей);

контроллер, выполненный с возможностью управления режимом генерирования электрической энергии увеличителя запаса хода, управления состоянием подключения каждой аккумуляторной батареи к высоковольтной шине постоянного тока электрифицированного транспортного средства и/или управления состоянием подключения увеличителя запаса хода к высоковольтной шине постоянного тока электрифицированного транспортного средства. Кроме того, контроллер может регулировать ток, генерируемый увеличителем запаса хода, управлять рабочим шумом с помощью увеличителя запаса хода, а также управлять увеличителем запаса хода, чтобы заряжать одну определенную аккумуляторную батарею или заряжать множество батарей одновременно; и

множество переключателей, расположенных между каждой аккумуляторной батареей и высоковольтной шиной постоянного тока электрифицированного транспортного средства, и/или между увеличителем запаса хода и высоковольтной шиной постоянного тока электрифицированного транспортного средства.

Например, аккумуляторная батарея B1 может подключаться или отключаться от высоковольтной шины постоянного тока с помощью переключателя S1+, а также может подключаться или отключаться от увеличителя запаса хода с помощью переключателя S1-. Увеличитель 3 запаса хода может генерировать электрическую энергию для зарядки аккумуляторной батареи B1 или всех аккумуляторных батарей и может частично обеспечивать электропитание электрифицированного транспортного средства во время зарядки аккумуляторных батарей. Контроллер 4 может контролировать напряжение каждой аккумуляторной батареи или управлять подключением/отключением между аккумуляторной батареей и высоковольтной шиной постоянного тока с помощью локальной сети контроллеров (CAN), такой как шина CAN2. Если определено, что необходимо зарядить аккумуляторную батарею B1, будет осуществляться управление увеличителем 3 запаса хода, чтобы обеспечить зарядку аккумуляторной батареи B1.

Кроме того, контроллер 4 также может управлять рабочим шумом с помощью увеличителя запаса хода в соответствии с широким диапазоном потребностей зарядки и электропитания электрифицированного транспортного средства. В частности, контроллер управляет генерированием электрической энергии посредством увеличителя запаса хода, причем в зависимости от фактических потребностей на выходе генерируются различные токи; также контроллер через линию связи CAN1 управляет режимом работы увеличителя запаса хода, тем самым управляя рабочим шумом. Например, контроллер подключает одну или большее количество специально выделенных аккумуляторных батарей к высоковольтной шине постоянного тока посредством переключателей с S1+ по SN+, чтобы обеспечить электропитание электрифицированного транспортного средства или управляет переключателями с S1- по SN-, чтобы обеспечить подключение одной или большего числа специально выделенных аккумуляторных батарей к увеличителю запаса хода для зарядки аккумуляторных батарей.

В данном варианте осуществления изобретения каждая аккумуляторная батарея содержит расположенные внутри нее: главный переключатель и переключатель предварительной зарядки. Главный переключатель может подключать или отключать аккумуляторную батарею от высоковольтной шины постоянного тока. Переключатель предварительной зарядки служит для зарядки конденсатора системы через резистор предварительной зарядки перед включением главного переключателя. Главный переключатель и переключатель предварительной зарядки управляются посредством BMS. BMS в аккумуляторной батарее принимает команду от контроллера через линию связи CAN2, чтобы управлять подключением/отключением аккумуляторной батареи.

В данном варианте осуществления изобретения увеличитель запаса хода является бортовым устройством генерирования постоянного тока. Увеличитель запаса хода выполнен в виде по меньшей мере одного из следующего: генератор на топливе, генератор на природном газе, генератор на смеси спирта и эфира, генератор на сжатом воздухе и генератор на водородных топливных элементах. Увеличитель запаса хода выполнен с возможностью подачи генерируемого тока для зарядки аккумуляторных батарей, обеспечения электропитания электрифицированного транспортного средства или одновременного заряжания аккумуляторных батарей и обеспечения электропитанием электрифицированного транспортного средства.

В возможном варианте осуществления изобретения множество переключателей содержит первую группу переключателей и вторую группу переключателей. Первая группа переключателей включает по меньшей мере один первый переключатель, а вторая группа переключателей включает по меньшей мере один второй переключатель. Первый переключатель расположен между аккумуляторной батареей и высоковольтной шиной постоянного тока. Второй переключатель расположен между аккумуляторной батареей и увеличителем запаса хода.

В возможном варианте осуществления изобретения контроллер выполнен с возможностью управления режимом генерирования электрической энергии увеличителем запаса хода; и управления состоянием каждого первого переключателя и/или каждого второго переключателя в зависимости от напряжения соответствующей аккумуляторной батареи, чтобы управлять состоянием подключения соответствующей аккумуляторной батареи к высоковольтной шине постоянного тока и/или управлять состоянием подключения соответствующей аккумуляторной батареи к увеличителю запаса хода.

В частности, контроллер может иметь одну или большее количество специально выделенных аккумуляторных батарей, подключенных или отключенных от высоковольтной шины постоянного тока посредством управления специально выделенным первым переключателем. Контроллер также может иметь одну или большее количество специально выделенных аккумуляторных батарей, подключенных или отключенных от увеличителя запаса хода посредством управления специально выделенным вторым переключателем.

Например, множество переключателей также могут рассматриваться как разъединители аккумуляторных батарей. Как проиллюстрировано на Фиг. 1, первыми переключателями, входящими в первую группу переключателей, могут быть переключатели с S1+ по SN+. Вторыми переключателями, входящими во вторую группу переключателей, могут быть переключатели с S1- по SN-. При управлении посредством контроллера переключатели с S1+ по SN+ служат чтобы включать и выключать подключения между аккумуляторными батареями и высоковольтной шиной постоянного тока или включать и выключать подключения между аккумуляторной батареей и другими устройствами, подключенными при помощи высоковольтной шины постоянного тока. Переключатели с S1- с SN- служат чтобы включать и выключать подключения между аккумуляторными батареями и увеличителем запаса хода.

В данном варианте осуществления изобретения при запуске системы контроллер обеспечивает возможность подключения к высоковольтной шине постоянного тока не менее одной аккумуляторной батареи, чтобы обеспечить электропитание электрифицированного транспортного средства. В случае, когда контроллер управляет увеличителем запаса хода для электропитания электрифицированного транспортного средства путем постоянной выработки электрической энергии, чтобы обеспечить оптимальную эффективность генерирования электрической энергии используется режим постоянной мощности.

В данном варианте осуществления изобретения контроллер может определять напряжение каждой аккумуляторной батареи, чтобы определять согласованы ли напряжения между аккумуляторными батареями. В зависимости от напряжений соответствующих аккумуляторных батарей можно управлять состоянием подключения между аккумуляторными батареями, высоковольтной шиной постоянного тока и увеличителем запаса хода. Например, могут иметь место следующие ситуации.

Ситуация I: Напряжения аккумуляторных батарей согласованы.

