(57)【要約】  電気自動車のエネルギー管理システムは、複数のバッテリモジュール（１１）を含む電源バッテリ（１０）と、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールであって、各モジュールの第一の端は、各バッテリモジュール（１１）に対応して接続され、及び第二の端は、低電圧直流（ＤＣ）バスに並列に接続される、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールと、グリッド／充電ボックス（７０）に接続するための交流（ＡＣ）端子を有する双方向オンボードチャージャ（２０）であって、第一のＤＣ端子は、低電圧ＤＣに接続され、及び第二のＤＣ端子は、高電圧ＤＣバスに接続される、双方向オンボードチャージャ（２０）と、サンプリングモジュール（３０）と、制御モジュール（４０）であって、複数のバッテリモジュールをバランスのとれた方法で管理し、低電圧電気装置（５０）に電力を供給し、且つ低電圧バッテリ（６０）を充電するように各平衡ＤＣ／ＤＣ変換器モジュールをサンプリング情報に応じて制御し、及び低電圧デバイス（５０）に電力を供給し、且つ低電圧バッテリ（６０）を充電するように双方向オンボードチャージャ（２０）を制御する制御モジュール（４０）とを含む。そのシステムのための制御方法及びそのシステムを含む電気自動車も開示される。システムは、自動車全体の低電圧コンポーネントのための電力を供給し、電源バッテリのバランスをとり、且つ主要機能の冗長設計を実行し、それによってシステムの安全性及び信頼性を向上させる。
2019525711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気自動車のエネルギー管理システムであって、
電源バッテリであって、複数のバッテリモジュールを含む電源バッテリと、
複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールであって、前記平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの第一の端は、前記バッテリモジュールに対応して接続され、及び前記平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの第二の端は、低電圧直流バスに並列に接続されて、それぞれ前記低電圧直流バスを通じて前記電気自動車の低電圧電気装置に電力を供給し、且つ低電圧バッテリを充電する、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールと、
双方向カーチャージャであって、前記双方向カーチャージャの交流端は、電力グリッド／充電ボックスに接続するように構成され、前記双方向カーチャージャの第一の直流端は、前記低電圧直流バスに接続され、前記双方向カーチャージャの第二の直流端は、高電圧直流バスに接続され、及び前記高電圧直流バスは、前記電源バッテリに接続される、双方向カーチャージャと、
サンプリングモジュールであって、各バッテリモジュールの状態情報、前記低電圧バッテリの状態情報、前記電源バッテリの状態情報、及び前記低電圧電気装置の負荷情報をサンプリングするように構成されたサンプリングモジュールと、
制御モジュールであって、各バッテリモジュールの前記状態情報、前記低電圧バッテリの前記状態情報、前記電源バッテリの前記状態情報、及び前記低電圧電気装置の前記負荷情報にしたがって、各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを別々に制御し、前記複数のバッテリモジュールに対してバランシング管理を実行し、前記低電圧電気装置に電力を供給し、かつ、前記低電圧バッテリを充電し、および、前記双方向カーチャージャを制御して、前記低電圧電気装置に電力を供給し、かつ、前記低電圧バッテリを充電する、制御モジュールと
を含むエネルギー管理システム。
【請求項２】
前記複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュール、前記サンプリングモジュール、及び前記制御モジュールは、バッテリ管理システムに統合される、請求項１に記載の電気自動車のエネルギー管理システム。
【請求項３】
前記双方向カーチャージャは、
双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路であって、前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路の交流端は、前記双方向カーチャージャの前記交流端である、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路と、
第一のＤＣ／ＤＣ変換回路であって、前記第一のＤＣ／ＤＣ変換回路の第一の直流端は、前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路の直流端に接続され、前記第一のＤＣ／ＤＣ変換回路の第二の直流端は、前記双方向カーチャージャの前記第二の直流端である、第一のＤＣ／ＤＣ変換回路と、
第二のＤＣ／ＤＣ変換回路であって、前記第二のＤＣ／ＤＣ変換回路の第一の直流端は、前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路の前記直流端と前記第一のＤＣ／ＤＣ変換回路の前記第一の直流端とに別々に接続され、前記第二のＤＣ／ＤＣ変換回路の第二の直流端は、前記双方向カーチャージャの第一の直流端に接続される、第二のＤＣ／ＤＣ変換回路と
を含み、
前記制御モジュールは、電源バッテリ充電機能、低電圧バッテリ充電機能、電源バッテリ−交流反転機能、低電圧バッテリ−交流反転機能、及び電源バッテリ出力低電圧負荷機能の何れか１つを実現するように前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路、前記第一のＤＣ／ＤＣ変換回路、及び前記第二のＤＣ／ＤＣ変換回路を制御する、請求項１又は２に記載の電気自動車のエネルギー管理システム。
【請求項４】
前記制御モジュールは、前記電源バッテリ充電機能、前記低電圧バッテリ充電機能、又は前記電源バッテリ−交流反転機能及び前記電源バッテリ出力低電圧負荷機能、又は前記電源バッテリ−交流反転機能及び前記低電圧バッテリ−交流反転機能を実現するように前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路、前記第一のＤＣ／ＤＣ変換回路、及び前記第二のＤＣ／ＤＣ変換回路を制御するようにさらに構成される、請求項３に記載の電気自動車のエネルギー管理システム。
【請求項５】
前記制御モジュールは、前記電気自動車の充電プロセスにおいて、前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路、前記第二のＤＣ／ＤＣ変換回路、及び各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを制御して、各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールが前記対応するバッテリモジュールを充電し、かつ、前記複数のバッテリモジュールに対してバランシング管理を実行し、前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路と前記第一のＤＣ／ＤＣ変換回路とを同時に制御し、前記電源バッテリを充電するように、さらに、構成される、請求項３又は４に記載の電気自動車のエネルギー管理システム。
【請求項６】
前記制御モジュールは、前記電気自動車の反転放電プロセスにおいて、前記電源バッテリ−交流反転機能を実現するように前記第一のＤＣ／ＤＣ変換回路及び前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路を制御し、且つ／又は、前記電源バッテリ−が交流反転機能を実現するように前記複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュール、前記第二のＤＣ／ＤＣ変換回路、及び前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路を制御するようにさらに構成され、前記複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュール、前記第二のＤＣ／ＤＣ変換回路、及び前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路が前記電源バッテリ−の交流反転機能を実現するように制御されるとき、前記複数のバッテリモジュールに対する前記バランシング管理は、さらに実現される、請求項３〜５の何れか一項に記載の電気自動車のエネルギー管理システム。
【請求項７】
前記制御モジュールは、前記電気自動車の放電プロセスにおいて、前記低電圧バッテリが電圧不足状態にあるか否かを前記低電圧バッテリの前記状態情報に応じて判断するようにさらに構成され、
前記低電圧バッテリが電圧不足状態にある場合、前記制御モジュールは、前記低電圧バッテリを充電するように前記複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを制御し、
前記低電圧バッテリが電圧不足状態にない場合、前記制御モジュールは、前記電源バッテリが電圧不足状態にあるか否かを前記電源バッテリの前記状態情報に応じてさらに判断し、及び
前記電源バッテリが電圧不足状態にある場合、前記制御モジュールは、前記電源バッテリが放電しないようにする、請求項３に記載の電気自動車のエネルギー管理システム。
【請求項８】
前記制御モジュールは、前記電源バッテリが電圧不足状態にないとき、前記電気自動車に電力を供給するように前記電源バッテリを制御し、前記低電圧電気装置に電力を供給するように前記複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを制御し、各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの出力電圧及び出力電流をサンプリングし、且つ前記低電圧電気装置への総供給電流を計算するようにさらに構成される、請求項７に記載の電気自動車のエネルギー管理システム。
【請求項９】
前記制御モジュールは、前記複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの最大許容供給電流を各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの前記出力電流に応じて計算し、且つ各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの前記出力電圧がプルダウンされるか否か、及び前記低電圧電気装置への前記総供給電流が前記最大許容供給電流を超えるか否かを判断するようにさらに構成され、
各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの前記出力電圧がプルダウンされ、且つ前記低電圧電気装置への前記総供給電流が前記最大許容供給電流を超える場合、前記制御モジュールは、前記電源バッテリが前記低電圧電気装置に同時に電力を供給するように前記第一のＤＣ／ＤＣ変換回路及び前記第二のＤＣ／ＤＣ変換回路を制御し、且つ交流放電要求命令が受信されると、前記電源バッテリが前記第一のＤＣ／ＤＣ変換回路及び前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路を通じて同時に交流放電を実行するように動作するように前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路を制御する、請求項８に記載の電気自動車のエネルギー管理システム。
【請求項１０】
前記制御モジュールは、前記複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの平均電圧及び平均電流を計算し、且つ前記平均電圧を各バッテリモジュールの電圧と比較するようにさらに構成され、
前記平均電圧が何れかのバッテリモジュールの前記電圧と等しい場合、前記制御モジュールは、前記平均電流で出力するように、前記バッテリモジュールに対応する前記平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを制御し、
何れかのバッテリモジュールの前記電圧が前記平均電圧より大きい場合、前記制御モジュールは、第一の電流で出力するように、前記バッテリモジュールに対応する前記平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを制御し、前記第一の電流＝前記平均電流Ｉｍ＋Ｋ＊｜Ｕａ−Ｕｍ｜であり、Ｕａは、前記バッテリモジュールの前記電圧であり、Ｕｍは、前記平均電圧であり、且つＫは、調整係数であり、及び
何れかのバッテリモジュールの前記電圧が前記平均電圧より小さい場合、前記制御モジュールは、第二の電流で出力するように、前記バッテリモジュールに対応する前記平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを制御し、前記第二の電流＝前記平均電流Ｉｍ−Ｋ＊｜Ｕａ−Ｕｍ｜であり、Ｕａは、前記バッテリモジュールの前記電圧であり、Ｕｍは、前記平均電圧であり、且つＫは、調整係数である、請求項８に記載の電気自動車のエネルギー管理システム。
【請求項１１】
前記制御モジュールは、前記電気自動車の充電プロセスにおいて、前記低電圧バッテリが電圧不足状態にあるか否かを前記低電圧バッテリの前記状態情報に応じて判断するようにさらに構成され、
