一种车载双电池系统

技术领域

本发明涉及车载双电池管理技术领域，具体地，涉及一种车载双电池系统。

背景技术

目前纯电动汽车经常使用锂电池作为动力源，随着电动汽车的推广和普及，作为动力电池的锂电池性能及使用寿命越来越被用户所关心。在影响锂电池使用寿命的多种因素中，电池工作时的充电及放电电流大小是一个重要的因素，各个整车厂或电池厂都在尝试设计一种既可以满足整车动力性能又能延长锂电池使用寿命的电池管理系统。

在纯电汽车(BEV)中，常用的锂电池循环使用寿命一般低于5000次。而目前BEV车辆使用过程中，一方面需要满足整车急加速性能，锂电池需要输出较大的电流，另一方面，为了缓解用户对车辆里程和充电焦虑，电池快充能力(充电电流大小)也在不断提高。而这种大电流使用场景下，锂电池的使用寿命将进一步受到影响。

纯电动汽车基本只使用单一类型的锂电池，在电池系统设计时，更多考虑的是锂电池的能量密度，即电池系统可以提供的最大能量数(kWh数)，在电池循环性能(循环寿命)方面，更多是在电池热管理方面着手，尽量使得锂电池工作在理想温度下。但是，在锂电池实际充放电电流控制上，为了满足整车性能以及用户需求，在整车急加速、急减速以及某些超级快充场景下，电池的充、放电电流可能会达到2-4C，这种高倍率充放电会降低锂电池的循环寿命，目前所使用的单一锂电池系统是无法避免这种情况的。

发明内容

为解决上述问题的至少一个方面，本发明提供一种车载双电池系统，包括：锂电池、超级电容、逆变器控制器和电池管理模块，所述锂电池用于连接用电装置以供电；所述超级电容通过逆变器连接所述用电装置；所述逆变器控制器与所述逆变器电连接，所述逆变器控制器用于控制所述逆变器以调节所述超级电容的输出方向和输出功率；所述电池管理模块包括主控单元、第一从控单元和第二从控单元，其中，所述第一从控单元用于采集所述锂电池的温度和电流，所述第二从控单元用于采集所述超级电容的温度和电流，所述主控单元接收所述用电装置的需求功率，基于接收的所述需求功率确定整车的总需求功率，所述主控单元基于所述锂电池的温度和电流确定所述锂电池的上限输出功率，并根据所述总需求功率和所述上限输出功率的差值确定所述超级电容的分配输出功率，所述主控单元基于所述分配输出功率控制向所述逆变器控制器输出调节指令，所述逆变器控制器基于所述调节指令控制所述逆变器以调节所述超级电容的输出方向和输出功率。

优选地，所述主控单元分别连接多个所述用电装置的控制器以接收多个所述用电装置的需求功率，并根据多个所述用电装置的需求功率的总和确定整车的总需求功率。

优选地，所述电池管理模块还包括判断单元，所述判断单元用于判断所述总需求功率和所述上限输出功率，当所述总需求功率大于所述上限输出功率时，所述逆变器控制器基于所述调节指令调节所述超级电容的输出功率大于等于所述总需求功率和所述上限输出功率的差值，当所述总需求功率小于所述上限输出功率时，所述逆变器控制器基于所述调节指令调节所述超级电容的输出功率为零。

优选地，所述主控单元连接整车电机以接收电机输入功率，并通过所述电机输入功率和所述总需求功率确定所述总输入功率，所述主控单元基于所述锂电池的温度和电流确定所述锂电池的上限输入功率，并根据所述总输入功率和所述上限输入功率的差值确定所述超级电容的分配输入功率，所述主控单元基于所述分配输入功率控制向所述逆变器控制器输出调节指令，所述逆变器控制器基于所述调节指令控制所述逆变器以调节所述超级电容的输出方向和输入功率。

优选地，第一从控单元包括第一电芯采样从控和第一高压采样从控，所述第一电芯采样从控用于采集所述锂电池的温度，所述第一高压采样从控用于采集所述锂电池电流，并控制所述锂电池与所述用电装置的接通和断开。