Если напряжения множества аккумуляторных батарей согласованы, аккумуляторные батареи могут быть одновременно подключены к высоковольтной шине постоянного тока для электропитания электрифицированного транспортного средства. В данном случае увеличитель запаса хода может не работать (т. е. полностью электрический режим) или может работать в режиме постоянной мощности (т. е. режим увеличенного запаса хода). Ток, генерируемый увеличителем запаса хода, может непосредственно обеспечивать электропитание электрифицированного транспортного средства, одновременно заряжать аккумуляторные батареи или одновременно заряжать аккумуляторные батареи во время электропитания электрифицированного транспортного средства. В режиме увеличенного запаса хода переключатели включаются одновременно.

В возможном варианте реализации осуществления контроллер также выполнен с возможностью управления BMS посредством команд CAN2 для подключения всех аккумуляторных батарей к высоковольтной шине постоянного тока; управления всеми первыми переключателями между аккумуляторными батареями и высоковольтной шиной постоянного тока для перехода во включенное состояние; управления всеми вторыми переключателями между аккумуляторными батареями и увеличителем запаса хода для перехода в отключенное состояние; и управления увеличителем запаса хода для перехода в режим остановки, чтобы электрифицированное транспортное средство работало в полностью электрическом режиме.

В возможном варианте осуществления изобретения контроллер также выполнен с возможностью управления BMS посредством команд CAN2 для подключения всех аккумуляторных батарей к высоковольтной шине постоянного тока; управления всеми первыми переключателями между аккумуляторными батареями и высоковольтной шиной постоянного тока для перехода во включенное состояние; управления всеми вторыми переключателями между аккумуляторными батареями и увеличителем запаса хода для перехода во включенное состояние; и управления увеличителем запаса хода для перехода в режим постоянной мощности, чтобы электрифицированное транспортное средство работало в режиме увеличенного запаса хода.

Кроме того, контроллер выполнен с возможностью управления увеличителем запаса хода при работе в режиме увеличенного запаса хода для перехода в режим номинальной мощности или режим половинной мощности в зависимости от потребляемой мощности и/или скорости электрифицированного транспортного средства.

Кроме того, контроллер выполнен с возможностью управления электрическим транспортным средством при работе в режиме увеличенного запаса хода для перехода в аварийный режим, при котором скорость транспортного средства ограничивается аварийной скоростью в случае, когда система аккумуляторных батарей находится в разряженном состоянии, а мощность, генерируемая увеличителем запаса хода в режиме номинальной мощности, меньше мощности, потребляемой электрическим транспортным средством, чтобы мощность, потребляемая электрическим транспортным средством, была меньше мощности, генерируемой увеличителем запаса хода в режиме номинальной мощности.

Ситуация II: Напряжения аккумуляторных батарей не согласованы.

Непосредственно после включения электрифицированного транспортного средства контроллер определяет напряжения и степень заряженности (SoC) соответствующих аккумуляторных батарей посредством линии связи CAN2. Если напряжения множества аккумуляторных батарей не согласованы, аккумуляторные батареи с наибольшим напряжением подключаются к высоковольтной шине постоянного тока в первую очередь для электропитания электрифицированного транспортного средства. Если напряжение одной из аккумуляторных батарей ниже напряжения других аккумуляторных батарей, увеличитель запаса хода приводится в действие для зарядки этой аккумуляторной батареи до тех пор, пока ее напряжение не будет согласовано с напряжением других аккумуляторных батарей, а затем эта аккумуляторная батарея подключается к высоковольтной шине постоянного тока для электропитания электрифицированного транспортного средства. Когда увеличитель запаса хода управляется посредством контроллера для генерирования электрической энергии для зарядки аккумуляторных батарей, после достижения целевого напряжения величина генерируемого тока будет постепенно уменьшаться.

В возможном варианте осуществления изобретения контроллер также выполнен с возможностью управления BMS с помощью команды CAN2 для подключения первой аккумуляторной батареи с наибольшим напряжением к высоковольтной шине постоянного тока, если определено, что напряжения аккумуляторных батарей не согласованы; управления первым переключателем, подключенным к первой аккумуляторной батарее, для перехода во включенное состояние; и управления вторым переключателем, подключенным к первой аккумуляторной батарее, для перехода в выключенное состояние, чтобы электрифицированное транспортное средство могло перейти в режим балансировки.

В данном варианте осуществления изобретения может использоваться одна или большее количество первых аккумуляторных батарей с наибольшим напряжением. После подключения первой аккумуляторной батареи с наибольшим напряжением к высоковольтной шине постоянного тока для выполнения балансировки можно использовать любой из следующих способов.

В первом способе контроллер выполнен с возможностью, при работе в режиме балансировки, определения напряжения высоковольтной шины постоянного тока в качестве первого целевого напряжения, если напряжение второй аккумуляторной батареи ниже напряжения на высоковольтной шине постоянного тока, управления BMS с помощью команды CAN2 для подключения второй аккумуляторной батареи к высоковольтной шине постоянного тока, управления первым переключателем, подключенным ко второй аккумуляторной батарее, для перехода в выключенное состояние, и вторым переключателем, подключенным ко второй аккумуляторной батарее, для перехода во включенное состояние, чтобы увеличитель запаса хода заряжал вторую аккумуляторную батарею. Если напряжение второй аккумуляторной батареи увеличивается и достигает первого целевого напряжения, первый переключатель, подключенный ко второй аккумуляторной батарее, переводится во включенное состояние, чтобы подключить вторую аккумуляторную батарею к высоковольтной шине постоянного тока.

Во втором способе контроллер выполнен с возможностью, при работе в режиме балансировки, определения напряжения второй аккумуляторной батареи в качестве второго целевого напряжения, если напряжение второй аккумуляторной батареи выше напряжения на высоковольтной шине постоянного тока, управления вторым переключателем между увеличителем запаса хода и первой аккумуляторной батареей для перехода во включенное состояние, управления увеличителем запаса хода для перехода в режим слежения за мощностью, чтобы увеличить напряжение высоковольтной шины постоянного тока путем уменьшения нагрузки первой аккумуляторной батареи. Если напряжение высоковольтной шины постоянного тока увеличивается до второго целевого напряжения, первый переключатель, подключенный ко второй аккумуляторной батарее, переходит во включенное состояние, чтобы подключить вторую аккумуляторную батарею к высоковольтной шине постоянного тока.

Вторая аккумуляторная батарея является аккумуляторной батареей, отличной от первой аккумуляторной батареи из множества аккумуляторных батарей. Как проиллюстрировано на Фиг. 1, система аккумуляторных батарей содержит множество аккумуляторных батарей, обозначенных как B1 по BN. Если первой аккумуляторной батареей является аккумуляторная батарея B1, второй аккумуляторной батареей может быть одна из аккумуляторных батарей с B2 по BN.

