號(hào)； 控制器（4)獲得起動(dòng)、加速、減速及制動(dòng)信號(hào)并結(jié)合傳感器（3)的信息，控制器（4)控制 固態(tài)繼電器（6)以控制電池組電池單元（5)的導(dǎo)通與斷開，并控制器（4)從電池組（1)中獲 得電源的剩余電量情況，電池組（1)輸出的相應(yīng)電壓信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)（2)運(yùn)轉(zhuǎn)，在制動(dòng)環(huán) 節(jié)電動(dòng)機(jī)（2)對(duì)電源反饋充電。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，電池組（1)的連接方式為多個(gè)電池單元（5) 并列排布，相鄰的兩個(gè)電池單元（5)之間的極性在空間方向上相反；在每個(gè)電池單元（5)的 兩個(gè)極性端，分別連接有固態(tài)繼電器（6);相鄰的兩個(gè)電池單元（5)在空間方向的同一側(cè)， 通過連接導(dǎo)線相互連接，并在連接導(dǎo)線中連入固態(tài)繼電器（6);從相鄰兩個(gè)電池單元（5)的 空間方向同一側(cè)的連接導(dǎo)線上，分別引出一條引出導(dǎo)線，并在所述引出導(dǎo)線中加入固態(tài)繼 電器（6);將同一側(cè)兩個(gè)電池單元（5)的極性端的連接導(dǎo)線中接入的固態(tài)繼電器（6)放在接 入位置的同一側(cè)；通過導(dǎo)線將引出導(dǎo)線的端點(diǎn)連接在一起，并在相鄰的兩個(gè)引出導(dǎo)線的端 點(diǎn)之間也加入固態(tài)繼電器（6);從引出導(dǎo)線的端點(diǎn)連接線上引出兩條導(dǎo)線，從而構(gòu)成電池組 (1)的A、B兩個(gè)端線。
3. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，電池組（1)不經(jīng)過功率轉(zhuǎn)換器直接與所述電 動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)（2)電連接，以向電動(dòng)機(jī)（2)輸出電壓信號(hào)。
4. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，傳感器（3)包括電機(jī)電壓傳感器、電機(jī)電流 傳感器、電機(jī)速度傳感器、電機(jī)轉(zhuǎn)矩傳感器、電機(jī)溫度傳感器。
5. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，電動(dòng)機(jī)（2)為直流電動(dòng)機(jī)或交流電動(dòng)機(jī)。
6. -種如權(quán)利要求1~5任一所述的系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括 如下步驟： (1) 當(dāng)控制器（4)獲得起動(dòng)信息時(shí)，采用他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)（2)，結(jié)合傳感器（3)接收的信 號(hào)，通過控制固態(tài)繼電器（6)的通斷，使得電池組（1)的電池單元（5)在保證最低電壓所對(duì) 應(yīng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩的情況下，逐步增加電池組的電池單元（5)導(dǎo)通的個(gè)數(shù)，以獲得 逐級(jí)升高的正向電壓；起動(dòng)后，隨著轉(zhuǎn)速的上升，控制器（4)控制固態(tài)繼電器（6)的通斷，使 得多個(gè)電池單元（5)起作用，以提高電動(dòng)機(jī)（2)電樞兩端的正向電壓，獲得所需要的加速轉(zhuǎn) 矩； (2) 當(dāng)控制器（4)獲得加速信號(hào)時(shí)，采用他勵(lì)直流電機(jī)（2)，結(jié)合傳感器（3)接收的信 號(hào)，控制器（4)控制固態(tài)繼電器（6)的通斷，獲得周期的矩形波，在一個(gè)周期內(nèi)，正向電壓和 反向電壓的絕對(duì)值大小相等，且所述正向電壓和反向電壓的絕對(duì)值大小對(duì)應(yīng)為電動(dòng)機(jī)（2) 的額定電壓，通過控制正向時(shí)間比反向時(shí)間足夠長(zhǎng)，使得在一個(gè)周期內(nèi)，正向電壓的平均值 