一种组合式大功率与多电压车载电能控制系统及控制方法

本发明涉及车载大功率储能及电能供应，尤其公开了一种组合式大功率与多电压车载电能控制系统及控制方法。

背景技术：

1、电动汽车和电动工程车等电动车辆依靠车载储能电池的储能进行工作，储能电池的储能消耗到一定程度后通过充电系统对储能电池进行充电以补充能量，储能电池容量以及储能电池充电技术、车载电能供应适配等成为影响电动车辆应用体验的重要因素，目前存在因储能电池容量受限而导致续航里程和工作时长不尽人意，以及车载电能应用效率、储能电池应用性能有待提高等问题。

2、现有技术存在的不足：

3、1、现有储能模块的额定电压和额定电流相对较低，储能模块储能容量不尽人意；

4、2、现有电动车辆充电时间长，不满足部分实际需求；

5、3、现有车载储能模块的组合方式单一，冗余备份程度低，供电可靠性有待提高；

6、4、现有车载电能供应电压单一，限制了车载用电设备的选用范围；

7、5、现有车载电能供应系统尚不能完全满足车载设备的多样化和高可靠需求。

8、因此，现有技术中存在的上述缺陷，是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种组合式大功率与多电压车载电能控制系统及控制方法，旨在解决现有技术中存在的上述缺陷。

2、本发明的一方面涉及一种组合式大功率与多电压车载电能控制系统，包括第一均压模块、第二均压模块、第一储能模块、第二储能模块、第三储能模块、第四储能模块和协同控制模块，第一储能模块与第二储能模块相并联后形成第一车载储能供应电路输出端；第三储能模块和第四储能模块相并联后形成第二车载储能供应电路输出端；第一储能电路与第二储能电路相串联后以形成第三车载储能供应电路输出端；协同控制模块的输入端分别与第一车载储能供应电路输出端、第二车载储能供应电路输出端和第三车载储能供应电路输出端相连接，协同控制模块的输出端分别与第一均压模块和第二均压模块相连接；协同控制模块用于根据检测到的第二车载储能供应电路输出端的电压检测值、以及第三车载储能供应电路输出端的电压检测值，控制第一均压模块和第二均压模块动作，若检测到第二车载储能供应电路输出端的电压检测值小于预设的第一电压阈值时，则关闭第一均压模块；若检测到第三车载储能供应电路输出端的电压检测值与第二车载储能供应电路输出端的电压检测值之间的差值小于预设的第一电压阈值时，则关闭第二均压模块。

3、进一步地，组合式大功率与多电压车载电能控制系统还包括第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口、第四输入端口、第五输入端口和第六输入端口、第一充电端口、第二充电端口、第三充电端口、第四充电端口、第一输出端口、第二输出端口和第三输出端口，第一均压模块包括第一dc/dc模块，第二均压模块包括第二dc/dc模块，第一储能模块包括第一动力电池，第二储能模块包括第二动力电池，第三储能模块包括第三动力电池，第四储能模块包括第四动力电池，第一充电端口与第一动力电池相连接，用于作为第一动力电池的充电端口；第二充电端口与第二动力电池相连接，用于作为第二动力电池的充电端口；第三充电端口与第三动力电池相连接，用于作为第三动力电池的充电端口，第四充电端口与第四动力电池相连接，用于作为第四动力电池的充电端口；第一输入端口分别与第一动力电池的负端和第二动力电池的负端相连接，第二输入端口与第一动力电池的正端相连接，第三输入端口与第二动力电池的正端相连接，第四输入端口分别与第三动力电池的负端和第四动力电池的负端相连接；第五输入端口与第三动力电池的正端相连接，第六输入端口与第四动力电池的正端相连接；第一输出端口与第一输入端口相连接，第二输出端口与第四输入端口相连接，第三输出端口分别与第三储能模块的输出端和第四储能模块的输出端相连接。

4、进一步地，协同控制模块分别与第一dc/dc模块和第二dc/dc模块相连接，用于若检测到第三车载储能供应电路输出端的电压检测值与第二车载储能供应电路输出端的电压检测值之间的差值大于预设的第一电压阈值时，则启动第二dc/dc模块；若识别到第二车载储能供应电路输出端的电压检测值大于预设的第一电压阈值时，则开启第一dc/dc模块。

5、进一步地，第一dc/dc模块和第二dc/dc模块均包括dc/dc模块主电路、dc/dc模块辅助电源电路、dc/dc模块检测与保护电路、dc/dc模块调节电路和dc/dc模块pwm控制电路，dc/dc模块辅助电源电路分别与dc/dc模块主电路、dc/dc模块检测与保护电路、dc/dc模块调节电路和dc/dc模块pwm控制电路相连接，用于作为dc/dc模块主电路、dc/dc模块检测与保护电路、dc/dc模块调节电路和dc/dc模块pwm控制电路的工作电源。