优选地，第二从控单元包括第二电芯采样从控和第二高压采样从控，所述第二电芯采样从控用于采集所述超级电容的温度，所述第二高压采样从控用于采集所述超级电容电流，并控制所述超级电容与所述用电装置的接通和断开。

本发明的具有以下有益效果：超级电容有着充放电倍率高于锂电池数十倍、循环性能高于锂电池百倍以上的特性。将二者的电性能特性结合，通过电池管理模块在大电流情况下使用超级电容，电流较小时使用锂电池，组成一种新的双电池系统，可以有效的利用两种电池各自的优点，既满足电池系统总体的充放电性能，又可以延长整体的循环性能。

附图说明

为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式，对本发明的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。

图1示出了根据本发明实施例的车载双电池系统的结构框图；

图2示出了根据本发明实施例的车载双电池系统的应用场景示意图；

图3示出了根据本发明实施例的车载双电池系统的另一应用场景示意图；

图4示出了根据本发明实施例的车载双电池系统的又一应用场景示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

为了至少部分地解决上述问题以及其他潜在问题中的一个或者多个，本公开的一个实施例提出了一种车载双电池系统，包括：锂电池、超级电容、逆变器控制器和电池管理模块，锂电池用于连接用电装置以供电；超级电容通过逆变器连接用电装置；逆变器控制器与逆变器电连接，逆变器控制器用于控制逆变器以调节超级电容的输出方向和输出功率；电池管理模块包括主控单元、第一从控单元和第二从控单元，其中，第一从控单元用于采集锂电池的温度和电流，第二从控单元用于采集超级电容的温度和电流，主控单元接收用电装置的需求功率，基于接收的需求功率确定整车的总需求功率，主控单元基于锂电池的温度和电流确定锂电池的上限输出功率，并根据总需求功率和上限输出功率的差值确定超级电容的分配输出功率，主控单元基于分配输出功率控制向逆变器控制器输出调节指令，逆变器控制器基于调节指令控制逆变器以调节超级电容的输出方向和输出功率。

具体地，如图1-图4所示，锂电池负责在整车输出功率电流需求较低时工作。超级电容在整车输出功率电流需求较高时与锂电池一起工作，在整车制动能量回收时与锂电池一起工作，使得锂电池的输出/输入电流维持在目标区间。逆变器采用双向逆变器SC_DCDC，双向逆变器用于调配超级电容的输出及输入功率/电流。电池管理模块采用BMS电池管理系统，电池管理模块的主控单元即BMS主控负责两个BMS子系统模式管理，即高压系统接入管理，在整车高压系统就绪时，第一从控单元和第二从控单元发出模式切换指令，将锂电池及超级电容电池接入高压系统。负责监控两个电池子系统的电流、电压、温度、SOC等状态，并根据电池系统状态分别估算锂电池、超级电容电池的最大放电、充电功率，综合锂电池及超级电容电池的循环性能、输出能力，结合整车功率需求，估算整个电池系统的输出功率需求，并动态调节SC_DCDC的输出方向和输出功率，以优化锂电池的循环性能，其他安全保护策略，避免两个系统出现过流、过压等安全风险。逆变器控制器即SC_DCDC控制器，主要负责接收BMS主控的功率目标信号，动态调节超级电容电池的实际放电、充电功率。

具体地，主控单元接收第一从控单元采集的锂电池的电流和温度，主控单元基于实时采集的电流估算SOC，并结合温度和估算的SOC对锂电池系统的预设时间峰值，放电功率MAP和持续放电功率MAP进行线性查表，获得锂电池系统的当前预设时间的峰值放电功率值P_HVB1_Input_Upper_Limit(即上限输出功率)和持续放电功率值。主控单元通过连接整车控制器接收用电装置的需求功率，并将多个用电装置的需求功率的加和确定整车的总需求功率P_Output_Total。并确定超级电容的输出功率P_SC_Output_Target＝P_Output_Total-P_HVB1_Output_Upper_Limit。主控单元基于确定的超级电容的输出功率向逆变器控制器输出调节指令，逆变器控制器基于调节指令控制双向逆变器的操作以实现对超级电容输出功率的调节。