Например, если множество аккумуляторных батарей содержит три или более аккумуляторных батареи, а две аккумуляторных батареи B1 и B2 имеют напряжения ниже напряжения высоковольтной шины постоянного тока, то увеличитель запаса хода сначала заряжает аккумуляторную батарею B1, в то время как аккумуляторная батарея B2 с низким напряжением отключена и изолирована. После зарядки аккумуляторной батареи B1 и подключения к высоковольтной шине постоянного тока увеличитель запаса хода запускает зарядку аккумуляторной батареи B2 до полной зарядки, а затем аккумуляторная батарея B2 подключается к высоковольтной шине постоянного тока.

В возможном варианте осуществления изобретения при работе в режиме балансировки контроллер дополнительно выполнен с возможностью управления увеличителем запаса хода для перехода в режим неизменного постоянного напряжения для зарядки второй аккумуляторной батареи, если напряжение второй аккумуляторной батареи ниже напряжения высоковольтной шины постоянного тока.

В возможном варианте осуществления изобретения при работе в режиме балансировки контроллер дополнительно выполнен с возможностью управления увеличителем запаса хода для перехода в режим слежения за мощностью, если напряжение второй аккумуляторной батареи выше напряжения на высоковольтной шине постоянного тока, тем самым увеличивая напряжение высоковольтной шины постоянного тока путем уменьшения нагрузки на первую аккумуляторную батарею.

В системе электропитания электрифицированного транспортного средства в соответствии с изобретением для электропитания используется параллельная система аккумуляторных батарей в сочетании с увеличителем запаса хода. Множество аккумуляторных батарей в системе аккумуляторных батарей соединены параллельно, таким образом обеспечивая модульное построение, интеграцию/простоту обслуживания и высокую надежность. Кроме того, для обеспечения гибкости расположения системы аккумуляторных батарей на электрифицированном транспортном средстве напряжения множества параллельно соединенных аккумуляторных батарей могут быть сбалансированы путем управления увеличителем запаса хода, при этом может быть упрощена интегрированная конструкция всего транспортного средства. Кроме того, отказ одной аккумуляторной батареи не влияет на работу электрифицированного транспортного средства. Замена неисправной аккумуляторной батареи является несложной операцией. Кроме того, одновременно могут использоваться новые и старые батареи или батареи различной емкости или батареи с разными характеристиками. Одним словом, это изобретение имеет существенную значимость для промышленного применения.

Следовательно, в настоящем изобретении предлагается новое решение для разработки электрифицированных транспортных средств. Данное изобретение предназначено для решения таких задач, как модульное построение аккумуляторных батарей, замена аккумуляторной батареи и параллельное использование аккумуляторных батарей, при этом эффективно решается проблема полностью электрифицированных транспортных средств, известная как «боязнь ограничения дальности поездки».

Вариант осуществления изобретения 2

На основе описанной выше системы электропитания для электрифицированного транспортного средства данный вариант осуществления изобретения с помощью примеров со ссылкой на Фиг. 1 поясняет принцип действия аккумуляторных батарей, обеспечивающих электропитание электрифицированного транспортного средства.

Например, после запуска электрифицированного транспортного средства, если напряжения всех аккумуляторных батарей с B1 по BN сбалансированы (т.е. напряжения согласованы), соответствующие аккумуляторные батареи могут быть подключены к высоковольтной шине постоянного тока под управлением BMS через линию связи CAN2; контроллер 4 переключает переключатели с S1+ по SN+ во включенное состояние, чтобы все аккумуляторные батареи с B1 по BN одновременно обеспечивали электропитание электрифицированного транспортного средства. Переключатели с S1- по SN- остаются в выключенном состоянии, поэтому электрифицированное транспортное средство работает в полностью электрическом режиме.

В другом примере, после запуска электрифицированного транспортного средства, если напряжение аккумуляторной батареи BN является наибольшим, контроллер 4 управляет BMS через линию связи CAN2 чтобы подключить аккумуляторную батарею BN к высоковольтной шине постоянного тока; при этом контроллер 4 непосредственно переводит переключатель SN+ во включенное состояние, чтобы аккумуляторная батарея BN в первую очередь обеспечивала электропитание электрифицированного транспортного средства. В то же время контроллер 4 через шину CAN2 контролирует напряжение других аккумуляторных батарей, таких как аккумуляторная батарея B1. Поскольку из-за разряда напряжение аккумуляторной батареи BN падает до напряжения аккумуляторной батареи B1, контроллер 4 мгновенно переводит переключатель S1+ во включенное состояние, чтобы подключить аккумуляторную батарею B1 к высоковольтной шине постоянного тока и использовать ее для электропитания электрифицированного транспортного средства.

В качестве еще одного примера, если контроллер 4 определяет, что напряжение аккумуляторной батареи B1 намного ниже напряжения аккумуляторной батареи BN с наибольшим напряжением, а аккумуляторная батарея BN должна разряжаться в течение длительного времени, чтобы достичь согласованности напряжений контроллер 4 мгновенно переводит переключатель S1- во включенное состояние, при этом удерживая переключатель S1+ в выключенном состоянии, и управляет увеличителем 3 запаса хода для генерирования электрической энергии и зарядки аккумуляторной батареи B1 для постепенного увеличения напряжения на ней. Когда напряжение аккумуляторной батареи B1 приближается к напряжению аккумуляторной батареи BN (целевое напряжение), переключатель S1+ переходит во включенное состояние, чтобы использовать аккумуляторную батарею B1 для электропитания электрифицированного транспортного средства. На данном этапе электрифицированное транспортное средство работает в режиме балансировки (также известном как режим уравнительной зарядки). После завершения балансировки, если увеличитель запаса хода прекращает генерировать электрическую энергию, электрифицированное транспортное средство перейдет в полностью электрический режим.

Вариант осуществления изобретения 3

Данный вариант осуществления изобретения отличается от вышеописанных вариантов осуществления изобретения тем, что контроллер 4 управляет увеличителем 3 запаса хода для перехода в режим постоянной мощности и использования для электропитания электрифицированного транспортного средства непосредственно во время движения электрифицированного транспортного средства. Поскольку электропитание транспортного средства, главным образом, обеспечивается системой аккумуляторных батарей, увеличитель 3 запаса хода также передает часть мощности транспортному средству, при этом эффективно уменьшая нагрузку на систему аккумуляторных батарей и увеличивая дальность поездки транспортного средства.

В качестве примера, после запуска электрифицированного транспортного средства, если напряжения всех аккумуляторных батарей с B1 по BN сбалансированы (т.е. напряжения согласованы), контроллер 4 переключает переключатели с S1+ по SN+ во включенное состояние, таким образом все аккумуляторные батареи с B1 по BN одновременно обеспечивают электропитание электрифицированного транспортного средства. Кроме того, когда переключатели с S1 по SN находятся во включенном состоянии, увеличитель 3 запаса хода работает в режиме постоянной мощности, при этом электрифицированное транспортное средство работает в режиме увеличенного запаса хода.