前記低電圧バッテリが電圧不足状態にある場合、前記制御モジュールは、前記電力グリッド／充電ボックスが前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路及び前記第二のＤＣ／ＤＣ変換回路を通じて前記低電圧バッテリを充電するように前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路及び前記第二のＤＣ／ＤＣ変換回路を制御し、及び
前記低電圧バッテリが電圧不足状態にない場合、前記制御モジュールは、前記電源バッテリが充電される必要があるか否かを前記電源バッテリの前記状態情報に応じてさらに判断し、且つ前記電源バッテリが充電される必要がある場合、前記電力グリッド／充電ボックスが前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路及び前記第一のＤＣ／ＤＣ変換回路を通じて前記電源バッテリを充電するように前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路及び前記第一のＤＣ／ＤＣ変換回路を制御する、請求項３に記載の電気自動車のエネルギー管理システム。
【請求項１２】
前記制御モジュールは、各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの出力電圧及び出力電流をサンプリングすることより、前記複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの平均電圧及び平均電流を計算し、且つ前記平均電圧を各バッテリモジュールの電圧と比較するようにさらに構成され、
何れかのバッテリモジュールの前記電圧が前記平均電圧より大きい場合、前記制御モジュールは、第一の電流で出力するように、前記バッテリモジュールに対応する前記平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを制御し、前記第一の電流＝前記平均電流Ｉｍ＋Ｋ＊｜Ｕａ−Ｕｍ｜であり、Ｕａは、前記バッテリモジュールの前記電圧であり、Ｕｍは、前記平均電圧であり、且つＫは、調整係数である、請求項１１に記載の電気自動車のエネルギー管理システム。
【請求項１３】
前記制御モジュールは、前記複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの放電電流を各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの前記出力電流に応じて計算し、前記低電圧電気装置への総供給電流を計算し、且つ前記複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの前記放電電流が前記総供給電流より大きい場合、動作を停止するように前記第二のＤＣ／ＤＣ変換回路を制御するようにさらに構成される、請求項１２に記載の電気自動車のエネルギー管理システム。
【請求項１４】
前記制御モジュールは、各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの出力電圧及び出力電流をサンプリングすることにより、前記複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの平均電圧及び平均電流を計算し、且つ前記平均電圧を各バッテリモジュールの電圧と比較するようにさらに構成され、
何れかのバッテリモジュールの前記電圧が前記平均電圧より小さい場合、前記制御モジュールは、前記バッテリモジュールを第一の電流で逆充電するように、前記バッテリモジュールに対応する前記平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを制御し、前記第一の電流＝前記平均電流Ｉｍ＋Ｋ＊｜Ｕａ−Ｕｍ｜であり、Ｕａは、前記バッテリモジュールの前記電圧であり、Ｕｍは、前記平均電圧であり、且つＫは、調整係数である、請求項１１に記載の電気自動車のエネルギー管理システム。
【請求項１５】
請求項１〜１４の何れか一項に記載の電気自動車のエネルギー管理システムを含む電気自動車。
【請求項１６】
電気自動車のエネルギー管理システムのための制御方法であって、前記電気自動車の前記エネルギー管理システムは、電源バッテリと、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールと、双方向カーチャージャとを含み、前記電源バッテリは、複数のバッテリモジュールを含み、前記平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの第一の端は、前記バッテリモジュールに対応して接続され、前記平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの第二の端は、低電圧直流バスに並列に接続されて、それぞれ前記低電圧直流バスを通じて前記電気自動車の低電圧電気装置に電力を供給し、且つ低電圧バッテリを充電し、前記双方向カーチャージャの交流端は、電力グリッド／充電ボックスに接続するように構成され、前記双方向カーチャージャの第一の直流端は、前記低電圧直流バスに接続され、前記双方向カーチャージャの第二の直流端は、高電圧直流バスに接続され、前記高電圧直流バスは、前記電源バッテリに接続され、及び前記方法は、
各バッテリモジュールの状態情報、前記低電圧バッテリの状態情報、及び前記電源バッテリの状態情報をサンプリングし、且つ前記低電圧電気装置の負荷情報をサンプリングするステップと、
前記複数のバッテリモジュールに対してバランシング管理を実行し、前記低電圧電気装置に電力を供給し、且つ前記低電圧バッテリを充電するように、それぞれ各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを各バッテリモジュールの前記状態情報、前記低電圧バッテリの前記状態情報、前記電源バッテリの前記状態情報、及び前記低電圧電気装置の前記負荷情報に応じて制御し、及び前記低電圧電気装置に電力を供給し、且つ前記低電圧バッテリを充電するように前記双方向カーチャージャを制御するステップと
を含む、方法。
【請求項１７】
前記双方向カーチャージャは、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路と、第一のＤＣ／ＤＣ変換回路と、第二のＤＣ／ＤＣ変換回路とを含み、前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路の交流端は、前記双方向カーチャージャの前記交流端であり、前記第一のＤＣ／ＤＣ変換回路の第一の直流端は、前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路の直流端に接続され、前記第一のＤＣ／ＤＣ変換回路の第二の直流端は、前記双方向カーチャージャの前記第二の直流端であり、前記第二のＤＣ／ＤＣ変換回路の第一の直流端は、前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路の前記直流端と前記第一のＤＣ／ＤＣ変換回路の前記第一の直流端とに別々に接続され、前記第二のＤＣ／ＤＣ変換回路の第二の直流端は、前記双方向カーチャージャの前記第一の直流端であり、及び前記方法は、
電源バッテリ充電機能、低電圧バッテリ充電機能、電源バッテリ−交流反転機能、低電圧バッテリ−交流反転機能、及び電源バッテリ出力低電圧負荷機能の何れか１つを実現するように前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路、前記第一のＤＣ／ＤＣ変換回路、及び前記第二のＤＣ／ＤＣ変換回路を制御するステップ
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記電源バッテリ充電機能及び前記低電圧バッテリ充電機能、又は前記電源バッテリ−交流反転機能及び前記電源バッテリ出力低電圧負荷機能、又は前記電源バッテリ−交流反転機能及び前記低電圧バッテリ−交流反転機能を実現するように前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路、前記第一のＤＣ／ＤＣ変換回路、及び前記第二のＤＣ／ＤＣ変換回路を制御するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記電気自動車の充電プロセスにおいて、前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路、前記第二のＤＣ／ＤＣ変換回路、及び各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールは、各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールが前記対応するバッテリモジュールを充電し、且つ前記複数のバッテリモジュールに対してバランシング管理を実行するようにさらに制御され、及び同時に、前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路及び前記第一のＤＣ／ＤＣ変換回路は、前記電源バッテリを充電するように制御される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記電気自動車の反転放電プロセスにおいて、前記第一のＤＣ／ＤＣ変換回路及び前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路は、前記電源バッテリ−交流反転機能を実現するようにさらに制御され、且つ／又は前記複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュール、前記第二のＤＣ／ＤＣ変換回路、及び前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路は、前記電源バッテリ−交流反転機能を実現するように制御され、前記複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュール、前記第二のＤＣ／ＤＣ変換回路、及び前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路が前記電源バッテリ−交流反転機能を実現するように制御されるとき、前記複数のバッテリモジュールに対する前記バランシング管理は、さらに実現される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記電気自動車の放電プロセスにおいて、前記低電圧バッテリが電圧不足状態にあるか否かは、前記低電圧バッテリの前記状態情報に応じてさらに判断され、
前記低電圧バッテリが電圧不足状態にある場合、前記複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールは、前記低電圧バッテリを充電するように制御され、
前記低電圧バッテリが電圧不足状態にない場合、前記電源バッテリが電圧不足状態にあるか否かは、前記電源バッテリの前記状態情報に応じてさらに判断され、及び
前記電源バッテリが電圧不足状態にある場合、前記電源バッテリは、放電しないようにされる、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記電源バッテリが電圧不足状態にない場合、前記電源バッテリは、前記電気自動車に電力を供給するように制御され、前記複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールは、前記低電圧電気装置に電力を供給するように制御され、各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの出力電圧及び出力電流は、サンプリングされ、及び前記低電圧電気装置への前記総供給電流は、計算される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの最大許容供給電流は、各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの前記出力電流に応じてさらに計算され、及び各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの前記出力電圧がプルダウンされるか否か、及び前記低電圧電気装置への前記総供給電流が前記最大許容供給電流を超えるか否かは、判断され、
各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの前記出力電圧がプルダウンされ、且つ前記低電圧電気装置への前記総供給電流が前記最大許容供給電流を超える場合、前記第一のＤＣ／ＤＣ変換回路及び前記第二のＤＣ／ＤＣ変換回路は、前記電源バッテリが前記低電圧電気装置に同時に電力を供給するように制御され、且つ交流放電要求命令が受信されると、前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路は、前記電源バッテリが同時に前記第一のＤＣ／ＤＣ変換回路及び前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路を通じて交流放電を実行するように動作するように制御される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの平均電圧及び平均電流を計算し、且つ前記平均電圧を各バッテリモジュールの電圧と比較するステップと、