在一些实施例中，主控单元分别连接多个用电装置的控制器以接收多个用电装置的需求功率，并根据多个用电装置的需求功率的总和确定整车的总需求功率。

具体地，主控单元分别连接车载用电装置的控制器，以分别接收各用电装置的需求功率，并通过加和各用电装置的需求功率确定总的需求功率。例如，整车所有高压用电器对电池系统功率需求的总和，一般覆盖电机的输出功率、空调的输出功率等。即，P_Output_Total＝电机输出功率+空调功率+其他用电器功率。每一部分的功率需求一般由对应的控制系统独立估算，比如电机的功率，取决于用户加速踏板深度和电机此刻运行状态等，这个估算方式由电机控制器软件进行设计。

在一些实施例中，电池管理模块还包括判断单元，判断单元用于判断总需求功率和上限输出功率，当总需求功率大于上限输出功率时，逆变器控制器基于调节指令调节超级电容的输出功率大于等于总需求功率和上限输出功率的差值，当总需求功率小于上限输出功率时，逆变器控制器基于调节指令调节超级电容的输出功率为零。

具体地，判断单元用于判断整车的总需求功率和上限输出功率，当总需求功率大于上限输出功率时，将判断结果输出至主控单元，主控单元计算根据判断结果计算超级电容的分配输出功率P_SC_Output_Target，并向逆变器控制器输出调节指令使超级电容的输出功率与分配输出功率一致，避免锂电池的输出功率单元上限输出功率。当总需求功率小于上限输出功率时，则将判断结果输出至主控单元，主控单元根据判断结果向逆变器控制器输出调节指令，实现对超级电容的输出功率的控制，例如，是超级电容停止放电。

在一些实施例中，主控单元连接整车电机以接收电机输入功率，并通过电机输入功率和总需求功率确定总输入功率，主控单元基于锂电池的温度和电流确定锂电池的上限输入功率，并根据总输入功率和上限输入功率的差值确定超级电容的分配输入功率，主控单元基于分配输入功率控制向逆变器控制器输出调节指令，逆变器控制器基于调节指令控制逆变器以调节超级电容的输出方向和输入功率。

具体地，电池系统在面临充电工况时，主控单元通过连接电机获取电机向电池系统的输入功率，例如，整车刹车时，电机反转可以给电池系统充电。主控单元通过锂电池的电流和温度确定电池的上限输入功率，通过电机向电池的输入功率与其他用电器耗电功率的差值确定电机向电池系统的总输入功率。主控单元计算总输入功率与上限输入功率的差值确定超级电容的分配输入功率，并通过逆变器调节器基于调节指令控制逆变器使超级电容的输入功率与分配输入功率匹配。

在一些实施例中，第一从控单元包括第一电芯采样从控和第一高压采样从控，第一电芯采样从控用于采集锂电池的温度，第一高压采样从控用于采集锂电池电流，并控制锂电池与用电装置的接通和断开。

具体地，如图2-图3所示，第一从控单元为锂电池BMS从控部分，锂电池BMS从控1包括BMS电芯采样从控1和BMS高压从控1，BMS电芯采样从控1负责采集锂电池电芯电压、温度等数据。BMS高压从控1负责锂电池的高压系统(包括用电装置)接入及断开，以及超级电容总电流监控。

在一些实施例中，第二从控单元包括第二电芯采样从控和第二高压采样从控，第二电芯采样从控用于采集超级电容的温度，第二高压采样从控用于采集超级电容电流，并控制超级电容与用电装置的接通和断开。

具体地，第二从控单元为超级电容BMS从控部分，超级电容BMS从控2包括BMS电芯采样从控2和BMS高压从控2，BMS电芯采样从控2负责采集超级电容电池内电芯电压、温度等数据。BMS高压从控2负责锂电池的高压系统(包括用电装置)接入及断开，总电流监控。

实施例1

本实施例为车辆从平稳驾驶进入急加速场景下，动态分配超级电容电池输出功率的方法，以降低锂电池的输出功率，如图2所示。

步骤1，BMS主控实时接收BMS从控1发出的锂电池的温度、电压、电流信号，接收BMS从控2发出的超级电容电池的温度、电压、电流信号，并估算锂电池循环性能优化后的上限输出功率P_HVB1_Output_Upper_Limit。