В качестве другого примера, когда степень заряженности (SoC) системы аккумуляторных батарей ниже заданного уровня, например 30%, контроллер 4 мгновенно активирует переход увеличителя 3 запаса хода в режим постоянной мощности. При этом контроллер 4 контролирует скорость и потребляемую мощность транспортного средства. Если транспортное средство движется с высокой скоростью (например, более 80 км/ч), а его потребляемая мощность превышает номинальную мощность увеличителя 3 запаса хода, контроллер 4 переводит увеличитель 3 запаса хода в режим номинальной мощности. Если транспортное средство движется со скоростью ниже заданной скорости, например, 60 км/ч, или потребляемая мощность транспортного средства ниже половины мощности увеличителя 3 запаса хода, контроллер 4 переводит увеличитель 3 запаса хода в режим половинной мощности с меньшей мощностью. На этом этапе рабочий шум увеличителя 3 запаса хода резко уменьшается, что делает транспортное средство более комфортабельным.

В этом варианте осуществления изобретения увеличитель 3 запаса хода и система аккумуляторных батарей одновременно обеспечивают электропитание электрифицированного транспортного средства, при этом транспортное средство работает в режиме увеличенного запаса хода (также известном как режим увеличенной дальности поездки).

В возможном варианте осуществления изобретения увеличитель 3 запаса хода переходит в режим остановки при остановке транспортного средства (например, перед светофором) или во время движения со скоростью ниже заданной скорости, например, 20 км/ч, чтобы устранить рабочий шум увеличителя запаса хода.

В возможном варианте осуществления изобретения, когда мощность, генерируемая увеличителем 3 запаса хода в режиме постоянной мощности, превышает мощность, потребляемую транспортным средством, избыточная мощность используется для зарядки системы аккумуляторных батарей.

В возможном варианте осуществления изобретения, когда из-за разряда система аккумуляторных батарей находится в разряженном состоянии (например, если ее SoC (остаточная мощность) составляет менее 10%), а номинальная мощность увеличителя 3 запаса хода меньше мощности, потребляемой электрическим транспортным средством, электрифицированное транспортное средство переходит в аварийный режим, при котором скорость ограничена аварийной скоростью, уменьшая потребляемую мощность ниже номинальной мощности увеличителя 3 запаса хода.

Вариант осуществления изобретения 4

Данный вариант осуществления изобретения отличается от вышеприведенных вариантов осуществления изобретения тем, что вся система аккумуляторных батарей в данном варианте осуществления изобретения содержит множество аккумуляторных батарей с B1 по BN, соединенных параллельно, обеспечивая независимую установку и снятие каждой аккумуляторной батареи. Данная схема позволяет при ремонте заменять одну или большее количество аккумуляторных батарей из аккумуляторных батарей с B1 по BN. Устанавливаемая вместо неисправной аккумуляторная батарея, за исключением одинаковой спецификации напряжения, не должна иметь такую же степень работоспособности (SoH) как у неисправной аккумуляторной батареи, причем устанавливаемая вместо неисправной аккумуляторная батарея не должна иметь такую же емкость или быть выполнена из того же материала, что и неисправная аккумуляторная батарея.

В частности, множество аккумуляторных батарей, имеющих одинаковую спецификацию напряжения, обычно означает, что каждая из множества аккумуляторных батарей имеет одинаковое номинальное напряжение, которое является таким же как номинальное напряжение высоковольтной шины постоянного тока. Каждая из множества аккумуляторных батарей может иметь или может не иметь одинаковую емкость, одинаковую степень работоспособности, быть или не быть выполненной из одинакового материала и т. д.

В возможном варианте осуществления изобретения, если аккумуляторную батарею BN заменяют новой аккумуляторной батареей с таким же уровнем напряжения, но с меньшей емкостью, то новая аккумуляторная батарея может иметь более высокое напряжение холостого хода и, следовательно, может быть в первую очередь подключена к высоковольтной шине постоянного тока при запуске электрифицированного транспортного средства для электропитания электрифицированного транспортного средства. Однако при разрядке с большим током из-за небольшой емкости напряжение аккумуляторной батареи резко падает ниже напряжений других аккумуляторных батарей, что делает невозможным подключение других аккумуляторных батарей к высоковольтной шине постоянного тока. На этом этапе контроллер 4 активирует увеличитель 3 запаса хода и переводит переключатель SN- во включенное состояние, чтобы начать генерирование электрической энергии и быстро зарядить аккумуляторную батарею BN, увеличивая напряжение путем уменьшения тока разряда аккумуляторной батареи. Когда напряжение новой аккумуляторной батареи приближается к напряжению других аккумуляторных батарей, контроллер 4 быстро подключает другие аккумуляторные батареи к высоковольтной шине постоянного тока.

В возможном варианте осуществления изобретения, если аккумуляторную батарею BN заменяют старой аккумуляторной батареей с таким же уровнем напряжения, то старая аккумуляторная батарея может иметь более высокое напряжение холостого хода и, следовательно, может быть в первую очередь подключена к высоковольтной шине постоянного тока при запуске электрифицированного транспортного средства для электропитания электрифицированного транспортного средства. Однако при разрядке с большим током из-за высокого внутреннего сопротивления напряжение старой аккумуляторной батареи резко падает ниже напряжений других аккумуляторных батарей, что делает невозможным подключение других аккумуляторных батарей к высоковольтной шине постоянного тока. Контроллер 4 подключит другие аккумуляторные батареи к высоковольтной шине постоянного тока с помощью вышеописанного алгоритма управления.

Изобретение содержит признаки, обеспечивающие параллельное соединение аккумуляторных батарей на электрифицированном транспортном средстве, тем самым эффективно устраняя проблему, заключающуюся в том, что аккумуляторные батареи с одинаковым уровнем напряжения, но с разной степенью заряженности, разной емкости и разной степенью работоспособности не могут использоваться на одном и том же электрифицированном транспортном средстве, особенно при параллельном соединении. В результате упрощается замена и ремонт аккумуляторных батарей на электрифицированном транспортном средстве, облегчая установку дополнительных аккумуляторных батарей для увеличения дальности поездки.

Вариант осуществления изобретения 5

Данный вариант осуществления изобретения отличается от вышеприведенных вариантов осуществления изобретения тем, что если одна из множества аккумуляторных батарей с B1 по BN в системе аккумуляторных батарей не работает из-за серьезной неисправности, контроллер 4 автоматически распознает отказ с помощью кода ошибки, полученного посредством шины CAN2, и отключит аккумуляторную батарею от высоковольтной шины постоянного тока, чтобы прекратить электропитание посредством этой аккумуляторной батареи. При этом оставшиеся аккумуляторные батареи в системе аккумуляторных батарей будут продолжать обеспечивать электропитание электрифицированного транспортного средства без внезапной остановки во время движения.

В возможном варианте осуществление изобретения в случае, когда была обнаружена серьезная неисправность аккумуляторной батареи, контроллер отключает аккумуляторную батарею от высоковольтной шины постоянного тока до тех пор, пока аккумуляторная батарея не восстановится после неисправности. Например, в случае одновременного подключения к высоковольтной шине постоянного тока множества аккумуляторных батарей для электропитания электрифицированного транспортного средства, когда во время работы была обнаружена серьезная неисправность аккумуляторной батареи BN, переключатели SN+ и SN- будут переведены в выключенное состояние, тем самым изолируя аккумуляторную батарею BN, в то время как другие аккумуляторные батареи могут продолжать обеспечивать электропитание электрифицированного транспортного средства.