前記平均電圧が何れかのバッテリモジュールの前記電圧と等しい場合、前記平均電流で出力するように、前記バッテリモジュールに対応する前記平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを制御するステップと、
何れかのバッテリモジュールの前記電圧が前記平均電圧より大きい場合、第一の電流で出力するように、前記バッテリモジュールに対応する前記平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを制御するステップであって、前記第一の電流＝前記平均電流Ｉｍ＋Ｋ＊｜Ｕａ−Ｕｍ｜であり、Ｕａは、前記バッテリモジュールの前記電圧であり、Ｕｍは、前記平均電圧であり、且つＫは、調整係数である、ステップと、
何れかのバッテリモジュールの前記電圧が前記平均電圧より小さい場合、第二の電流で出力するように、前記バッテリモジュールに対応する前記平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを制御するステップであって、前記第二の電流＝前記平均電流Ｉｍ−Ｋ＊｜Ｕａ−Ｕｍ｜であり、Ｕａは、前記バッテリモジュールの前記電圧であり、Ｕｍは、前記平均電圧であり、且つＫは、調整係数である、ステップと
をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記電気自動車の充電プロセスにおいて、前記低電圧バッテリが電圧不足状態にあるか否かは、前記低電圧バッテリの前記状態情報に応じてさらに判断され、
前記低電圧バッテリが電圧不足状態にある場合、前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路及び前記第二のＤＣ／ＤＣ変換回路は、前記電力グリッド／充電ボックスが前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路及び前記第二のＤＣ／ＤＣ変換回路を通じて前記低電圧バッテリを充電するように制御され、及び
前記低電圧バッテリが電圧不足状態にない場合、前記電源バッテリが充電される必要があるか否かは、前記電源バッテリの前記状態情報に応じてさらに判断され、及び前記電源バッテリが充電される必要がある場合、前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路及び前記第一のＤＣ／ＤＣ変換回路は、前記電力グリッド／充電ボックスが前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路及び前記第一のＤＣ／ＤＣ変換回路を通じて前記電源バッテリを充電するように制御される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２６】
各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの出力電圧及び出力電流をサンプリングすることにより、前記複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの平均電圧及び平均電流を計算し、且つ前記平均電圧を各バッテリモジュールの電圧と比較するステップと、
何れかのバッテリモジュールの前記電圧が前記平均電圧より大きい場合、第一の電流で出力するように、前記バッテリモジュールに対応する前記平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを制御するステップであって、前記第一の電流＝前記平均電流Ｉｍ＋Ｋ＊｜Ｕａ−Ｕｍ｜であり、Ｕａは、前記バッテリモジュールの前記電圧であり、Ｕｍは、前記平均電圧であり、且つＫは、調整係数である、ステップと
をさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの放電電流を各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの前記出力電流に応じて計算し、前記低電圧電気装置への総供給電流を計算し、且つ前記複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの前記放電電流が前記総供給電流より大きい場合、動作を停止するように前記第二のＤＣ／ＤＣ変換回路を制御するステップをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの出力電圧及び出力電流をサンプリングすることにより、前記複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの平均電圧及び平均電流を計算し、且つ前記平均電圧を各バッテリモジュールの電圧と比較するステップと、
何れかのバッテリモジュールの前記電圧が前記平均電圧より小さい場合、第一の電流で前記バッテリモジュールを逆充電するように、前記バッテリモジュールに対応する前記平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを制御するステップであって、前記第一の電流＝前記平均電流Ｉｍ＋Ｋ＊｜Ｕａ−Ｕｍ｜であり、Ｕａは、前記バッテリモジュールの前記電圧であり、Ｕｍは、前記平均電圧であり、且つＫは、調整係数である、ステップと
をさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車の技術分野に関し、特に電気自動車のエネルギー管理システム、このシステムを備える電気自動車、及び電気自動車のエネルギー管理システムのための制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化石エネルギーの枯渇、環境汚染及び環境保護に対する人々の意識の漸進的な高まり、並びに地元政府による新エネルギー自動車支援方針の導入により、電気自動車は、消費者の人気を一層集めている。
【０００３】
関連する技術分野において、電気自動車のエネルギー管理システムは、図１に示されており、これは、主として以下のモジュールを含む：
（１）電気自動車の電気エネルギーを貯蔵し、且つ自動車全体に電力を提供するように構成された高電圧バッテリパック、
（２）高電圧バッテリパックをモニタ及び管理するように構成されたＢＭＳ（バッテリ管理システム）、
（３）高電圧バッテリパックの高電圧電力を、自動車全体の低電圧電気装置（１２Ｖ又は２４Ｖ等）に電力を供給するための低電圧電力に変換し、且つ低電圧スターティングバッテリを充電するように構成されたＤＣ−ＤＣ変換器１、
（４）通常、ＰＦＣモジュールと、ＤＣ−ＤＣ変換器２と、ＤＣ−ＤＣ変換器３とを含み、グリッド／充電ボックスの交流を、高電圧バッテリパックを充電するための高電圧直流に変換し、且つ同時にそれを低電圧スターティングバッテリへの電力を補足するためにＤＣ−ＤＣ変換器３を通じて低電圧電力に変換するように構成されたカーチャージャ。
【０００４】
しかしながら、高電圧バッテリパックは、直列接続、並列接続、及び他の方法により多くのセルによって形成される。バッテリ製造プロセス及び材料等の要因により、バッテリの容量、自己放電、及び他の性能パラメータに多少の差が生じる。これらの差は、環境温度の影響及びバッテリパックの熱散逸（発熱）条件等の不均一な外力によるバッテリの一貫性の低下により増大し、その結果、バッテリパックの利用可能容量が減る。これは、ＢＭＳがバッテリパックのエネルギーを管理しながらバッテリパックの一貫性に影響を与えるセルのバランスをとることにより、最大のエネルギー出力を実現することを必要とする。関連する技術分野において、複数のセルが１つのバランシング回路を共有するモードが採用され、異なるセルのバランシングは、ゲーティング回路を通じて実現される。欠点は、以下のとおりである：ゲーティング回路の制御が複雑であること、及びバランスをとる必要のあるセルの分散がランダムであるため、バランシング回路が共有されるバッテリパック内に複数のセルがあると、バランシング能力が大幅に弱められ、バランス回路は、目的上、単一であることである。
【０００５】
加えて、ＤＣ−ＤＣ変換器１は、自動車全体の低電圧システムの電源である。ＤＣ−ＤＣ変換器１が故障するか又は適正に動作しないと、自動車全体が正常に稼動しない。同時に、ＤＣ−ＤＣ変換器１の入力端は、高電圧バッテリパックの直流バスであり、その電圧は、一般に数百ボルトであり、それによって回路内のデバイスの電圧耐性及び絶縁機能に対する高い要求が生じる。さらに、現実の使用において、ＤＣ−ＤＣ変換器１の電力密度が高く、発熱量が大きいため、それは、大流量強制空冷又は水冷方式を採用することによって放熱することを必要とし、放熱の解決策の実現がより複雑である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、関連する技術分野における技術的問題の少なくとも１つを特定の程度まで解決することを目的とする。
【０００７】
したがって、本発明の第一の目的は、自動車全体の低電圧コンポーネントへの電力供給、電源バッテリのバランシング、及び主要機能の冗長設計を実現し、システムの安全性及び信頼性を向上させる電気自動車のエネルギー管理システムを提供することである。
【０００８】
本発明の第二の目的は、電気自動車を提供することである。
【０００９】
本発明の第三の目的は、電気自動車のエネルギー管理システムのための制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を実現するために、本発明の第一の態様の実施形態は、電気自動車のエネルギー管理システムを提供し、これは、電源バッテリであって、複数のバッテリモジュールを含む電源バッテリと、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールであって、平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの第一の端は、バッテリモジュールに対応して接続され、及び平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの第二の端は、低電圧直流バスに並列に接続されて、それぞれ低電圧直流バスを通じて電気自動車の低電圧電気装置に電力を供給し、且つ低電圧バッテリを充電する、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールと、双方向カーチャージャであって、双方向カーチャージャの交流端は、電力グリッド／充電ボックスに接続するように構成され、双方向カーチャージャの第一の直流端は、低電圧直流バスに接続され、双方向カーチャージャの第二の直流端は、高電圧直流バスに接続され、及び高電圧直流バスは、電源バッテリに接続される、双方向カーチャージャと、サンプリングモジュールであって、各バッテリモジュールの状態情報、低電圧バッテリの状態情報、電源バッテリの状態情報、及び低電圧電気装置の負荷情報をサンプリングするように構成されたサンプリングモジュールと、複数のバッテリモジュールに対してバランシング管理を実行し、低電圧電気装置に電力を供給し、且つ低電圧バッテリを充電するように、各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを各バッテリモジュールの状態情報、低電圧バッテリの状態情報、電源バッテリの状態情報、及び低電圧電気装置の負荷情報に応じて別々に制御するように構成され、及び低電圧電気装置に電力を供給し、且つ低電圧バッテリを充電するように双方向カーチャージャを制御する制御モジュールとを含む。
【００１１】
本発明のこの実施形態による電気自動車のエネルギー管理システムは、自動車全体の低電圧コンポーネントへの電力供給、電源バッテリのバランシング、及び主要機能の冗長設計を実現し、システムの安全性及び信頼性を向上させる。
【００１２】
前述の目的を実現するために、本発明の第二の態様の実施形態は、電気自動車のエネルギー管理システムを含む電気自動車を提供する。
【００１３】
本発明のこの実施形態により提供される電気自動車は、電気自動車のエネルギー管理システムを採用することにより、自動車全体の低電圧コンポーネントへの電力供給、電源バッテリのバランシング、及び主要機能の冗長設計を実現し、システムの安全性及び信頼性を向上させる。
【００１４】
前述の目的を実現するために、本発明の第三の態様の実施形態は、電気自動車のエネルギー管理システムのための制御方法を提供し、電気自動車のエネルギー管理システムは、電源バッテリと、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールと、双方向カーチャージャとを含み、電源バッテリは、複数のバッテリモジュールを含み、平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの第一の端は、バッテリモジュールに対応して接続され、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの第二の端は、低電圧直流バスに並列に接続されて、それぞれ低電圧直流バスを通じて電気自動車の低電圧電気装置に電力を供給し、且つ低電圧バッテリを充電し、双方向カーチャージャの交流端は、電力グリッド／充電ボックスに接続するように構成され、双方向カーチャージャの第一の直流端は、低電圧直流バスに接続され、双方向カーチャージャの第二の直流端は、高電圧直流バスに接続され、高電圧直流バスは、電源バッテリに接続され、及び方法は、各バッテリモジュールの状態情報、低電圧バッテリの状態情報、及び電源バッテリの状態情報をサンプリングし、且つ低電圧電気装置の負荷情報をサンプリングするステップと、複数のバッテリモジュールに対してバランシング管理を実行し、低電圧電気装置に電力を供給し、且つ低電圧バッテリを充電するように、それぞれ各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを各バッテリモジュールの状態情報、低電圧バッテリの状態情報、電源バッテリの状態情報、及び低電圧電気装置の負荷情報に応じて制御し、及び低電圧電気装置に電力を供給し、且つ低電圧バッテリを充電するように双方向カーチャージャを制御するステップとを含む。
