一種包含儲能裝置的車輛的制作方法

本發明涉及一種包含儲能裝置的車輛，具體涉及車內電池控制及保護。

背景技術：

新能源電動汽車越來越成為汽車市場主流，然而，電動汽車通常利用高能量密度電池進行驅動，然而，當發生碰撞或當經受過多熱或者機械應力時，高能量密度電池在稱為熱失控的危險放熱反應中可能無法控制地釋放其能量并且爆炸或者著火，車內電池之間通常距離較近，因此，一塊損壞電池所生成的熱能量會傳遞至其他電池，導致這些鄰近電池經歷相同的放熱反應，從而使連鎖危險反應蔓延。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術的不足，發明一種包含儲能裝置的車輛，可以實現在檢測到事故時，迅速減少電池內的能量，使用快速冷卻系統減少電池組內的能量，可以快速進行電池內的能量轉移至單一的大容量儲能裝置，并對該儲能裝置進行冷卻，以防止某塊損壞電池生成的熱量會傳遞至其他電池，導致這些鄰近電池經歷相同的放熱反應，從而使連鎖危險反應蔓延。

一種包含儲能裝置的車輛，它包括：多個儲能裝置、電機、車內電子設備、多個變換器、開關和控制器，其特征在于：多個儲能裝置通過多個變換器為電機和車內電子設備供電，控制器響應檢測到的故障條件而使多個儲能裝置放電或進行能量轉移。

包含儲能裝置的車輛還包括碰撞檢測傳感器，碰撞檢測傳感器用于檢測車輛是否將要發生碰撞或已經發生碰撞，并將檢測結果作為故障條件發送至控制器。

包含儲能裝置的車輛還包括多個電阻和多個開關，控制器響應檢測到的故障條件而使開關閉合，通過包含儲能裝置、開關和電阻的放電回路對儲能裝置放電。

包含儲能裝置的車輛還包括大容量儲能裝置，控制器響應檢測到的故障條件而使包含開關、變換器、儲能裝置和大容量儲能裝置的能量轉移回路導通，將儲能裝置的能量轉移至大容量儲能裝置中。

發生故障后用戶結合自身情況向控制器輸入用戶指令，所述用戶指令分兩種：一種是快速放電指令，另一種是快速進行能量轉移指令，當指令為快速放電指令時，控制器響應檢測到的故障條件而使開關閉合，通過包含儲能裝置、開關和電阻的放電回路對儲能裝置放電，并將每個儲能裝置的荷電狀態降低至第一閾值以下，當指令為快速進行能量轉移指令時，控制器將放電回路斷開，使包含開關、變換器、儲能裝置和大容量儲能裝置的回路導通，將儲能裝置的能量轉移至大容量儲能裝置中，并將每個儲能裝置的荷電狀態降低至第二閾值以下。

包含儲能裝置的車輛還包括冷卻系統，冷卻系統用于對車內熱源進行冷卻，當車輛未發生故障時，熱源熱源為多個儲能裝置和多個變換器，當車輛發生故障且放電回路導通時，熱源為放電回路中的電阻和儲能裝置，當車輛發生故障且能量轉移回路導通時，熱源為能量轉移回路中的儲能裝置、大容量儲能裝置和變換器。

冷卻系統包括兩個散熱回路，當第一散熱回路不足以使得熱源和熱源所處環境的溫度降低到安全閾值以下時，啟動第二散熱回路，由第一散熱回路和第二散熱回路同時進行冷卻，如果第一散熱回路和第二散熱回路仍不足以使得熱源和熱源所處環境的溫度降低到安全閾值以下且放電回路導通時，斷開部分放電回路，如果第一散熱回路和第二散熱回路仍不足以使得熱源和熱源所處環境的溫度降低到安全閾值以下且能量轉移回路導通時，控制器降低變換器的輸出功率以降低熱源的發熱量。

當控制器響應檢測到的故障條件時，通過開關將儲能裝置由串聯連接狀態轉換為并聯連接狀態，故障之后，通過開關控制將多個放電后導致剩余電量較小的多個電池并聯起來，對車內電子設備供電，實現在電池爆炸風險較低的情況下，提供應急備用電源，或通過單個大容量儲能裝置內的能量，提供應急備用電源。