步骤2，BMS主控通过连接整车该控制器接收用电装置的需求功率，并估算整个电池系统的总需求功率P_Output_Total。

步骤3，在车辆急加速时，整车的总需求功率P_Output_Total会迅速增加，高于P_HVB1_Output_Upper_Limit，此时BMS主控动态估算超级电容应该提供的分配输出功率P_SC_Output_Target＝P_Output_Total-P_HVB1_Output_Upper_Limit。

步骤4，BMS主控将超级电容应该提供的分配输出功率P_SC_Output_Target发给SC_DCDC控制器(即逆变器控制器，下同)。

步骤5，SC_DCDC控制器调节超级电容的输出功率，使超级电容的输出功率与分配输出功率P_SC_Output_Target保持一致，使得锂电池的实际输出功率不会超过其上限输出功率P_HVB1_Output_Upper_Limit。

实施例2

本实施例为车辆从急加速恢复至平稳驾驶场景下，动态分配超级电容电池输出功率的方法，以降低超级电容的放电量，避免造成超级电容电量放空，如图3所示。

步骤1，BMS主控实时接收BMS从控1发出的锂电池的温度、电压、电流信号，接收BMS从控2发出的超级电容电池的温度、电压、电流信号，并估算锂电池循环性能优化后的上限输出功率P_HVB1_Output_Upper_Limit。

步骤2，BMS主控通过连接整车该控制器接收用电装置的需求功率，并估算整个电池系统的总需求功率P_Output_Total。

步骤3，在车辆急加速结束，整车进入匀速行驶或缓慢加速时，整车的总需求功率P_Output_Total会迅速下降，直至低于P_HVB1_Output_Upper_Limit，整个过程中，BMS主控会动态估算超级电容应该分配输出功率P_SC_Output_Target，通过判断单元对总需求功率和上限输出功率的差值进行判断，使分配输出功率的取值为P_SC_Output_Target＝max(0,P_Output_Total-P_HVB1_Output_Upper_Limit)。

步骤4，BMS主控将超级电容应该提供的分配输出功率P_SC_Output_Target发给SC_DCDC控制器。

步骤5，SC_DCDC控制器调节逆变器使超级电容的输出功率与分配输出功率P_SC_Output_Target保持一致，当整车总需求功率P_Output_Total小于锂电池最大放电功率上限P_HVB1_Output_Upper_Limit时，超级电容提供的实际功率会降至0，即超级电容停止放电。

实施例3

本实施例为车辆从平稳驾驶突然急刹车场景下，动态分配超级电容电池输出功率的方法，以降低锂电池的输入功率，优化其循环性能，如图4所示。

步骤1，B BMS主控实时接收BMS从控1发出的锂电池的温度、电压、电流信号，接收BMS从控2发出的超级电容电池的温度、电压、电流信号，并估算锂电池循环性能优化后的上限输入功率P_HVB1_Input_Upper_Limit。

步骤2，BMS主控通过连接整车电机控制器和用电装置控制器以接收电机输出功率和用电装置需求功率，并估算整个电池系统的总输入功率P_Input_Total。

步骤3，在急刹车时，电池系统的总输入功率P_Input_Total会迅速增加，高于上限输入功率P_HVB1_Input_Upper_Limit，BMS主控动态估算超级电容的分配输入功率P_SC_Input_Target＝P_Input_Total-P_HVB1_Input_Upper_Limit。

步骤4，BMS主控将超级电容应该提供的分配输入功率P_SC_Input_Target发给SC_DCDC控制器。

步骤5，SC_DCDC控制器调节逆变器使超级电容的输入功率与分配输入功率P_SC_Input_Target保持一致，使得锂电池的实际输入功率不会超过其上限输入功率P_HVB1_Input_Upper_Limit。

通过本发明中的车载双电池系统，可以发挥锂电池及超级电容各自的电性能，二者优势互补，提高锂电池的循环性能和锂电池寿命。发明中的BMS主控整合了高压能源管理功能，对超级电容的功率进行动态分配。将BMS逻辑策略端与采样端分离，即将主控单元与第一从控单元和第二从控单元分离，更符合控制器集成化发展方向，该种架构便于后续控制器的集成与整合。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文。