【００１５】
本発明のこの実施形態による電気自動車のエネルギー管理システムのための制御方法は、各バッテリモジュールの状態情報、低電圧バッテリの状態情報、電源バッテリの状態情報、及び低電圧電気装置の負荷情報をリアルタイムでサンプリングし、その後、複数のバッテリモジュールに対してバランシング管理を実行し、低電圧電気装置に電力を供給し、且つ低電圧バッテリを充電するように、それぞれ各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを各バッテリモジュールの状態情報、低電圧バッテリの状態情報、電源バッテリの状態情報、及び低電圧電気装置の負荷情報に応じて制御し、及び低電圧電気装置に電力を供給し、且つ低電圧バッテリを充電するように双方向カーチャージャを制御し、そのようにして自動車全体の低電圧コンポーネントへの電力供給、電源バッテリのバランシング、及び主要機能の冗長設計を実現し、システムの安全性及び信頼性を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】関連する技術分野の電気自動車のエネルギー管理システムのブロック図である。
【図２】本発明の実施形態による電気自動車のエネルギー管理システムのブロック図である。
【図３】本発明の他の実施形態による電気自動車のエネルギー管理システムのブロック図である。
【図４】本発明の実施形態による双方向カーチャージャの回路図である。
【図５】本発明の実施形態による平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの回路図である。
【図６】本発明の実施形態によるバッテリ管理システムの回路図である。
【図７】本発明の実施形態による電気自動車の放電中の電力供給及びバランシングのフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態による電気自動車の充電中の電力供給及びバランシングのフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態による電気自動車のエネルギー管理システムのための制御方法のフローチャートである。
【図１０】本発明の実施形態による電気自動車のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下は、本発明の実施形態を詳細に説明する。実施形態の例は、添付の図面に示されており、図面では、終始、同じ又は同様の参照符号は、同じ又は同様の機能を有する同じ又は同様の１つ又は複数のコンポーネントを示す。添付の図面に関して説明される以下の実施形態は、例示的であり、本発明を説明するためにのみ使用され、本発明の限定とは解釈され得ない。
【００１８】
本発明の実施形態による提供される電気自動車のエネルギー管理システム、このシステムを備える電気自動車、及び電気自動車のエネルギー管理システムのための制御方法を、図面を参照しながら以下に説明する。
【００１９】
図２は、本発明の実施形態による電気自動車のエネルギー管理システムのブロック図である。
【００２０】
図２に示されているように、電気自動車のエネルギー管理システムは、電源バッテリ１０と、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡと、双方向カーチャージャ２０と、サンプリングモジュール３０と、制御モジュール４０とを含む。
【００２１】
ここで、電源バッテリ１０は、複数のバッテリモジュール１１を含む。平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの第一の端は、バッテリモジュール１１に対応して接続され、及び平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの第二の端は、低電圧直流バスに並列に接続されて、それぞれ低電圧直流バスを通じて電気自動車の低電圧電気装置５０に電力を供給し、且つ低電圧バッテリ６０を充電する。双方向カーチャージャ２０の交流端は、電力グリッド／充電ボックス７０に接続するように構成され、双方向カーチャージャ２０の第一の直流端は、低電圧直流バスに接続され、及び双方向カーチャージャ２０の第二の直流端は、高電圧直流バスに接続され、高電圧直流バスは、電源バッテリ１０に接続される。
【００２２】
サンプリングモジュール３０は、各バッテリモジュール１１の状態情報、低電圧バッテリ６０の状態情報、電源バッテリ１０の状態情報、及び低電圧電気装置５０の負荷情報をサンプリングするように構成される。制御モジュール４０は、各バッテリモジュール１１の状態情報、低電圧バッテリ６０の状態情報、電源バッテリ１０の状態情報、及び低電圧電気装置５０の負荷情報にしたがって、各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡを別々に制御し、複数のバッテリモジュール１１に対してバランシング管理を実行し、低電圧電気装置５０に電力を供給し、かつ、低電圧バッテリ６０を充電し、低電圧電気装置５０に電力を供給し、かつ、低電圧バッテリ６０を充電するように双方向カーチャージャ２０を制御するように構成される。
【００２３】
具体的には、図２に示されるように、電源バッテリ１０は、直列に接続された複数のバッテリモジュール１１を含み、各バッテリモジュール１１の電圧は、約２．５Ｖ〜３．６Ｖである。各バッテリモジュール１１は、１つの平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡに接続され、及び複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの第二の端は、並列に接続されて１２Ｖ等の低電圧を出力して、低電圧電気装置５０に電力を供給し、且つ低電圧バッテリ６０を充電する。
【００２４】
サンプリングモジュール３０は、複数のバッテリ情報収集器ＢＩＣを含み、各バッテリモジュール１１は、１つのバッテリ情報収集器ＢＩＣに接続される。自動車全体の通常の動作中、バッテリ情報収集器ＢＩＣは、各バッテリモジュール１１の状態情報をリアルタイムでサンプリングする。同時に、サンプリングモジュール３０は、さらに低電圧バッテリ６０の状態情報、電源バッテリ１０の状態情報、低電圧電気装置５０の負荷情報をリアルタイムでサンプリングし、且つ収集した情報を制御モジュール４０に送信し、この状態情報には電圧、電流、温度等が含まれる。
【００２５】
制御モジュール４０は、低電圧電気装置５０の負荷情報に応じて複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡを制御する。複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡは、共同で、低電圧電気装置５０により消費される電力を提供する。同時に、制御モジュール４０は、低電圧電気装置５０の負荷情報及び各バッテリモジュール１１の状態情報に応じて複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの出力電流をリアルタイムでさらに調整する。特定の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの出力電流が平均値より大きい場合、それは、バッテリモジュール１１のための放電バランシングと等しく、特定の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの出力電流が平均値より小さい場合、それは、バッテリモジュールの充電バランシングと等しい。
【００２６】
加えて、低電圧電気装置５０の負荷が大きいか又は複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡに異常がある場合、制御モジュール４０は、双方向カーチャージャ２０を制御して、電源バッテリ１０の高電圧を、低電圧電気装置５０に電力を供給するための低電圧に変換し、双方向カーチャージャ２０を通じて低電圧バッテリ６０を充電するか、又は双方向カーチャージャ２０及び異常のない平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡを通じて、低電圧電気装置５０に電力を供給すると同時に低電圧バッテリ６０を充電する。
【００２７】
したがって、本発明の実施形態により提供される電気自動車のエネルギー管理システムは、高電圧ＤＣ−ＤＣ変換器が自動車全体の低電圧電子コンポーネント及び電気装置に電力を供給する機能を実現できるだけでなく、電源バッテリに対するエネルギー管理の機能も実現できる。同時に、これはまた、双方向カーチャージャを通じて低電圧電気装置に電力を供給し、低電圧バッテリを充電し、それにより、電気自動車は、もはや低電圧電子コンポーネント及び電気装置に電力を供給するように構成された独立した高電圧ＤＣ−ＤＣ変換器を必要としなくなり、また特別なバランシング回路を備えるＢＭＳが不要となり、低電圧電力供給機能の冗長設計が実現される。加えて、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールへの並列での電力供給により、少数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールが損傷を受けても、これは、低電圧電気装置への電力供給に影響を与えず、このようにして自動車全体の低電圧電力消費の信頼性が改善される。加えて、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを小型化し、別々に据え付けることができ、そのようにして発熱密度が減少し、放熱の解決策を単純化しやすくなり、拡張及び互換性が促進される。
【００２８】
本発明の実施形態によれば、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡ、サンプリングモジュール３０、及び制御モジュール４０は、バッテリ管理システムＢＭＳに統合され得る。
【００２９】
具体的には、図３に示されるように、平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡとバッテリ情報収集器ＢＩＣとを統合して、バッテリ管理及びバランシングユニットＢＭＢＵを形成し、その後、制御モジュール４０と共にバッテリ管理システムＢＭＳに統合することができる。
【００３０】
本発明の実施形態によれば、図２又は３に示されるように、双方向カーチャージャ２０は、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１と、第一のＤＣ／ＤＣ変換回路２２と、第二のＤＣ／ＤＣ変換回路２３とを含み、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１の交流端は、双方向カーチャージャ２０の交流端であり、第一のＤＣ／ＤＣ変換回路２２の第一の直流端は、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１の直流端に接続され、第一のＤＣ／ＤＣ変換回路２２の第二の直流端は、双方向カーチャージャ２０の第二の直流端であり、第二のＤＣ／ＤＣ変換回路２３の第一の直流端は、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１の直流端と第一のＤＣ／ＤＣ変換回路２２の第一の直流端とに別々に接続され、及び第二のＤＣ／ＤＣ変換回路２３の第二の直流端は、双方向カーチャージャ２０の第一の直流端である。
【００３１】
ここで、制御モジュール４０は、電源バッテリ１０充電機能、低電圧バッテリ６０充電機能、電源バッテリ１０−交流反転機能、低電圧バッテリ６０−交流反転機能、及び電源バッテリ１０出力低電圧負荷機能の何れか１つを実現するように双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１、第一のＤＣ／ＤＣ変換回路２２、及び第二のＤＣ／ＤＣ変換回路２３を制御する。
【００３２】
さらに、制御モジュール４０は、電源バッテリ１０充電機能及び低電圧バッテリ６０充電機能、又は電源バッテリ１０−交流反転機能及び電源バッテリ１０出力低電圧負荷機能、又は電源バッテリ１０−交流反転機能及び低電圧バッテリ６０−交流反転機能を実現するように双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１、第一のＤＣ／ＤＣ変換回路２２、及び第二のＤＣ／ＤＣ変換回路２３をさらに制御する。
【００３３】
具体的には、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１は、電力グリッド／充電ボックス７０からの交流出力を３８０Ｖ〜４００Ｖ等の直流に変換し得、また直流を交流に変換し得、第二のＤＣ／ＤＣ変換回路２３は、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１からの直流出力を、低電圧電気装置５０に電力を供給し、且つ低電圧バッテリ６０を充電するための１２Ｖ等の低電圧に変換し得、また低電圧を高電圧交流に変換し得、第一のＤＣ／ＤＣ変換回路２２は、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１からの直流出力を、電源バッテリ１０全体を充電するための高電圧に変換し得、また電源バッテリ１０の高電圧を他の目的のための３８０Ｖ〜４００Ｖ等の直流に変換し得る。