多個儲能裝置分別是儲能裝置100、儲能裝置101和儲能裝置102，多個直流-直流變換器分別是直流直流變換器104和直流直流變換器105、多個開關分別是開關111、開關112、開關113、開關114、開關115、開關116、開關117、開關118、開關119、開關120、開關121、開關124和開關125；儲能裝置100與開關114相連，開關114另一端與開關111相連，開關111另一端與電阻108相連，電阻108另一端與開關114相連；儲能裝置101與開關115相連，開關115另一端與開關112相連，開關112另一端與電阻109相連，電阻109另一端與開關115相連；儲能裝置102與開關116相連，開關116另一端與開關113相連，開關113另一端與電阻110相連，電阻110另一端與開關116相連；開關124一端分別連接開關111和開關120，另一端連接直流母線122，開關125一端分別連接電阻110和開關120，另一端連接直流母線123，開關120與直流直流變換器104相連，直流直流變換器104與電機106相連，開關121一端連接直流母線122，另一端連接直流母線123，開關121另一端連接直流直流變換器105，直流直流變換器105另一端連接大容量儲能裝置103，控制器107分別連接開關111、開關112、開關113、開關114、開關115、開關116、開關117、開關118、開關119、開關120、開關121、開關124、開關125、直流直流變換器104和直流直流變換器105，車內電子設備126分別與直流直流變換器104和電機106相連，當碰撞檢測傳感器未檢測到碰撞事故發生時，控制器107控制開關114、開關115、開關116和開關120閉合，其它開關斷開，儲能裝置100、儲能裝置101和儲能裝置102串聯后經直流直流變換器104為車內用電負載供電，當碰撞檢測傳感器檢測到碰撞事故發生且指令為快速放電指令時，控制器107控制開關114、開關115、開關116、開關111、開關112和開關113閉合，其它開關斷開，儲能裝置100通過電阻108放電，儲能裝置101通過電阻109放電，儲能裝置102通過電阻110放電，當碰撞檢測傳感器檢測到碰撞事故發生且指令為快速進行能量轉移指令時，控制器107控制開關117、開關118、開關119和開關121閉合，其它開關斷開，儲能裝置100、儲能裝置101和儲能裝置102并聯后通過直流母線和直流直流變換器105對大容量儲能裝置進行充電。

冷卻系統包括冷卻器、多個閥門、冷卻液泵、冷卻系統控制器、多個溫度傳感器、壓縮機和冷凝器，熱源200通過熱管與冷卻器201相連，冷卻器201通過熱管與閥門202相連，閥門202通過熱管與冷卻液泵203相連，冷卻液泵203通過熱管與熱源相連，冷卻器201通過熱管與壓縮機206相連，壓縮機206通過熱管與冷卻器207相連，冷卻器207通過熱管與閥門208相連，閥門208通過熱管與冷卻器201相連，溫度傳感器209用于檢測熱源200的溫度，溫度傳感器210用于檢測環境溫度，環境溫度為熱源所處環境溫度或所述存儲倉的溫度，溫度傳感器204用于檢測冷卻液溫度，當碰撞檢測傳感器未檢測到碰撞事故發生時，儲能裝置100、儲能裝置101和儲能裝置102為熱源，當碰撞檢測傳感器檢測到碰撞事故發生且指令為快速放電指令時，儲能裝置100、儲能裝置101、儲能裝置102、電阻108、電阻109和電阻110為熱源，當碰撞檢測傳感器檢測到碰撞事故發生且指令為快速進行能量轉移指令時，儲能裝置100、儲能裝置101、儲能裝置102、直流直流變換器105和大容量儲能裝置103為熱源，冷卻系統按照如下方式調節熱源和熱源所處環境的溫度，步驟301）通過溫度傳感器檢測熱源本體的溫度，并將檢測溫度值發送至冷卻系統控制器；步驟302）冷卻系統控制器判斷熱源本體的溫度是否高于安全溫度；當熱源本體的溫度高于安全溫度則進入步驟303，步驟303）冷卻系統控制器調節第一散熱回路閥門直至熱源本體溫度處于安全溫度范圍內；當熱源本體的溫度低于安全溫度則進入步驟304，步驟304）通過溫度傳感器檢測熱源所處環境的溫度，并將檢測溫度值發送至冷卻控制器；步驟305）冷卻系統控制器判斷熱源本體所處環境的溫度是否高于安全溫度；當熱源本體所處環境的溫度低于安全溫度則進入步驟308；當熱源本體所處環境的溫度高于安全溫度則進入步驟306；步驟306）冷卻系統控制器增加冷卻液泵功率并判斷熱源本體所處環境的溫度是否高于安全溫度；當熱源本體所處環境的溫度低于安全溫度則進入步驟308；當熱源本體所處環境的溫度高于安全溫度則進入步驟307；步驟307）判斷冷卻液泵功率是否已達到最大值；當冷卻液泵功率未達到最大值則返回步驟306，當冷卻液泵功率達到最大值則進入步驟309；步驟309）啟動第二散熱回路并檢測熱源本體所處環境的溫度；步驟310）冷卻系統控制器調節第二散熱回路閥門并判斷熱源本體所處環境的溫度是否高于安全溫度，若否則進入步驟308，若是則進入步驟311；步驟311）冷卻系統控制器增加壓縮機功率并判斷熱源本體所處環境的溫度是否高于安全溫度；若否則進入步驟308，若是則進入步驟312；步驟312）壓縮機功率是否已達到最大值；若否則返回步驟311，若是則進入步驟313；步驟313）放電回路導通時斷開部分放電回路，能量轉移回路導通時，控制器降低變換器的輸出功率直至熱源本體及其所處環境溫度低于安全溫度。