В возможном варианте осуществления изобретения после отсоединения неисправной аккумуляторной батареи контроллер 4 немедленно активирует увеличитель 3 запаса хода для генерирования электрической энергии, чтобы снизить вероятность перегрузки других аккумуляторных батарей из-за снятия неисправной аккумуляторной батареи.

Система электропитания для электрифицированного транспортного средства, представленная в данном изобретении, отличается модульным построением системы аккумуляторных батарей и простотой интеграции/обслуживания. Таким образом, это делает коммерческую разработку и использование электрифицированных транспортных средств с увеличенной дальностью поездки более удобным и экономичным, при этом эффективно решается проблема «боязни ограничения дальности поездки», присущая полностью электрифицированному транспортному средству, при этом решается проблема узких мест в производстве, замены и эшелонирования системы аккумуляторных батарей, что имеет существенную значимость для промышленного применения.

Вариант осуществления изобретения 6

В настоящем изобретении также предлагается электрифицированное транспортное средство, которое содержит систему электропитания для электрифицированного транспортного средства в соответствии с любым из вариантов реализации настоящего изобретения, и/или которая управляется с помощью способа управления из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Вариант осуществления изобретения 7

На Фиг. 2 проиллюстрирована блок-схема способа управления системой электропитания для электрифицированного транспортного средства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Как проиллюстрировано на Фиг. 2, способ управления системой электропитания для электрифицированного транспортного средства использует систему электропитания для электрифицированного транспортного средства в соответствии с любым из вариантов осуществления настоящего изобретения для электропитания электрифицированного транспортного средства. Способ может содержать этап 101.

На этапе 101 контроллер управляет режимом генерирования электрической энергии увеличителем запаса хода и управляет состоянием первого и/или второго переключателей в зависимости от напряжений соответствующих аккумуляторных батарей, чтобы управлять состоянием подключения между соответствующими аккумуляторными батареями и высоковольтной шиной постоянного тока и/или управлять состоянием подключения между соответствующими аккумуляторными батареями и увеличителем запаса хода.

В возможной реализации этап 101 включает:

этап 201, если определено, что напряжения аккумуляторных батарей согласованы, управления BMS посредством команд CAN2 для подключения всех аккумуляторных батарей к высоковольтной шине постоянного тока, управления первыми переключателями между всеми аккумуляторными батареями и высоковольтной шиной постоянного тока для перехода во включенное состояние, управления вторыми переключателями между всеми аккумуляторными батареями и увеличителем запаса хода для перехода в отключенное состояние, и управления увеличителем запаса хода для перехода в режим остановки, чтобы электрифицированное транспортное средство работало в полностью электрическом режиме; или

этап 202, если определено, что напряжения аккумуляторных батарей согласованы, управления BMS посредством команд CAN2 для подключения всех аккумуляторных батарей к высоковольтной шине постоянного тока, управления первыми переключателями между всеми аккумуляторными батареями и высоковольтной шиной постоянного тока для перехода во включенное состояние, управления вторыми переключателями между всеми аккумуляторными батареями и увеличителем запаса хода для перехода во включенное состояние, и управления увеличителем запаса хода для перехода в режим постоянной мощности, чтобы электрифицированное транспортное средство работало в режиме увеличенного запаса хода.

В возможной реализации, после этапа 202, способ дополнительно включает:

этап 203, при работе в режиме увеличенного запаса хода, управления увеличителем запаса хода для перехода в режим номинальной мощности или режим половинной мощности в зависимости от потребляемой мощности и/или скорости электрифицированного транспортного средства.

В возможной реализации, после этапа 202, способ дополнительно включает:

этап 204, при работе в режиме увеличенного запаса хода, если система аккумуляторных батарей находится в разряженном состоянии, а мощность, генерируемая увеличителем запаса хода в режиме номинальной мощности меньше мощности, потребляемой электрическим транспортным средством, управления электрическим транспортным средством для перехода в аварийный режим, при котором скорость электрифицированного транспортного средства ограничивается аварийной скоростью, чтобы мощность, потребляемая электрическим транспортным средством была меньше мощности, генерируемой увеличителем запаса хода в режиме номинальной мощности.

В возможной реализации этап 101 дополнительно включает:

этап 205, если определено, что напряжения аккумуляторных батарей не согласованы, управления BMS с помощью команды CAN2 для подключения первой аккумуляторной батареи с наибольшим напряжением к высоковольтной шине постоянного тока, управления первым переключателем, подключенным к первой аккумуляторной батарее, для перехода во включенное состояние, и вторым переключателем, подключенным к первой аккумуляторной батарее, для перехода в выключенное состояние, чтобы электрифицированное транспортное средство работало в режиме балансировки.

В возможной реализации, после этапа 205, способ дополнительно включает:

этап 206, в режиме балансировки, если напряжение второй аккумуляторной батареи ниже напряжения высоковольтной шины постоянного тока, определения напряжения высоковольтной шины постоянного тока в качестве первого целевого напряжения, управления BMS с помощью команды CAN2 для подключения второй аккумуляторной батареи к высоковольтной шине постоянного тока, управления первым переключателем, подключенным ко второй аккумуляторной батарее, для перехода в выключенное состояние и вторым переключателем, подключенным ко второй аккумуляторной батарее, для перехода во включенное состояние, управления увеличителем запаса хода для зарядки второй аккумуляторной батареи, и если напряжение второй аккумуляторной батареи увеличивается до первого целевого напряжения, управления первым переключателем, подключенным ко второй аккумуляторной батарее, для перехода во включенное состояние, чтобы подключить вторую аккумуляторную батарею к высоковольтной шине постоянного тока; или

этап 207, в режиме балансировки, если напряжение второй аккумуляторной батареи выше напряжения высоковольтной шины постоянного тока, определения напряжения второй аккумуляторной батареи в качестве второго целевого напряжения, управления вторым переключателем между увеличителем запаса хода и первой аккумуляторной батареей, для перехода во включенное состояние, управления увеличителем запаса хода для перехода в режим слежения за мощностью, тем самым увеличивая напряжение высоковольтной шины постоянного тока путем уменьшения нагрузки на первую аккумуляторную батарею, и если напряжение высоковольтной шины постоянного тока увеличивается до второго целевого напряжения, управления первым переключателем, подключенным ко второй аккумуляторной батарее, для перехода во включенное состояние, чтобы подключить вторую аккумуляторную батарею к высоковольтной шине постоянного тока.

Вторая аккумуляторная батарея является аккумуляторной батареей, отличной от первой аккумуляторной батареи из множества аккумуляторных батарей.