【００３４】
すなわち、低電圧バッテリ６０充電機能及び交流反転機能は、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１及び第二のＤＣ／ＤＣ変換回路２３を通じて実現でき、電源バッテリ１０充電機能及び交流反転機能は、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１及び第一のＤＣ／ＤＣ変換回路２２を通じて実現でき、電源バッテリ１０出力低電圧負荷機能は、第一のＤＣ／ＤＣ変換回路２２及び第二のＤＣ／ＤＣ変換回路２３を通じて実現できる。さらに、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１、第一のＤＣ／ＤＣ変換回路２２、及び第二のＤＣ／ＤＣ変換回路２３を制御することにより、電源バッテリ１０と低電圧バッテリ６０とは、同時に充電でき、又は電源バッテリ１０の高電圧と低電圧バッテリ６０の低電圧とは、交流に変換できるか、又は電源バッテリ１０の高電圧を交流に変換でき、第二のＤＣ／ＤＣ変換回路２３は、低電圧電気装置６０に電力を供給するか又は低電圧バッテリ６０を充電するための低電圧を出力する。双方向カーチャージャ２０の回路の詳細は、図４を参照されたく、ここで詳細に説明されない。
【００３５】
本発明のこの実施形態により提供される電気自動車のエネルギー管理システムは、多機能双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路、第一のＤＣ／ＤＣ変換回路、及び第二のＤＣ／ＤＣ変換回路の制御を通じて双方向カーチャージャの機能の多様化を実現し、駐車及び充電中に動作するだけでなく、自動車全体の走行中にも動作でき、そのようにして双方向カーチャージャの利用率が有効に向上し、アイドリングによる費用の浪費が回避される。
【００３６】
本発明の実施形態によれば、電気自動車の充電プロセスにおいて、制御モジュール４０は、各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡが、対応するバッテリモジュール１１を充電し、且つ複数のバッテリモジュール１１に対してバランシング管理を実行するように双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１、第二のＤＣ／ＤＣ変換回路２３、及び各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡを制御し、電源バッテリ１０を充電するように同時に双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１及び第一のＤＣ／ＤＣ変換回路２２を制御する。
【００３７】
さらに、電気自動車の反転放電プロセスにおいて、制御モジュール４０は、電源バッテリ１０−交流反転機能を実現するように第一のＤＣ／ＤＣ変換回路２２及び双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１を制御し、且つ／又は電源バッテリ１０−交流反転機能を実現するように複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡ、第二のＤＣ／ＤＣ変換回路２３、及び双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１を制御し、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡ、第二のＤＣ／ＤＣ変換回路２３、及び双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１が電源バッテリ１０−交流反転機能を実現されるように制御されると、複数のバッテリモジュール１１に対するバランシング管理がさらに実現される。
【００３８】
すなわち、自動車全体の充電プロセスにおいて、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１は、電力グリッド／充電ボックス７０の交流を直流に変換し、したがって、それは、第二のＤＣ／ＤＣ変換回路２３を通じて１２Ｖ等の低電圧に変換されて、各バッテリモジュール１１が充電され、同時に各バッテリモジュール１１は、インテリジェントにバランスがとられ、電源バッテリ１０の全体も第一のＤＣ／ＤＣ変換回路２２を通じて直接充電され得る一方、これらの両方は、並列して充電され、インテリジェントにバランスがとられ得、このようにして、充電電力を改善できるだけでなく、バランシング効率を向上させることができる。
【００３９】
自動車全体の反転放電プロセスにおいて、電源バッテリ１０の高電圧は、第一のＤＣ／ＤＣ変換回路２２を通じて３８０Ｖ〜４００Ｖ等の直流に変換され得、したがって、それは、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１を通じて交流に変換されて、電力グリッド又は負荷に電力が供給され、複数のバッテリモジュール１１からの電圧出力はまた、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡ及び第二のＤＣ／ＤＣ変換回路２３を通じて３８０Ｖ〜４００Ｖ等の直流に変換され得、したがって、それは、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１を通じて交流に変換されて、電力グリッド又は負荷に電力が供給され、同時に各バッテリモジュール１１は、インテリジェントにバランスがとられる。
【００４０】
したがって、本発明のこの実施形態により提供される電気自動車のエネルギー管理システムは、インテリジェントなバランシング及び双方向反転の機能を同時に有することができ、電源バッテリ内の１つのバッテリモジュールの充電を実現でき、電源バッテリ全体も充電できる。１つのバッテリモジュールが損傷を受けても、全体的機能には影響を与えず、したがって主要機能の冗長設計が実現され、自動車全体の信頼性が改善され、充電パワーを２倍にすることができる。加えて、電源バッテリの電圧がプルアップされる場合、第一のＤＣ／ＤＣ変換回路の耐電圧のみをプルアップすることができ、低電圧間のエネルギー変換が実現され、デバイスの電圧ストレスが低減化される。
【００４１】
本発明の実施形態によれば、電気自動車の放電プロセスにおいて、制御モジュール４０は、低電圧バッテリ６０が電圧不足状態にあるか否かを低電圧バッテリ６０の状態情報に応じてさらに判断し、低電圧バッテリ６０が電圧不足状態にある場合、制御モジュール４０は、低電圧バッテリ６０を充電するように複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡを制御し、低電圧バッテリ６０が電圧不足状態にない場合、制御モジュール４０は、電源バッテリ１０が電圧不足状態にあるか否かを電源バッテリ１０の状態情報に応じてさらに判断し、且つ電源バッテリ１０が電圧不足状態にある場合、制御モジュール４０は、電源バッテリ１０が放電しないようにする。
【００４２】
さらに、電源バッテリ１０が電圧不足状態にない場合、制御モジュール４０は、電気自動車に電力を供給するように電源バッテリ１０を制御し、低電圧電気装置５０に電力を供給するように複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡを制御し、各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの出力電圧及び出力電流をサンプリングし、且つ低電圧電気装置５０への総供給電流を計算する。
【００４３】
本発明の実施形態によれば、制御モジュール４０は、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの最大許容供給電流を各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの出力電流に応じて計算するようにさらに構成され、各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの出力電圧がプルダウンされるか否か、及び低電圧電気装置５０への総供給電流が最大許容供給電流を超えるか否かを判断し、各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの出力電圧がプルダウンされ、且つ低電圧電気装置５０への総供給電流が最大許容供給電流を超える場合、制御モジュール４０は、電源バッテリ１０が低電圧電気装置５０に同時に電力を供給するように第一のＤＣ−ＤＣ変換回路２２及び第二のＤＣ／ＤＣ変換回路２３を制御し、且つ交流放電要求命令が受信されると、電源バッテリ１０が第一のＤＣ／ＤＣ変換回路２２及び双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１を通じて交流放電を同時に実行するように動作するように双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１を制御する。
【００４４】
具体的には、自動車全体の電力が投入されると、低電圧バッテリ６０が電圧不足状態にあるか否かが判断される。それが電圧不足状態にあると、自動車全体の低電圧システムが適正に動作しない。この場合、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡを起動させて、１２Ｖ等の低電圧を出力させ、低電圧バッテリ６０への電力を補足する必要がある。低電圧バッテリ６０の電気の量が特定の値に到達したら、自動車全体の低電圧システムが起動される。その後、サンプリングモジュール３０は、電源バッテリ１０の状態情報をサンプリングし、これを制御モジュール４０に送信する。制御モジュール４０は、電源バッテリ１０が放電可能か否かを判断する。電源バッテリ１０の電圧が比較的低い場合、電源バッテリ１０は、放電しないようにされ、使用者に充電を促すようにアラームが発せられる。電源バッテリ１０が放電可能でる場合、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡを通じて低電圧電気装置５０に電力が供給され得る。
【００４５】
本発明の特定の例として、各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの回路構造が図５に示されている。制御モジュール４０は、バッテリモジュール１１の電圧を、低電圧電気装置５０に電力を供給するための１２Ｖ等の低電圧に変換するようにスイッチチューブを制御する。さらに、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡ、サンプリングモジュール３０、及び制御モジュール４０がバッテリ管理システムＢＭＳに統合された場合、回路図は、図６に示され、これについてここで詳細に説明されない。
【００４６】
複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡは、低電圧電気装置５０に電力を供給し、サンプリングモジュール３０は、各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの出力電圧Ｕｂ及び出力電流Ｉｂをリアルタイムでサンプリングし、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの出力電流の合計が自動車全体の使用量を満たすことができるか否かを判断し、同時に各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの出力電圧Ｕｂが低すぎるか否かを判断する。複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの出力電流の合計が自動車全体の使用量を満たすことができない、すなわち平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの最大許容供給電流Ｉｍａｘが低電圧電気装置５０への総供給電流Ｉｓｕｍより小さく、且つ各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの出力電圧Ｕｂが低すぎる場合、制御モジュール４０は、電源バッテリ１０の高電圧を、低電圧電気装置５０に電力を供給するための１２Ｖ等の低電圧に変換するように動作するように第一のＤＣ／ＤＣ変換回路２２及び第二のＤＣ／ＤＣ変換回路２３を制御する。低電圧電気装置５０への電力供給プロセスにおいて、交流放電要求命令が受信されると、制御モジュール４０は、電源バッテリ１０の高電圧を交流に変換して出力するように動作するように第一のＤＣ／ＤＣ変換回路２２及びＡＣ／ＤＣ変換回路２１を制御する。
【００４７】
さらに、本発明の実施形態によれば、制御モジュール４０は、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの平均電圧及び平均電流を計算し、且つ平均電圧を各バッテリモジュール１１の電圧と比較するようにさらに構成される。平均電圧が何れかのバッテリモジュール１１の電圧と等しい場合、制御モジュール４０は、平均電流で出力するように、そのバッテリモジュール１１に対応する平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡを制御し、何れかのバッテリモジュール１１の電圧が平均電圧より大きい場合、制御モジュール４０は、平均電流で出力するように、そのバッテリモジュール１１に対応する平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡを制御し、第一の電流は、平均電流Ｉｍ＋Ｋ＊｜Ｕａ−Ｕｍ｜（ここで、Ｕａは、バッテリモジュール１１の電圧であり、Ｕｍは、平均電圧であり、且つＫは、調整係数である）であり、何れかのバッテリモジュール１１の電圧が平均電圧より小さい場合、制御モジュール４０は、第二の電流で出力するように、そのバッテリモジュール１１に対応する平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡを制御し、第二の電流は、平均電流Ｉｍ−Ｋ＊｜Ｕａ−Ｕｍ｜である。