對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，獲得汽車的加速；反之，若在一個(gè)周期內(nèi)，正向電壓的平均 值對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，獲得汽車的減速； (3) 當(dāng)控制器（4)獲得制動(dòng)信號(hào)時(shí)，采用他勵(lì)直流電機(jī)（2)，結(jié)合傳感器（3)接收的信 號(hào)，控制器（4)控制固態(tài)繼電器（6)的通斷，使得電池組的電池單元（5)的輸出電壓小于電 樞電動(dòng)勢(shì)，迫使電流從電樞流向電池，形成制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)（2)再生發(fā)電；對(duì)于電樞電動(dòng) 勢(shì)因轉(zhuǎn)速下降而減小，控制器（4)相應(yīng)逐步減少起作用的電池單元（5);對(duì)于最終電動(dòng)機(jī)的 反饋電壓不足于對(duì)單個(gè)電池單元充電，則將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向電阻負(fù)載，以消耗殘余電動(dòng)機(jī)內(nèi)的 電量。
7. 如權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于，在起動(dòng)過程中，控制器（4)控制固態(tài)繼 電器（6)高頻通斷，使得電池組單元（5)在單位時(shí)間內(nèi)高頻交替作用，以使電池均衡放電， 當(dāng)工作一段時(shí)間后，電池的輸出能力下降，要獲得相同的等級(jí)的電壓，則要增加電池導(dǎo)通的 數(shù)量。
8. 如權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于，在調(diào)速過程中，控制器（4)控制固態(tài)繼 電器（6)高頻通斷，同樣使得電池單元（5)在單位時(shí)間內(nèi)高頻交替作用，以使電池均衡放 電，當(dāng)工作一段時(shí)間后，電池的輸出能力下降，為補(bǔ)償壓降獲得相同的調(diào)速能力，要增加電 池導(dǎo)通的數(shù)量以獲得相同的電壓等級(jí)。
9. 如權(quán)利要求8所述的控制方法，其特征在于，在制動(dòng)過程中，控制器（4)控制固態(tài)繼 電器（6)的高頻通斷，使得單位交替作用時(shí)間內(nèi)，電池起作用時(shí)間相同，以使電池單元（5) 再生充電均衡。
10. -種如權(quán)利要求1~5任一所述的系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述控制方法包 括如下步驟： (1) 在電動(dòng)汽車的起動(dòng)過程中，采用三相異步交流電動(dòng)機(jī)，電池組提供類正弦電壓信號(hào) 的電壓信號(hào)，所述系統(tǒng)采用輸出電壓較小的電池，以降低轉(zhuǎn)矩沖擊，并高頻控制固態(tài)繼電器 (6)，以獲得所需要的電壓信號(hào)的頻率和電壓大小，因起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小與電壓有效值平方成 正比，與電壓頻率成反比，采用電壓有效值對(duì)應(yīng)起動(dòng)電流小于額定電流的基礎(chǔ)上，減小電壓 頻率的方法，保證電壓頻率和大小滿足起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩； (2) 在電動(dòng)汽車的調(diào)速過程中，采用三相異步交流電機(jī)，控制器（4)控制固態(tài)繼電器 (6)的通斷，輸出電壓較小的電池，并高頻控制固態(tài)繼電器（6)，以降低在獲得類似正弦波時(shí) 的電壓沖擊，在單位時(shí)間內(nèi)，控制所有的電池單元（5)的工作時(shí)間相同，以保證放電均衡； 在加速過程中，結(jié)合傳感器（3)接受的信號(hào)，控制器（4)獲加速信號(hào)后，控制固態(tài)繼電器（6) 的通斷，在滿足電機(jī)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上，增大類正弦電壓信號(hào)頻率，同時(shí)相應(yīng)調(diào)整 電池單元（5)的導(dǎo)通個(gè)數(shù)，使得電壓有效值大小為電機(jī)的額定電壓，對(duì)于工作一段時(shí)間后， 