實施本發明的電動汽車電池保護系統，具有以下有益效果，發生事故時，通過放電電阻快速降低所有電池內的能量，降低高能量電池發生爆炸的可能性；

通過電量轉移，減小損壞時單塊電池進入熱失控狀態的機會，降低熱失控狀態將蔓延至組內鄰近電池的可能性；在汽車正常狀態下，通過電池冷卻系統為電池降溫，可以使得電池工作在最佳工作狀態，并提升電池的使用壽命，降低電池熱失控發生的可能性；通過電池串聯放電，并聯進行放電或電荷轉移，以提升電池的使用效率，并提升放電和能量轉移效率；可以在故障情況下或事故后，通過開關控制將多個放電后導致剩余電量較小的多個電池并聯起來，對車內電子設備供電，實現在電池爆炸風險較低的情況下，提供應急備用電源；可以在故障條件下或故障后，利用單個大容量儲能裝置內的能量，提供應急備用電源；通過兩路散熱回路的設置增大了散熱能力，并可以根據實際需要調節散熱功率，節約了能量同時在故障條件下又可以滿足大容量散熱設備，例如放電電阻和充放電儲能裝置，快速散熱的需求；通過制冷系統和電路控制的聯合控制，使得即便在制冷系統不能滿足降溫需求時，也可以通過調整電路的方式調節熱源釋放的能量，由此保持車內儲能裝置及其所處環境的溫度在安全范圍內，進一步降低發生電池熱失控故障的可能性。

附圖說明

圖1為車內電池系統原理圖。

圖2為車內電池冷卻系統原理圖。

圖3a為第一散熱回路控制流程圖。

圖3b為第二散熱回路控制流程圖。

圖4能量轉移回路中的直流直流變換器實現溫度控制功率的電路圖。

具體實施方式

圖1為為車內電池系統原理圖：圖1中多個儲能裝置分別是儲能裝置100、儲能裝置101和儲能裝置102，多個直流-直流變換器分別是直流直流變換器104和直流直流變換器105、多個開關分別是開關111、開關112、開關113、開關114、開關115、開關116、開關117、開關118、開關119、開關120、開關121、開關124和開關125；儲能裝置100與開關114相連，開關114另一端與開關111相連，開關111另一端與電阻108相連，電阻108另一端與開關114相連；儲能裝置101與開關115相連，開關115另一端與開關112相連，開關112另一端與電阻109相連，電阻109另一端與開關115相連；儲能裝置102與開關116相連，開關116另一端與開關113相連，開關113另一端與電阻110相連，電阻110另一端與開關116相連；開關124一端分別連接開關111和開關120，另一端連接直流母線122，開關125一端分別連接電阻110和開關120，另一端連接直流母線123，開關120與直流直流變換器104相連，直流直流變換器104與電機106相連，開關121一端連接直流母線122，另一端連接直流母線123，開關121另一端連接直流直流變換器105，直流直流變換器105另一端連接大容量儲能裝置103，控制器107分別連接開關111、開關112、開關113、開關114、開關115、開關116、開關117、開關118、開關119、開關120、開關121、開關124、開關125、直流直流變換器104和直流直流變換器105，車內電子設備126分別與直流直流變換器104和電機106相連，當碰撞檢測傳感器未檢測到碰撞事故發生時，控制器107控制開關114、開關115、開關116和開關120閉合，其它開關斷開，儲能裝置100、儲能裝置101和儲能裝置102串聯后經直流直流變換器104為車內用電負載供電，當碰撞檢測傳感器檢測到碰撞事故發生且指令為快速放電指令時，控制器107控制開關114、開關115、開關116、開關111、開關112和開關113閉合，其它開關斷開，儲能裝置100通過電阻108放電，儲能裝置101通過電阻109放電，儲能裝置102通過電阻110放電，當碰撞檢測傳感器檢測到碰撞事故發生且指令為快速進行能量轉移指令時，控制器107控制開關117、開關118、開關119和開關121閉合，其它開關斷開，儲能裝置100、儲能裝置101和儲能裝置102并聯后通過直流母線和直流直流變換器105對大容量儲能裝置進行充電。