Примерная блок-схема управления и регулирования системы электропитания для электрифицированного транспортного средства посредством основного управляющего программного обеспечения описана со ссылкой на Фиг. 3 в следующей последовательности.

Непосредственно после включения контроллер 4 осуществляет проверку, необходимо ли активировать или приводить в действие систему аккумуляторных батарей (301). Если нет необходимости в том, чтобы ее активировать или приводить в действие, контроллер 4 переходит в состояние ожидания после подтверждения того, что главные переключатели в аккумуляторных батареях остаются в выключенном состоянии (302, передача сообщения посредством линии связи CAN2 к аккумуляторным батареям с B1 по BN для перехода главных переключателей в отключенное состояние) и повторного подтверждения того, что переключатели с S1+ по SN+, подключенные к высоковольтной шине постоянного тока, находятся в выключенном состоянии (303, переход переключателей с S1+ по SN+, подключенных к высоковольтной шине постоянного тока, в выключенное состояние).

После приема команды активации контроллер 4 немедленно проверяет напряжения соответствующих аккумуляторных батарей посредством линии связи CAN2 (304) и определяет, являются ли они согласованными (305). Если напряжения согласованы, определяется, не вышла ли из строя какая-либо из аккумуляторных батарей (306), при этом запрещается повторное подключение неисправной аккумуляторной батареи. После подтверждения того, что ни одна из аккумуляторных батарей не вышла из строя, переключатели с S1+ по SN+, подключенные к высоковольтной шине постоянного тока, сначала переводятся во включенное состояние (307), а затем к аккумуляторным батареям передаются сообщения посредством шины CAN2 для перехода главных переключателей во включенное состояние (308). При этом все аккумуляторные батареи одновременно подключаются к высоковольтной шине постоянного тока для электропитания электрифицированного транспортного средства. Во время движения, если контроллер 4 определяет, что степень заряженности (SoC) аккумуляторной батареи становится разряженным состоянием (например, SoC <30%) (309), увеличитель запаса хода активируется для перехода в режим увеличенного запаса хода (310).

Если напряжения аккумуляторных батарей не согласованы, в первую очередь определяют неотказавшую аккумуляторную батарею BN с наибольшим напряжением, а переключатель SN+ между аккумуляторной батареей BN и высоковольтной шиной постоянного тока переводится во включенное состояние (311). Затем к аккумуляторной батарее BN посредством шины CAN2 передается сообщение для перехода главного выключателя (312) во включенное состояние, обеспечивая запуск электропитания электрифицированного транспортного средства посредством данной аккумуляторной батареи. При этом, контроллер 4 продолжает проверять, находятся ли напряжения остальных аккумуляторных батарей в сбалансированном состоянии (313). Если напряжения всех остальных аккумуляторных батарей согласованы, процесс переходит к управлению однократной балансировкой (также называемой одноразовой балансировкой) (314); в иных случаях процесс переходит к управлению многократной балансировкой (315).

После завершения управления балансировкой контроллер 4 дополнительно проверяет, не вышла ли из строя какая-либо из аккумуляторных батарей (316). Если обнаружена неисправная аккумуляторная батарея BN, она отключается от высоковольтной шины постоянного тока, то есть выключатель SN+ переводится в выключенное состояние, при этом другие аккумуляторные батареи продолжают обеспечивать электропитание электрифицированного транспортного средства для продолжения движения.

Примерная блок-схема реализации режима увеличенного запаса хода со вспомогательным управляющим программным обеспечением описана со ссылкой на Фиг. 4 в следующей последовательности.

В первую очередь после перехода в режим увеличенного запаса хода, сначала проверяется наличие какой-либо серьезной неисправности в увеличителе 3 запаса хода (401). Если подтверждается наличие какой-либо серьезной неисправности, после подтверждения того, что переключатели между увеличителем 3 запаса хода и высоковольтной шиной постоянного тока (переключатели с S1- по SN-) были переведены в выключенное состояние (402), может быть отправлен код ошибки (403), который возвращается к основному управляющему программному обеспечению. В иных случаях активируется увеличитель 3 запаса хода (404).

После подтверждения успешной активации увеличителя 3 запаса хода (405), вспомогательное управляющее программное обеспечение немедленно проверяет фактическое состояние потребляемой мощности электрифицированного транспортного средства (406), чтобы определить режим генерирования электрической энергии увеличителем 3 запаса хода. Если коэффициент потребляемой мощности транспортного средства меньше 20%, генерируемый ток устанавливается равным нулю, т. е. генерирование электрической энергии прекращается (407). Если коэффициент потребляемой мощности транспортного средства меньше 50%, генерируемый ток устанавливается как половинный ток, т.е. генерирование электрической энергии осуществляется с постоянной половинной мощностью (408). Если коэффициент потребляемой мощности транспортного средства превышает 50%, генерирование электрической энергии осуществляется с постоянной номинальной мощностью (409).

Для определения режима генерирования электрической энергии увеличителем 3 запаса хода проверяется скорость электромобиля (410). Если скорость ниже 25 км/ч, увеличитель 3 запаса хода переводят в состояние прекращения генерирования электрической энергии (411). Если скорость выше 35 км/ч, но ниже 45 км/ч, увеличитель 3 запаса хода переводят в состояние генерирования электрической энергии с постоянной половинной мощностью (412). Если скорость выше 60 км/ч, увеличитель 3 запаса хода переводят в состояние генерирования электрической энергии с постоянной номинальной мощностью (413). Следовательно, увеличитель 3 запаса хода может быть переведен в определенный режим управления генерированием электрической энергии (414).

Режим увеличителя 3 запаса хода может определяться по-отдельности вышеупомянутым коэффициентом потребляемой мощности и скоростью транспортного средства или их комбинацией. В случае использования комбинации при определении режима увеличителя 3 запаса хода обычно выбирается меньшая из двух мощностей, определяемых на основании коэффициента потребляемой мощности и скорости. Например, если на основании скорости транспортного средства определяется, что увеличитель 3 запаса хода должен работать с постоянной номинальной мощностью, а на основании коэффициента потребляемой мощности определяется, что увеличитель 3 запаса хода должен работать с постоянной половинной мощностью, то после их комбинации определяется, что увеличитель 3 запаса хода должен работать с постоянной половинной мощностью.

Если обнаружена вызванная ручным управлением остановка (415), контроллер 4 переводит увеличитель запаса хода в режим остановки (416); в иных случаях контроллер 4 продолжает контролировать температуру аккумуляторных батарей (417). Если температура аккумуляторных батарей находится в заданном состоянии низкой температуры (например, 0 °C), генерируемая мощность соответствует фактической потребляемой мощности транспортного средства, то есть гибридному генерированию электрической энергии в режиме слежения за мощностью (418). Если температура аккумуляторных батарей повышается до нормальной рабочей температуры, генерирование электрической энергии осуществляется при постоянной скорости вращения и постоянной мощности (419), например, в режиме постоянной номинальной мощности.