【００４８】
すなわち、電力が複数のＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡにより低電圧電気装置５０に供給される場合、複数のバッテリモジュール１１１は、さらにインテリジェントにバランスがとられる。バランシングプロセスは、以下のとおりである。各バッテリモジュール１１のＵａがサンプリングモジュール３０を通じてサンプリングされ、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの平均電圧Ｕｍ及び平均出力電流Ｉｍが計算される。Ｕａ＝Ｕｍである場合、１つの平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの出力電流は、Ｉｍであり、Ｕａ＞Ｕｍである場合、対応する平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの出力電流は、Ｉｍ＋Ｋ＊｜Ｕａ−Ｕｍ｜であり、Ｕａ＜Ｕｍである場合、対応する平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの出力電流は、Ｉｍ−Ｋ＊｜Ｕａ−Ｕｍ｜であり、ここで、Ｋは、比例積分計算を通じて得られる。
【００４９】
図７は、本発明の実施形態による電気自動車の放電中の電力供給及びバランシングのフローチャートである。図７に示されるように、電気自動車の放電プロセスは、以下のステップを含み得る：
Ｓ１０１．自動車全体を放電する。
Ｓ１０２．低電圧バッテリの電圧及び充電状態等の情報を収集する。
Ｓ１０３．低電圧バッテリが電圧不足であるか否かを判断する。はいであれば、ステップ１０４を実行し、いいえであれば、ステップ１０５を実行する。
Ｓ１０４．平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを起動して低電圧バッテリを充電する。
Ｓ１０５．低電圧を自動車全体に印加する。
Ｓ１０６．電源バッテリの電圧及び充電状態等の情報を収集する。
Ｓ１０７．電源バッテリが電圧不足か否かを判断する。はいであれば、ステップ１０８を実行し、いいえであれば、ステップ１１０を実行する。
Ｓ１０８．放電を禁止し、且つ自動車全体からアラームを発する。
Ｓ１０９．充電プロセスを実行する。
Ｓ１１０．電源バッテリにより自動車全体に電力を供給し、同時に平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを通じて低電圧バッテリを充電する。
Ｓ１１１．利用可能な平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの数及び平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの総数を特定する。
Ｓ１１２．各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの出力電圧Ｕｂ及び出力電流Ｉｂを収集し、且つ低電圧電気装置への総供給電流Ｉｓｕｍを計算する。
Ｓ１１３．Ｕｂがプルダウンされるか否か、及びＩｓｕｍ＞Ｉｍａｘが成立するか否かを判断する。はいであれば、ステップＳ１１４を実行し、いいえであれば、ステップＳ１１７を実行する。
Ｓ１１４．第一のＤＣ／ＤＣ変換回路及び第二のＤＣ／ＤＣ変換回路を起動する。
Ｓ１１５．反転された出力が必要か否かを判断する。はいであれば、ステップＳ１１６を実行し、いいえであれば、ステップＳ１１４を実行する。
Ｓ１１６．双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路を起動して交流を出力させる。
Ｓ１１７．各バッテリモジュールの電圧Ｕａを収集し、且つ複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの平均電圧Ｕｍ及び平均電流Ｉｍを計算する。
Ｓ１１８．Ｕａ＝Ｕｍが成立するか否かを判断する。はいであれば、ステップＳ１１９を実行し、いいえであれば、ステップＳ１２０を実行する。
Ｓ１１９．対応する平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの出力電流は、Ｉｍである。
Ｓ１２０．Ｕａ＞Ｕｍが成立するか否かを判断する。はいであれば、ステップＳ１２１を実行し、いいえであれば、ステップＳ１２２を実行する。
Ｓ１２１．対応する複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの出力電流は、Ｉｍ＋Ｋ＊｜Ｕａ−Ｕｍ｜である。
Ｓ１２２．対応する複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの出力電流は、Ｉｍ−Ｋ＊｜Ｕａ−Ｕｍ｜である。
Ｓ１２３．出力電流に応じてＰＷＭを計算し、且つ対応する平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを動作するように制御する。
【００５０】
本発明の実施形態によれば、電気自動車の充電プロセスにおいて、制御モジュール４０は、低電圧バッテリ６０が電圧不足状態にあるか否かを低電圧バッテリの状態情報に応じてさらに判断し、低電圧バッテリ６０が電圧不足状態にある場合、制御モジュール４０は、電力グリッド／充電ボックス７０が双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１及び第二のＤＣ／ＤＣ変換回路２３を通じて低電圧バッテリ６０を充電するように双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１及び第二のＤＣ／ＤＣ変換回路２３を制御し、且つ低電圧バッテリ６０が電圧不足状態にない場合、制御モジュール４０は、電源バッテリ１０を電源バッテリ１０の状態情報に応じて充電する必要があるか否かをさらに判断し、電源バッテリ１０が充電される必要がある場合、電力グリッド／充電ボックス７０が双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１及び第一のＤＣ／ＤＣ変換回路２２を通じて電源バッテリ１０を充電するように双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１及び第一のＤＣ／ＤＣ変換回路２２を制御する。
【００５１】
さらに、制御モジュール４０は、各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの出力電圧及び出力電流をサンプリングすることにより、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの平均電圧及び平均電流を計算し、且つ平均電圧を各バッテリモジュール１１の電圧と比較するようにさらに構成される。何れかのバッテリモジュール１１の電圧が平均電圧より大きい場合、制御モジュール４０は、第一の電流で出力するように、そのバッテリモジュール１１に対応する平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡを制御し、第一の電流＝平均電流Ｉｍ＋Ｋ＊｜Ｕａ−Ｕｍ｜である。
【００５２】
本発明の実施形態によれば、制御モジュール４０は、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの放電電流を各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの出力電流に応じて計算し、低電圧電気装置５０への総供給電流を計算し、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの放電電流が総供給電流より大きい場合、動作を停止するように第二のＤＣ／ＤＣ変換回路２３を制御するようにさらに構成される。
【００５３】
具体的には、自動車全体が充電される際、低電圧バッテリ６０が電圧不足状態にあるか否かを判断する必要もある。それが電圧不足状態にある場合、自動車全体の低電圧システムが正常に動作しない。この場合、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１及び第二のＤＣ／ＤＣ変換回路２３を起動して、低電圧バッテリ６０への電力を補足する必要がある。低電圧バッテリ６０の電気量が特定の値に到達すると、自動車全体の低電圧システムが起動され、電源バッテリ１０を充電する必要があるか否かが判断される。それが必要であれば、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１及び第一のＤＣ／ＤＣ変換回路２２が起動され、電源バッテリ１０が充電される。
【００５４】
電源バッテリ１０の充電プロセスにおいて、複数のバッテリモジュール１１は、さらにインテリジェントにバランスがとられる。バランシングプロセスは、以下のとおりである。各バッテリモジュール１１の電圧Ｕａがサンプリングモジュール３０を通じてサンプリングされ、複数のＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの平均電圧Ｕｍ及び平均出力電流Ｉｍが計算される。Ｕａ≦Ｕｍであれば、バランスがとれており、Ｕａ＞Ｕｍであれば、対応する平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの出力電流は、Ｉｍ＋Ｋ＊｜Ｕａ−Ｕｍ｜である。加えて、制御モジュール４０は、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの放電電流が低電圧電気装置５０への総供給電流Ｉｓｕｍより大きいか否かをさらに判断し、はいであれば、第二のＤＣ／ＤＣ変換回路２３が動作を停止するように制御される。
【００５５】
図８は、本発明の実施形態による電気自動車の充電中の電力供給及びバランシングのフローチャートである。図８に示されるように、電気自動車の充電プロセスは、以下のステップを含み得る：
Ｓ２０１．自動車全体を充電する。
Ｓ２０２．低電圧バッテリの電圧及び充電状態等の情報を収集する。
Ｓ２０３．低電圧バッテリが電圧不足であるか否かを判断する。はいであれば、ステップ２０４を実行し、いいえであれば、ステップＳ２０５を実行する。
Ｓ２０４．第二のＤＣ／ＤＣ変換回路を起動して低電圧バッテリを充電する。
Ｓ２０５．自動車全体に低電圧を印加する。
Ｓ２０６．電源バッテリの電圧及び充電状態等の情報を収集する。
Ｓ２０７．電源バッテリが過電圧であるか否かを判断する。はいであれば、ステップ２０８を実行し、いいえであれば、ステップＳ２０９を実行する。
Ｓ２０８．充電を停止する。
Ｓ２０９．双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路及び第一のＤＣ／ＤＣ変換回路を起動する。
Ｓ２１０．各バッテリモジュールの電圧Ｕａを収集し、且つ複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの平均電圧Ｕｍを計算する。
Ｓ２１１．Ｕａ＝Ｕｍが成立するか否かを判断する。はいであれば、ステップ２１２を実行し、いいえであれば、ステップＳ２１３を実行する。
Ｓ２１２．処理を行わない。
Ｓ２１３．Ｕａ＞Ｕｍが成立するか否かを判断する。はいであれば、ステップ２１４を実行し、いいえであれば、ステップＳ２１２を再実行する。
Ｓ２１４．対応する平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの出力電流は、Ｉｍ＋Ｋ＊｜Ｕａ−Ｕｍ｜である。
Ｓ２１５．ＰＷＭを出力電流に応じて計算し、且つ対応する平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを動作するように制御する。
Ｓ２１６．利用可能な平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの数及び平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの総数を特定する。
Ｓ２１７．各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの出力電圧Ｕｂ及び出力電流Ｉｂを収集し、且つ低電圧電気装置への総供給電流Ｉｓｕｍを計算する。
Ｓ２１８．動作を停止するように第二のＤＣ／ＤＣ変換回路を制御する。
【００５６】
本発明の他の実施形態によれば、制御モジュール４０は、各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの出力電圧及び出力電流をサンプリングすることにより、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの平均電圧及び平均電流を計算し、且つ平均電圧を各バッテリモジュール１１の電圧と比較するようにさらに構成される。何れかのバッテリモジュール１１の電圧が平均電圧より小さい場合、制御モジュール４０は、第一の電流に応じてバッテリモジュール１１を逆充電するように、そのバッテリモジュール１１に対応する平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを制御し、第一の電流＝平均電流Ｉｍ＋Ｋ＊｜Ｕａ−Ｕｍ｜である。