壓降的補(bǔ)償，增加電壓信號(hào)在峰值時(shí)刻的導(dǎo)通的電池單元（5)的個(gè)數(shù)，使得電壓有效值仍 為電機(jī)的額定電壓，這時(shí)候，電壓和頻率對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩不變且仍然大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩；在減速過程 中，結(jié)合傳感器（3)接受的信號(hào)，減小類正弦電壓信號(hào)頻率，同時(shí)相應(yīng)改變電池單元（5)的 導(dǎo)通個(gè)數(shù)，使得電壓有效值大小為電機(jī)的額定電壓，使得對(duì)應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，，對(duì) 于壓降的補(bǔ)償，增加電壓信號(hào)在峰值時(shí)刻的導(dǎo)通的電池單元（5)的個(gè)數(shù)，使得電壓有效值大 小仍為電機(jī)的額定電壓，這時(shí)候電壓和頻率對(duì)應(yīng)的電機(jī)的轉(zhuǎn)矩不變且仍然小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 (3) 在電動(dòng)汽車的制動(dòng)過程中，采用三相異步交流電機(jī)，當(dāng)控制器（4)獲得制動(dòng)信號(hào) 時(shí)，結(jié)合傳感器（3)接收的信號(hào)，通過控制固態(tài)繼電器（6)，使得電池組輸出的三相電的相 序改變，為了保證放電均衡，單位時(shí)間內(nèi)，固態(tài)繼電器（6)高頻交替通斷，所有電池單元（5) 起作用時(shí)間相同。
11. 如權(quán)利要求10所述的控制方法，其特征在于，在電動(dòng)汽車的調(diào)速過程中，結(jié)合傳感 器（3)接受的信號(hào)，控制器（4)獲加速信號(hào)后，控制固態(tài)繼電器（6)的通斷，獲得頻率增大的 類正弦電壓信號(hào)，對(duì)于工作一段時(shí)間后，壓降的補(bǔ)償，采用增加電壓峰值時(shí)刻導(dǎo)通電池單元 (5)的個(gè)數(shù)，以維持電壓的有效值；在電動(dòng)汽車的調(diào)速過程的減速過程中，結(jié)合傳感器（3) 接受的信號(hào)，同樣獲得頻率減小的類正弦電壓信號(hào)，對(duì)于壓降的補(bǔ)償，采用增加電壓峰值時(shí) 刻導(dǎo)通電池單元（5)的個(gè)數(shù)，以維持電壓的有效值。
12. 如權(quán)利要求10或11所述的控制方法，其特征在于，使用如權(quán)利要求1或2所述的 三個(gè)電池組（1)以構(gòu)成三相交流電。
13. 如權(quán)利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述三個(gè)電池組（1)對(duì)于所述三相異 步交流電動(dòng)機(jī)的繞組為Y型連接或三角型連接。
【專利摘要】本發(fā)明提供了電動(dòng)汽車電池組單元通斷與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)及其控制方法，所述電池組單元連接系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)、電池組、傳感器和控制器。本發(fā)明的系統(tǒng)取消了電池組到電動(dòng)機(jī)之間的功率轉(zhuǎn)換器，控制電池組單元，獲得相應(yīng)的電壓信號(hào)，直接對(duì)電動(dòng)機(jī)作用，減小了能量損耗；可以控制和改變電池輸出電壓，尤其是在交流電機(jī)中，可以根據(jù)情況，通過控制固態(tài)繼電器，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓和調(diào)頻的功能，使得控制形式簡(jiǎn)單化。
【IPC分類】B60L15-00, B60L11-18, H02J7-00
【公開號(hào)】CN104709102
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310686640
【發(fā)明人】王震坡, 孫培坤
【申請(qǐng)人】北京理工大學(xué)
【公開日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2013年12月13日