Если выполняется условие остановки для увеличителя запаса хода (420), тогда проверяется температура увеличителя запаса хода (421). Если температура слишком высокая, увеличитель запаса хода продолжает работать некоторое время (например, 60 секунд) в состоянии нулевой мощности (422), а затем останавливается (416). В противном случае система повторно проверяет коэффициент потребляемой мощности автомобиля и возвращается к состоянию управления генерированием электрической энергии.

Примерная блок-схема вспомогательного управляющего программного обеспечения в режиме управления уравнительной зарядкой (режим балансировки) описана со ссылкой на Фиг. 5 в следующей последовательности.

Вначале, когда транспортное средство начинает работать в режиме балансировки, увеличитель 3 запаса хода активируется (501), чтобы подготовиться к генерированию электрической энергии. Затем может быть определено, необходимо ли выполнять однократную балансировку (502). Если это так, считывается идентификатор (ID) аккумуляторной батареи (503). Если необходимо выполнить многократную балансировку, может считываться идентификатор аккумуляторной батареи с наименьшим напряжением (504). После определения аккумуляторной батареи, для которой требуется балансировка, например, аккумуляторной батареи BN, проверяется фактическое напряжение аккумуляторной батареи, чтобы определить мощность и режим работы увеличителя запаса хода для балансировки.

Считывается напряжение аккумуляторной батареи BN (505). Если определено, что напряжение аккумуляторной батареи BN значительно ниже напряжения высоковольтной шины постоянного тока (например, напряжение аккумуляторной батареи BN / напряжение высоковольтной шины постоянного тока < 0,9) (506), увеличитель запаса хода переводится в режим постоянного напряжения (508) после перехода переключателя SN- во включенное состояние (507). Если определено, что напряжение аккумуляторной батареи BN находится в допустимом диапазоне напряжений высоковольтной шины постоянного тока (например, 0,9 < напряжение аккумуляторной батареи BN / напряжение высоковольтной шины постоянного тока < 1,1) (509), переключатель SN+, подключенный к высоковольтной шине постоянного тока переводится во включенное состояние (510) для подключения аккумуляторной батареи BN к высоковольтной шине постоянного тока, чтобы обеспечить электропитание электрифицированного транспортного средства. Определяется, были ли все аккумуляторные батареи подключены к высоковольтной шине постоянного тока (511). Если это так, процесс возвращается. Если нет, процесс продолжает выполнять балансировку на других аккумуляторных батареях.

Если напряжение аккумуляторной батареи BN превышает напряжение высоковольтной шины постоянного тока (например, напряжение аккумуляторной батареи BN / напряжение высоковольтного напряжения шины постоянного тока 1,1), прекращается уравнительная зарядка аккумуляторной батареи BN; наоборот, увеличитель 3 запаса хода переводится в режим слежения за мощностью (512), уменьшая нагрузку на аккумуляторные батареи, которые были подключены к высоковольтной шине постоянного тока, восстанавливая и увеличивая напряжения аккумуляторных батарей.

Исходя из предварительных условий реализации уравнительной зарядки для параллельно соединенных аккумуляторных батарей, техническое решение изобретения позволяет обеспечить непрерывное генерирование электрической энергии постоянного тока в зависимости от потребности, включая генерирование в режиме постоянной мощности, режиме неизменного постоянного напряжения, режиме слежения за мощностью и т. д., а также служит вспомогательным источником электропитания для полностью электрифицированного транспортного средства.

Выше были описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения. Вышеприведенное описание является иллюстративным и не претендует на исчерпывающий характер. Настоящее изобретение не ограничивается приведенными вариантами осуществления изобретения. Для специалистов в данной области техники будут очевидными модификации и вариации, не выходящие за рамки объема и сущности вариантов осуществления настоящего изобретения. Используемые в настоящей заявке термины предназначены для лучшего пояснения принципов и практического использования вариантов осуществления изобретения и пояснения, как с их помощью могут быть улучшены коммерческие технологии, или улучшают понимание специалистами в данной области техники указанных вариантов осуществления изобретения.

Группа изобретений относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Система электропитания для электрифицированного транспортного средства содержит систему аккумуляторных батарей, увеличитель запаса хода, контроллер и множество переключателей. Увеличитель запаса хода выполнен с возможностью зарядки системы аккумуляторных батарей и/или осуществления электропитания транспортного средства. Контроллер выполнен с возможностью управления режимом генерирования электроэнергии увеличителя запаса хода, управления состоянием подключения каждой аккумуляторной батареи и/или управления состоянием подключения увеличителя запаса хода к высоковольтной шине. Множество переключателей содержит первый переключатель и второй переключатель, предусмотренных для каждой аккумуляторной батареи. При этом первый переключатель размещен между аккумуляторной батареей и высоковольтной шиной. Причем один конец второго переключателя соединен с увеличителем запаса хода, а другой конец соединен с аккумуляторной батареей. Также заявлены способ управления для системы электропитания и электрифицированное транспортное средство. Технический результат заключается в увеличении дальности пробега электрифицированного транспортного средства. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система электропитания для электрифицированного транспортного средства, содержащая:

систему аккумуляторных батарей, содержащую множество соединенных параллельно аккумуляторных батарей, управляемых посредством системы управления аккумуляторной батареей (BMS), для подключения и отключения от высоковольтной шины постоянного тока электрифицированного транспортного средства, причем система аккумуляторных батарей выполнена с возможностью обеспечения электропитания электрифицированного транспортного средства;

увеличитель запаса хода, выполненный с возможностью генерирования постоянного тока для зарядки системы аккумуляторных батарей и/или осуществления электропитания электрифицированного транспортного средства;

контроллер, выполненный с возможностью управления режимом генерирования электрической энергии увеличителя запаса хода, управления состоянием подключения каждой аккумуляторной батареи к высоковольтной шине постоянного тока электрифицированного транспортного средства и/или управления состоянием подключения увеличителя запаса хода к высоковольтной шине постоянного тока электрифицированного транспортного средства; и

множество переключателей, содержащих первый переключатель и второй переключатель, предусмотренных соответственно для каждой аккумуляторной батареи, при этом первый переключатель размещен между соответствующей аккумуляторной батареей и высоковольтной шиной постоянного тока, причем один конец второго переключателя соединен с увеличителем запаса хода, а другой конец второго переключателя соединен с соответствующей аккумуляторной батареей, и первый переключатель соединяет указанную аккумуляторную батарею в положении между указанной аккумуляторной батареей и указанным первым переключателем, и

для каждого из множества аккумуляторных батарей, соединенных параллельно, когда первый переключатель, соединенный с аккумуляторной батареей, включен, а второй переключатель, соединенный с аккумуляторной батареей, выключен, аккумуляторная батарея выполнена для электропитания электрифицированного транспортного средства; когда первый переключатель, соединенный с аккумуляторной батареей, выключен, а второй переключатель, соединенный с аккумуляторной батареей, включен, увеличитель запаса хода выполнен для зарядки аккумуляторной батареи; и когда первый переключатель и второй переключатель, соединенные с аккумуляторной батареей, включены, увеличитель запаса хода и аккумуляторная батарея выполнены для одновременного электропитания электрифицированного транспортного средства.