【００５７】
すなわち、電源バッテリ１０の充電プロセスでも逆充電方法を採用して、バランシングの実現及び充電効率の加速を同時になし得る。具体的なバランシングプロセスは、以下のとおりである：各バッテリモジュール１１の電圧Ｕａがサンプリングモジュール３０を通じてサンプリングされ、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの平均電圧Ｕｍ及び平均出力電流Ｉｍが計算される。Ｕａ≧Ｕｍであれば、バランスがとれており、Ｕａ＜Ｕｍであれば、バッテリモジュール１１は、逆充電され、充電電流は、Ｉｍ＋Ｋ＊｜Ｕａ−Ｕｍ｜である。
【００５８】
したがって、本発明のこの実施形態により提供される電気自動車のエネルギー管理システムは、自動車全体の充電及び放電プロセスにおいて平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの出力電流を調整することにより、電源バッテリのダイナミックな能動的バランシングを実現でき、バランシング能力が改善され、バランシング電流が調整可能であり、各バッテリモジュールは、１つの平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールに対応するため、バランスをとる必要のあるすべてのバッテリモジュールのバランスを同時にとることができ、それによって動作効率が向上する。
【００５９】
要約すれば、本発明のこの実施形態による電気自動車のエネルギー管理システムにおいて、電源バッテリは、複数のバッテリモジュールを含み、平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの第一の端は、バッテリモジュールに対応して接続され、及び平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの第二の端は、並列に低電圧直流バスに接続されて、それぞれ低電圧直流バスを通じて電気自動車の低電圧電気装置に電力を供給し、且つ低電圧バッテリを充電する。双方向カーチャージャの交流端は、電力グリッド／充電ボックスに接続するように構成され、第一の直流端は、低電圧直流バスに接続され、第二の直流端は、高電圧直流バスに接続され、及び高電圧直流バスは、電源バッテリに接続される。制御モジュールは、複数のバッテリモジュールに対してバランシング管理を実行し、低電圧電気装置に電力を供給し、且つ低電圧バッテリを充電するように、サンプリングモジュールにより収集された情報に応じて各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを別々に制御し、及び低電圧電気装置に電力を供給し、且つ低電圧バッテリを充電するように双方向カーチャージャを制御し、このようにして自動車全体の低電圧電気装置への電力供給機能、電源バッテリ管理機能、及び電源バッテリ充電機能が実現され、回路の多重化がエネルギーの双方向循環を実現し、それによってシステムの主要機能の冗長設計が実現され、自動車全体の安全性及びシステムの信頼性が向上する。
【００６０】
図９は、本発明の実施形態による電気自動車のエネルギー管理システムのための制御方法のフローチャートである。
【００６１】
本開示において、電気自動車のエネルギー管理システムのための制御方法のこの実施形態で開示されていない詳細については、本開示における電気自動車のエネルギー管理システムの実施形態を参照し得る点に留意すべきである。
【００６２】
本発明の実施形態において、電気自動車のエネルギー管理システムは、電源バッテリと、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールと、双方向カーチャージャとを含む。電源バッテリは、複数のバッテリモジュールを含み、平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの第一の端は、バッテリモジュールに対応して接続され、平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの第二の端は、並列に低電圧直流バスに接続されて、それぞれ低電圧直流バスを通じて電気自動車の低電圧電気装置に電力を供給し、且つ低電圧バッテリを充電し、双方向カーチャージャの交流端は、電力グリッド／充電バスに接続するように構成され、双方向カーチャージャの第一の直流端は、低電圧直流バスに接続され、双方向カーチャージャの第二の直流端は、高電圧直流バスに接続され、及び高電圧直流バスは、電源バッテリに接続される。
【００６３】
図９に示されているように、電気自動車のエネルギー管理システムのための制御方法は、以下のステップを含む：
Ｓ１．各バッテリモジュールの状態情報、低電圧バッテリの状態情報、及び電源バッテリの状態情報をサンプリングし、且つ低電圧電気装置の負荷情報をサンプリングする。
Ｓ２．複数のバッテリモジュールに対してバランシング管理を実行し、低電圧電気装置に電力を供給し、且つ低電圧バッテリを充電するように、各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを各バッテリモジュールの状態情報、低電圧バッテリの状態情報、電源バッテリの状態情報、及び低電圧電気装置の負荷情報に応じて制御し、及び低電圧電気装置に電力を供給し、且つ低電圧バッテリを充電するように双方向カーチャージャを制御する。
【００６４】
本発明のこの実施形態による電気自動車のエネルギー管理システムのための制御方法は、高電圧ＤＣ／ＤＣ変換器が自動車全体の低電圧電気コンポーネント及び電気装置に電力を供給する機能を実現できるだけでなく、電源バッテリのエネルギー管理の機能を実現できる。同時に、それはまた、双方向カーチャージャを通じて低電圧電気装置に電力を供給し、低電圧バッテリを充電することもでき、それにより、電気自動車は、もはや低電圧電子コンポーネント及び電気装置に電力を供給するように構成された独立した高電圧ＤＣ−ＤＣ変換器を必要とせず、特別なバランシング回路を備えるＢＭＳが不要となり、低電圧電力供給機能の冗長設計が実現される。加えて、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールへの並列の電力供給により、少数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールが損傷を受けても、これは、低電圧電気装置への電力供給に影響を与えず、このようにして自動車全体の低電圧電力消費の信頼性が向上する。加えて、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを小型化し、別々に据え付けることができ、このようにして発熱密度が減少し、放熱の解決策を単純化しやすくなり、拡張及び互換性が促進される。
【００６５】
本発明の実施形態によれば、双方向カーチャージャは、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路と、第一のＤＣ／ＤＣ変換回路と、第二のＤＣ／ＤＣ変換回路とを含み、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路の交流端は、双方向カーチャージャの交流端であり、第一のＤＣ／ＤＣ変換回路の第一の直流端は、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路の直流端に接続され、第一のＤＣ／ＤＣ変換回路の第二の直流端は、双方向カーチャージャの第二の直流端であり、第二のＤＣ／ＤＣ変換回路の第一の直流端は、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路の直流端と第一のＤＣ／ＤＣ変換回路の第一の直流端とに別々に接続され、及び第二のＤＣ／ＤＣ変換回路の第二の直流端は、双方向カーチャージャの第一の直流端である。
【００６６】
ここで、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路、第一のＤＣ／ＤＣ変換回路、及び第二のＤＣ／ＤＣ変換回路は、電源バッテリ充電機能、低電圧バッテリ充電機能、電源バッテリ−交流反転機能、低電圧バッテリ−交流反転機能、及び電源バッテリ出力低電圧負荷機能の何れか１つを実現するように制御される。
【００６７】
さらに、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路、第一のＤＣ／ＤＣ変換回路、及び第二のＤＣ／ＤＣ変換回路は、電源バッテリ充電機能及び低電圧バッテリ充電機能、又は電源バッテリ−交流反転機能及び電源バッテリ出力低電圧負荷機能、又は電源バッテリ−交流反転機能及び低電圧バッテリ−交流反転機能を実現するように制御される。
【００６８】
本発明のこの実施形態による電気自動車のエネルギー管理システムのための制御方法は、多機能双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路、第一のＤＣ／ＤＣ変換回路、及び第二のＤＣ／ＤＣ変換回路の制御を通じて双方向カーチャージャの機能の多様化を実現し、駐車及び充電中に動作するだけでなく、自動車全体の走行中にも動作でき、そのようにして双方向カーチャージャの利用率が有効に向上し、アイドリングによる費用の浪費が回避される。
【００６９】
本発明の実施形態によれば、電気自動車の充電プロセスにおいて、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路、第二のＤＣ／ＤＣ変換回路、及び各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールは、各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールが対応するバッテリモジュールを充電し、複数のバッテリモジュールに対するバランシング管理を実行するようにさらに制御され、同時に、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路及び第一のＤＣ／ＤＣ変換回路は、電源バッテリを充電するように制御される。
【００７０】
さらに、電気自動車の逆放電プロセスにおいて、第一のＤＣ／ＤＣ変換回路及び双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路は、電源バッテリ−交流反転機能を実現するようにさらに制御され、且つ／又は複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュール、第二のＤＣ／ＤＣ変換回路、及び双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路は、電源バッテリ−交流反転可能を実現するように制御され、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュール、第二のＤＣ／ＤＣ変換回路、及び双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路は、電源バッテリ−交流反転機能を実現するように制御され、複数のバッテリモジュールに対するバランシング管理がさらに実現される。
【００７１】
したがって、本発明のこの実施形態による電気自動車のエネルギー管理システムのための制御方法により、エネルギー管理システムは、インテリジェントなバランシング及び双方向反転の機能を同時に有することかでき、電源バッテリ内の１つのバッテリモジュールの充電を実現でき、また電源バッテリ全体の充電もできる。１つのバッテリモジュールが損傷を受けても、これは、全体的な機能に影響を与えず、したがって主要機能の冗長設計が実現され、自動車全体の信頼性が向上し、充電電力を２倍にすることができる。
【００７２】
本発明の実施形態によれば、電気自動車の放電プロセスにおいて、低電圧バッテリが電圧不足状態にあるか否かが低電圧バッテリの状態情報に応じてさらに判断され、低電圧バッテリが電圧不足状態にある場合、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールは、低電圧バッテリを充電するように制御され、低電圧バッテリが電圧不足状態にない場合、電源バッテリが電圧不足状態にあるか否かが電源バッテリの状態情報に応じてさらに判断され、及び電源バッテリが電圧不足状態にある場合、電源バッテリは、放電しないようにされる。
【００７３】
さらに、電源バッテリが電圧不足状態にない場合、電源バッテリは、電気自動車に電力を供給するように制御され、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールは、低電圧電気装置に電力を供給するように制御され、各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの出力電圧及び出力電流は、サンプリングされ、及び低電圧電気装置への総供給電流は、計算される。
【００７４】