圖2為車內電池冷卻系統原理圖，圖2中冷卻系統包括：冷卻系統包括冷卻器、多個閥門、冷卻液泵、冷卻系統控制器、多個溫度傳感器、壓縮機和冷凝器。熱源200通過熱管與冷卻器201相連，冷卻器201通過熱管與閥門202相連，閥門202通過熱管與冷卻液泵203相連，冷卻液泵203通過熱管與熱源相連，冷卻器201通過熱管與壓縮機206相連，壓縮機206通過熱管與冷卻器207相連，冷卻器207通過熱管與閥門208相連，閥門208通過熱管與冷卻器201相連，溫度傳感器209用于檢測熱源200的溫度，溫度傳感器210用于檢測環境溫度，環境溫度為熱源所處環境溫度或所述存儲倉的溫度，溫度傳感器204用于檢測冷卻液溫度，當碰撞檢測傳感器未檢測到碰撞事故發生時，儲能裝置100、儲能裝置101和儲能裝置102為熱源，當碰撞檢測傳感器檢測到碰撞事故發生且指令為快速放電指令時，儲能裝置100、儲能裝置101、儲能裝置102、電阻108、電阻109和電阻110為熱源，當碰撞檢測傳感器檢測到碰撞事故發生且指令為快速進行能量轉移指令時，儲能裝置100、儲能裝置101、儲能裝置102和大容量儲能裝置103為熱源。

圖3a為第一散熱回路控制流程圖，圖3b為第二散熱回路控制流程圖，冷卻系統按照如下方式調節熱源和熱源所處環境的溫度，步驟301）通過溫度傳感器檢測熱源本體的溫度，并將檢測溫度值發送至冷卻系統控制器；步驟302）冷卻系統控制器判斷熱源本體的溫度是否高于安全溫度；當熱源本體的溫度高于安全溫度則進入步驟303，步驟303）冷卻系統控制器調節第一散熱回路閥門直至熱源本體溫度處于安全溫度范圍內；當熱源本體的溫度低于安全溫度則進入步驟304，步驟304）通過溫度傳感器檢測熱源所處環境的溫度，并將檢測溫度值發送至冷卻控制器；步驟305）冷卻系統控制器判斷熱源本體所處環境的溫度是否高于安全溫度；當熱源本體所處環境的溫度低于安全溫度則進入步驟308；當熱源本體所處環境的溫度高于安全溫度則進入步驟306；步驟306）冷卻系統控制器增加冷卻液泵功率并判斷熱源本體所處環境的溫度是否高于安全溫度；當熱源本體所處環境的溫度低于安全溫度則進入步驟308；當熱源本體所處環境的溫度高于安全溫度則進入步驟307；步驟307）判斷冷卻液泵功率是否已達到最大值；當冷卻液泵功率未達到最大值則返回步驟306，當冷卻液泵功率達到最大值則進入步驟309；步驟309）啟動第二散熱回路并檢測熱源本體所處環境的溫度；步驟310）冷卻系統控制器調節第二散熱回路閥門并判斷熱源本體所處環境的溫度是否高于安全溫度，若否則進入步驟308，若是則進入步驟311；步驟311）冷卻系統控制器增加壓縮機功率并判斷熱源本體所處環境的溫度是否高于安全溫度；若否則進入步驟308，若是則進入步驟312；步驟312）壓縮機功率是否已達到最大值；若否則返回步驟311，若是則進入步驟313；步驟313）放電回路導通時斷開部分放電回路，能量轉移回路導通時，控制器降低變換器的輸出功率直至熱源本體及其所處環境溫度低于安全溫度。

圖4能量轉移回路中的直流直流變換器實現溫度控制功率的電路圖，圖4中溫度控制功率的電路包含參考電壓輸入端300、熱敏電阻301、電阻302、電阻303、電容304、電阻305、電阻306、運算放大器307、電阻308、電容309、電阻310、電阻311、電阻312、輔助電源輸入端313、電阻314、電容315、三端穩壓管316、電阻317、光耦318、電阻319、pwm控制芯片u1，當熱敏電阻301所處環境溫度過高時，熱敏電阻301阻值增大，導致電阻302分壓較小，電阻302上降低的電壓信號通過電阻303和電容304組成的濾波電路后，輸入至運算放大器307、電阻305和電阻306組成的信號放大電路，經電阻308和電容309組成的濾波電路后，輸入至電阻310和電阻312組成的分壓電路，電阻312的的電壓降低，導致光耦317電流增大，通過光耦傳遞到原邊pwm控制芯片u1，u1的1腳電壓降低可以使其6腳輸出減少的pwm占空比信號至直流直流變換器，降低了直流直流變換器的功率、儲能裝置的充放電功率，從而降低熱源及其所處環境的溫度。

本發明不限于所公開的實施例和附圖，旨在覆蓋落入本發明精神和保護范圍的各種變化和變形。