2. Система электропитания по п. 1, отличающаяся тем, что увеличитель запаса хода выполнен в виде одного из следующего: генератор на топливе, генератор на природном газе, генератор на смеси спирта и эфира, генератор на сжатом воздухе и генератор на водородных топливных элементах, и

увеличитель запаса хода выполнен с возможностью обеспечения подачи электрического тока для зарядки аккумуляторной батареи, обеспечения электропитания электрифицированного транспортного средства или одновременного обеспечения зарядки аккумуляторной батареи и электропитания электрифицированного транспортного средства.

3. Система электропитания по п. 1, отличающаяся тем, что контроллер выполнен с возможностью управления режимом генерирования электрической энергии увеличителем запаса хода, а также управления состоянием каждого первого переключателя и/или каждого второго переключателя в зависимости от напряжения соответствующей аккумуляторной батареи, чтобы управлять состоянием подключения соответствующей аккумуляторной батареи к высоковольтной шине постоянного тока и/или управлять состоянием подключения соответствующей аккумуляторной батареи к увеличителю запаса хода.

4. Система электропитания по п. 3, отличающаяся тем, что контроллер дополнительно выполнен с возможностью, если определено, что напряжения аккумуляторных батарей согласованы,

управления BMS посредством команд CAN2 для подключения всех аккумуляторных батарей к высоковольтной шине постоянного тока, управления всеми первыми переключателями между аккумуляторными батареями и высоковольтной шиной постоянного тока для перехода во включенное состояние, управления всеми вторыми переключателями между аккумуляторными батареями и увеличителем запаса хода для перехода в выключенное состояние, и управления увеличителем запаса хода для перехода в режим остановки, чтобы электрифицированное транспортное средство работало в полностью электрическом режиме; или

управления BMS посредством команд CAN2 для подключения всех аккумуляторных батарей к высоковольтной шине постоянного тока, управления всеми первыми переключателями между аккумуляторными батареями и высоковольтной шиной постоянного тока для перехода во включенное состояние, управления всеми вторыми переключателями между аккумуляторными батареями и увеличителем запаса хода для перехода во включенное состояние, и управления увеличителем запаса хода для перехода в режим постоянной мощности, чтобы электрифицированное транспортное средство работало в режиме увеличенного запаса хода.

5. Система электропитания по п. 4, отличающаяся тем, что контроллер дополнительно выполнен с возможностью, в режиме увеличенного запаса хода,

управления увеличителем запаса хода для перехода в режим номинальной мощности или режим половинной мощности в зависимости от потребляемой мощности и/или скорости электрифицированного транспортного средства; или

если система аккумуляторных батарей находится в разряженном состоянии, а мощность, генерируемая увеличителем запаса хода в режиме номинальной мощности, меньше мощности, потребляемой электрифицированным транспортным средством, управления электрифицированным транспортным средством для перехода в аварийный режим, при котором скорость электрифицированного транспортного средства ограничивается аварийной скоростью, чтобы мощность, потребляемая электрифицированным транспортным средством, была меньше мощности, генерируемой увеличителем запаса хода в режиме номинальной мощности.

6. Система электропитания по п. 3, отличающаяся тем, что контроллер дополнительно выполнен с возможностью управления BMS с помощью команды CAN2 для подключения первой аккумуляторной батареи с наибольшим напряжением к высоковольтной шине постоянного тока, если определено, что напряжения аккумуляторных батарей не согласованы, и управления первым переключателем, подключенным к первой аккумуляторной батарее, для перехода во включенное состояние и вторым переключателем, подключенным к первой аккумуляторной батарее, для перехода в выключенное состояние, чтобы электрифицированное транспортное средство работало в режиме балансировки.

7. Система электропитания по п. 6, отличающаяся тем, что контроллер дополнительно выполнен с возможностью, в режиме балансировки,

если напряжение второй аккумуляторной батареи ниже напряжения на высоковольтной шине постоянного тока, определения напряжения высоковольтной шины постоянного тока в качестве первого целевого напряжения, управления BMS с помощью команды CAN2 для подключения второй аккумуляторной батареи к высоковольтной шине постоянного тока, и управления первым переключателем, подключенным ко второй аккумуляторной батарее, для перехода в выключенное состояние, и вторым переключателем, подключенным ко второй аккумуляторной батарее, для перехода во включенное состояние, чтобы вторая аккумуляторная батарея заряжалась посредством увеличителя запаса хода; и

если напряжение второй аккумуляторной батареи увеличивается и достигает первого целевого напряжения, управления первым переключателем, подключенным ко второй аккумуляторной батарее, для перехода во включенное состояние, чтобы подключить вторую аккумуляторную батарею к высоковольтной шине постоянного тока,

причем вторая аккумуляторная батарея является аккумуляторной батареей, отличной от первой аккумуляторной батареи из множества аккумуляторных батарей.

8. Система электропитания по п. 6, отличающаяся тем, что контроллер дополнительно выполнен с возможностью, в режиме балансировки,

если напряжение второй аккумуляторной батареи выше напряжения на высоковольтной шине постоянного тока, определения напряжения второй аккумуляторной батареи в качестве второго целевого напряжения, управления вторым переключателем между увеличителем запаса хода и первой аккумуляторной батареей для перехода во включенное состояние, и управления увеличителем запаса хода для перехода в режим слежения за мощностью, чтобы увеличить напряжение высоковольтной шины постоянного тока путем уменьшения нагрузки первой аккумуляторной батареи; и

если напряжение высоковольтной шины постоянного тока увеличивается до второго целевого напряжения, управления первым переключателем, подключенным ко второй аккумуляторной батарее, для перехода во включенное состояние, чтобы подключить вторую аккумуляторную батарею к высоковольтной шине постоянного тока,

причем вторая аккумуляторная батарея является аккумуляторной батареей, отличной от первой аккумуляторной батареи из множества аккумуляторных батарей.

9. Система электропитания по п. 1, отличающаяся тем, что контроллер выполнен для определения напряжения каждой аккумуляторной батареи, и, если обнаружено, что напряжения аккумуляторных батарей согласованы, включаются первые переключатели для всех аккумуляторных батарей.

10. Система электропитания по п. 1, отличающаяся тем, что контроллер выполнен для определения напряжения каждой аккумуляторной батареи, и, если обнаружено, что напряжения аккумуляторных батарей не согласованы, включается первый переключатель для первой аккумуляторной батареи, которая имеет наибольшее напряжение среди аккумуляторных батарей, в то время как первые переключатели для остальных аккумуляторных батарей выключены.

11. Способ управления для системы электропитания для электрифицированного транспортного средства, который включает в себя использование системы электропитания по любому из пп. 1–10 для электропитания электрифицированного транспортного средства.

12. Электрифицированное транспортное средство, в котором используется система электропитания по любому из пп. 1–10 и/или которое управляется посредством способа управления по п. 11.