本発明の実施形態によれば、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの最大許容供給電流は、各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの出力電流に応じてさらに計算され、各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールへの総供給電流が最大許容供給電流を超えるか否かが判断され、各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの出力電圧がプルダウンされ、且つ低電圧電気装置への総供給電流が最大許容供給電流を超える場合、第一のＤＣ／ＤＣ変換回路及び第二のＤＣ／ＤＣ変換回路は、電源バッテリが低電圧電気装置に同時に電力を供給するように制御され、且つ交流放電要求命令が受信されると、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路は、電源バッテリが同時に第一のＤＣ／ＤＣ変換回路及び双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路を通じて交流放電を実行するように動作するように制御される。
【００７５】
さらに、本発明の実施形態によれば、電気自動車のエネルギー管理システムのための制御方法は、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの平均電圧及び平均電流を計算し、且つ平均電圧を各バッテリモジュールの電圧と比較するステップと、平均電圧が何れかのバッテリモジュールの電圧と等しい場合、平均電流で出力するように、そのバッテリモジュールに対応する平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを制御するステップと、何れかのバッテリモジュールの電圧が平均電圧より大きい場合、第一の電流で出力するように、そのバッテリモジュールに対応する平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを制御するステップであって、第一の電流＝平均電流Ｉｍ＋Ｋ＊｜Ｕａ−Ｕｍ｜であり、Ｕａは、バッテリモジュールの電圧、Ｕｍは、平均電圧、且つＫは、調整係数である、ステップと、何れかのバッテリモジュール電圧が平均電圧より小さい場合、第二の電流で出力するように、そのバッテリモジュールに対応する平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを制御するステップであって、第二の電流＝平均電流Ｉｍ−Ｋ＊｜Ｕａ−Ｕｍ｜である、ステップとを含む。
【００７６】
本発明の実施形態によれば、電気自動車の充電プロセスにおいて、低電圧バッテリが電圧不足状態にあるか否かが低電圧バッテリの状態情報に応じてさらに判断され、低電圧バッテリが電圧不足状態にある場合、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路及び第二のＤＣ／ＤＣ変換回路は、電力グリッド／充電ボックスが双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路及び第二のＤＣ／ＤＣ変換回路を通じて低電圧バッテリを充電するように制御され、低電圧バッテリが電圧不足状態にない場合、電源バッテリが充電される必要があるか否かが電源バッテリの状態情報に応じてさらに判断され、及び電源バッテリが充電される必要がある場合、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路及び第一のＤＣ／ＤＣ変換回路は、電力グリッド／充電ボックスが双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路及び第一のＤＣ／ＤＣ変換回路を通じて電源バッテリを充電するように制御される。
【００７７】
さらに、電気自動車のエネルギー管理システムのための制御方法は、各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの出力電圧及び出力電流をサンプリングすることより、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの平均電圧及び平均電流を計算し、且つ平均電圧を各バッテリモジュールの電圧と比較するステップと、何れかのバッテリモジュールの電圧が平均電圧より大きい場合、第一の電流で出力するように、そのバッテリモジュールに対応する平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを制御するステップであって、第一の電流＝平均電流Ｉｍ＋Ｋ＊｜Ｕａ−Ｕｍ｜である、ステップとをさらに含む。
【００７８】
本発明の実施形態によれば、電気自動車のエネルギー管理システムのための制御方法は、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの放電電流を各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの出力電流に応じて計算し、低電圧電気装置への総供給電流を計算し、且つ複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの放電電流が総供給電流より大きい場合、動作を停止するように第二のＤＣ／ＤＣ変換回路を制御するステップとをさらに含む。
【００７９】
本発明の他の実施形態によれば、電気自動車のエネルギー管理システムのための制御方法は、各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの出力電圧及び出力電流をサンプリングすることにより、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの平均電圧及び平均電流を計算し、且つ平均電圧を各バッテリモジュールの電圧と比較するステップと、何れかのバッテリモジュールの電圧が平均電圧より小さい場合、第一の電流でバッテリモジュールを逆充電するように、そのバッテリモジュールに対応する平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールを制御するステップであって、第一の電流＝平均電流Ｉｍ＋Ｋ＊｜Ｕａ−Ｕｍ｜である、ステップとをさらに含む。
【００８０】
したがって、本発明のこの実施形態による電気自動車のエネルギー管理システムのための制御方法は、自動車全体の充電及び放電プロセスにおいて平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールの出力電流を調整することにより、電源バッテリのダイナミックな能動バランシングを実現でき、バランシング能力が改善され、バランシング電流が調整可能となり、各バッテリモジュールが１つの平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールに対応するため、バランスをとることが必要なすべてのバッテリモジュールのバランスを同時にとることができ、それによって動作効率が向上する。
【００８１】
要約すれば、本発明のこの実施形態による電気自動車のエネルギー管理システムのための制御方法において、各バッテリモジュールの状態情報、低電圧バッテリの状態情報、電源バッテリの状態情報、及び低電圧電気装置の負荷情報は、サンプリングされ、各平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールは、複数のバッテリモジュールに対してバランシング管理を実行し、低電圧電気装置に電力を供給し、且つ低電圧バッテリを充電するように、各バッテリモジュールの状態情報、低電圧バッテリの状態情報、電源バッテリの状態情報、及び低電圧電気装置の負荷情報に応じて別々に制御され、及び双方向カーチャージャは、低電圧装置に電力を供給し、且つ低電圧バッテリを充電するように制御され、このようにして自動車全体の低電圧電気装置への電力供給機能、電源バッテリ管理機能、及び電源バッテリ充電機能が実現され、回路の多重化により、エネルギーの双方向循環が実現され、それによってシステムの主要機能の冗長設計が実現され、自動車全体の安全性及びシステムの信頼性が向上する。
【００８２】
図１０は、本発明の実施形態による電気自動車のエネルギー管理システムである。図１０に示されるように、電気自動車１００は、図１〜６において説明された電気自動車のエネルギー管理システム１１０を含み、これについてここで説明されない。
【００８３】
本発明のこの実施形態により提供される電気自動車は、電気自動車のエネルギー管理システムを採用することにより、自動車全体の低電圧電気装置への電力供給機能、電源バッテリ管理機能、及び電源バッテリ充電機能が実現され、回路の多重化により、エネルギーの双方向循環が実現され、それによってシステムの主要機能の冗長設計が実現され、自動車全体の安全性及びシステムの信頼性が向上する。
【００８４】
加えて、「第一の」及び「第二の」等の用語は、説明の目的で使用されているにすぎず、相対的な重要性を示すか若しくは黙示するか、又は明示された技術的特徴の数を黙示的に特定すると理解すべきではない。したがって、「第一の」又は「第二の」により限定される特徴は、そのような特徴の少なくとも１つを明示的に示すか又は黙示的に含み得る。本発明の説明において、特に別段の明記がない限り、「複数の」は、２つ又は３つ以上を意味する。
【００８５】
本発明において、特に別段の明確な明示又は定義がない限り、「取り付ける」、「接続する」、「接続」、及び「固定」等の用語は、広く理解されるべきであり、これは、例えば、固定された接続であり得、又は取り外し可能な接続であり得、又は一体的な接続であり得、又は機械的接続であり得、又は電気接続であり得、又は相互通信であり得、又は直接接続であり得、又は媒介を使用した間接的接続であり得、又は２つのコンポーネント間の内部通信であり得、又は２つのコンポーネント間の対話的関係であり得る。当業者であれば、本発明の前述の用語の具体的な意味を特定の状況に応じて理解できる。
【００８６】
本説明の記述において、「ある実施形態」、「幾つかの実施形態」、「例」、「具体例」、又は「幾つかの例」という用語は、その実施形態又は例に関連して説明されている具体的特徴、構造、材料、又は特徴が本発明の少なくとも１つの実施形態又は例に含まれることを意味する。本説明において、上述の用語の例示的な表現は、同じ実施形態又は例に向けられている必要はない。加えて、説明されている具体的特徴、構造、材料、又は特徴は、何れか１つ又は複数の実施形態又は例において適切な方法で組み合わされ得る。さらに、相互に矛盾しない限り、当業者は、本説明で記載されている異なる実施形態又は例を異なる実施形態又は例の特徴と組み合わせ得る。
【００８７】
本発明の実施形態を図示し、上述したが、上記の実施形態は、例示的であり、本発明を限定するとは解釈されないものとし、当業者は、本発明の範囲内で上記の実施形態を変更するか、改良するか、置換するか、又は変化させることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年4月8日(2019.4.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
すなわち、低電圧バッテリ６０充電機能及び交流反転機能は、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１及び第二のＤＣ／ＤＣ変換回路２３を通じて実現でき、電源バッテリ１０充電機能及び交流反転機能は、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１及び第一のＤＣ／ＤＣ変換回路２２を通じて実現でき、電源バッテリ１０出力低電圧負荷機能は、第一のＤＣ／ＤＣ変換回路２２及び第二のＤＣ／ＤＣ変換回路２３を通じて実現できる。さらに、双方向ＡＣ／ＤＣ変換回路２１、第一のＤＣ／ＤＣ変換回路２２、及び第二のＤＣ／ＤＣ変換回路２３を制御することにより、電源バッテリ１０と低電圧バッテリ６０とは、同時に充電でき、又は電源バッテリ１０の高電圧と低電圧バッテリ６０の低電圧とは、交流に変換できるか、又は電源バッテリ１０の高電圧を交流に変換でき、第二のＤＣ／ＤＣ変換回路２３は、低電圧電気装置５０に電力を供給するか又は低電圧バッテリ６０を充電するための低電圧を出力する。双方向カーチャージャ２０の回路の詳細は、図４を参照されたく、ここで詳細に説明されない。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
すなわち、電力が複数のＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡにより低電圧電気装置５０に供給される場合、複数のバッテリモジュール１１は、さらにインテリジェントにバランスがとられる。バランシングプロセスは、以下のとおりである。各バッテリモジュール１１のＵａがサンプリングモジュール３０を通じてサンプリングされ、複数の平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの平均電圧Ｕｍ及び平均出力電流Ｉｍが計算される。Ｕａ＝Ｕｍである場合、１つの平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの出力電流は、Ｉｍであり、Ｕａ＞Ｕｍである場合、対応する平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの出力電流は、Ｉｍ＋Ｋ＊｜Ｕａ−Ｕｍ｜であり、Ｕａ＜Ｕｍである場合、対応する平衡ＤＣ−ＤＣ変換器モジュールＢＤＣＡの出力電流は、Ｉｍ−Ｋ＊｜Ｕａ−Ｕｍ｜であり、ここで、Ｋは、比例積分計算を通じて得られる。
【国際調査報告】
2019525711.tif 000013
2019525711.tif 000014
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