6、进一步地，dc/dc模块主电路包括依次连接的推挽变换电路、桥式整流电路、lc滤波电路和电流电压变换电路。

7、进一步地，dc/dc模块检测与保护电路包括依次连接的电压检测与隔离电路、电压基准生成电路和过载保护信号形成电路。

8、进一步地，dc/dc模块调节电路包括依次连接的电压给定信号形成电路和pid控制信号产生电路。

9、进一步地，dc/dc模块pwm控制电路包括依次连接的pwm脉冲形成电路和脉冲驱动电路。

10、进一步地，协同控制模块包括依次连接的辅助电源电路、电压检测电路和控制电路。

11、本发明的另一方面涉及一种组合式大功率与多电压车载电能控制方法，应用于上述的组合式大功率与多电压车载电能控制系统中，组合式大功率与多电压车载电能控制方法包括以下步骤：

12、检测第二车载储能供应电路输出端的电压检测值ug2和第三车载储能供应电路输出端的电压检测值ug3；

13、根据第二车载储能供应电路输出端的电压检测值ug2和第三车载储能供应电路输出端的电压检测值ug3，计算出第一电压检测值ul和第二电压检测值uh，其中，ul＝ug2，uh＝ug3-ug2；

14、若识别到ul<umin时，则关闭第一dc/dc模块，其中，umin为预设的第一电压阈值；

15、若识别到uh<umin时，则关闭第二dc/dc模块；

16、若识别到uh-ul>δu时，则调整k1、k2值，k1为第一调节值，k2为第二调节值，δu为预设的第二电压阈值；

17、若识别到ul-uh>δu时，则调整k2、k1值。

18、本发明所取得的有益效果为：

19、本发明提供一种组合式大功率与多电压车载电能控制系统及控制方法，采用第一均压模块、第二均压模块、第一储能模块、第二储能模块、第三储能模块、第四储能模块和协同控制模块，第一储能模块与第二储能模块相并联后形成第一车载储能供应电路输出端；第三储能模块和第四储能模块相并联后形成第二车载储能供应电路输出端；第一储能线路与第二储能线路相串联后以形成第三车载储能供应电路输出端；协同控制模块的输入端分别与第一车载储能供应电路输出端、第二车载储能供应电路输出端和第三车载储能供应电路输出端相连接，协同控制模块的输出端分别与第一均压模块和第二均压模块相连接；协同控制模块用于根据检测到的第二车载储能供应电路输出端的电压检测值、以及第三车载储能供应电路输出端的电压检测值，控制第一均压模块和第二均压模块动作，若检测到第二车载储能供应电路输出端的电压检测值小于预设的第一电压阈值时，则关闭第一均压模块；若检测到第三车载储能供应电路输出端的电压检测值与第二车载储能供应电路输出端的电压检测值之间的差值小于预设的第一电压阈值时，则关闭第二均压模块。

20、本发明提供的组合式大功率与多电压车载电能控制系统及控制方法，所取得的有益效果如下所示：

21、(1)以模块组合的方式搭建车载电能供应系统，可充分利用标准模块构建个性化需求的车载电能供应系统。

22、(2)以储能模块的串、并联方式构建车载电能供应系统，可极大提高车载电能供应容量和输出功率以及车载电能供应的可靠性和灵活性。

23、(3)各储能模块配置独立充电接口，多个动力电池可同时充电，可极大地提高车载储能的充电速度。

24、(4)系统输出采用带中间抽头的三端输出方式，有两种或三种电压等级的输出，可同时满足两种或三种不同电压等级的车载设备应用需求，便于动力电池电压等级不断提高过程中的车载设备的逐步过渡。

25、(5)通过非线性热敏电阻实现并联储能模块的自动均流，提高可靠性。

26、(6)通过单向隔离二极管实现了并联储能模块的自动电压均衡。

27、(7)通过对dc/dc模块输出电压的自适应控制，实现了串联储能模块的自动均压。

28、(8)通过旁路二极管可实现模块异常时的续流，从而保证车载电能供应的不间断。

29、(9)通过单向隔离二极管实现能量的定向流动，使各模块的相对独立工作，隔离负面影响。

30、(10)多储能模块组合以及多电压输出端口提高了车载电能供应的可靠性。

31、(11)通过隔离二极管对电能流向的定向控制，可优化动力电池性能，减小部分损耗。

32、(12)通过储能模块的均压、均流，可提高车载电能供应系统的性能和可靠性。

33、(13)协同控制模块采用双电源模块并联，分别采用不同的输入，提高了协同控制的可靠性。

34、(14)通过检测电位差的方式检测电流，避免了直接检测小信号的困难。