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专利号: 2022109785435
申请人: 北京动力京工科技有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-22
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种多级电池合路器,其特征在于,包括:起动/发电机(1)、合路器(2)、第一蓄电池(3)、第二蓄电池(4)、辅助电源(5)、控制器(6)、驱动电路(7)、重要负载(8)、非重要负载(9)、电流传感器(10)、第一分压电阻(11)、第二分压电阻(12)、第三分压电阻(13)、第四分压电阻(14);

所述第一蓄电池(3)与电流传感器(10)串联后并联在直流母线的正负端,起动/发电机(1)、重要负载(8)、辅助电源(5)也并联在直流母线的正负端,电流传感器(10)的输出端与控制器(6)的电流输入端相连;

所述第一分压电阻(11)与第二分压电阻(12)串联后并联在直流母线的正负端用于检测第一蓄电池(3)的电压,其分压端与控制器(6)的第一电压输入端相连;

所述辅助电源(5)的输出端与控制器(6)的电源端相连,控制器(6)的输出端与驱动电路(7)的输入端相连,驱动电路(7)的输出端与合路器(2)的控制端相连;

所述合路器(2)的输入端a(203)与直流母线的正端相连,合路器(2)的输出端c(205)与非重要负载(9)的正极相连,合路器(2)的合路端b(204)与第二蓄电池(4)的正极相连,第二蓄电池(4)的负极与电池负端g(206)和直流母线的负端相连,非重要负载(9)的负极连接到电池负端g(206);

所述第三分压电阻(13)、第四分压电阻(14)串联后并联在第二蓄电池(4)的正负端用于检测第二蓄电池(4)的电压,其分压端与控制器(6)的第二电压输入端相连。

2.如权利要求1 的一种多级电池合路器,其特征在于,合路器(2)包括:第一开关Q1(201)、第二开关Q2(202)、输入端a(203),合路端b(204),输出端c(205)、电池负端g(206),第一二极管(207),第一电容(208),第一吸收电阻(209),第二二极管(210),第二电容(211),第二吸收电阻(212),续流二极管(213);

所述第一开关Q1(201)漏极与输入端a(203)相连,源极与合路端b(204)相连,第二开关Q2(202)漏极与合路端b(204)相连,源极与输出端c(205)相连,第一蓄电池(3)正极与输入端a(203)相连,负极与电池负端g(206)相连,第二蓄电池(4)正极与合路端b(204)相连,负极与电池负端g(206)相连;

所述合路器(2)中第一二极管(207)的阴极与第一电容(208)串联,第一吸收电阻(209)并联在第一二极管(207)两端组成第一吸收电路,第一吸收电路与第一开关Q1(201)并联,其中第一电容(208)与第一开关Q1(201)的源极相连;

所述合路器(2)中第二二极管(210)的阴极与第二电容(211)串联,第二吸收电阻(212)并联在第二二极管(210)两端组成第而吸收电路,第二吸收电路与第二开关Q2(202)并联,其中第二电容(211)与第二开关Q2(202)的源极相连;

所述续流二极管(213)的阴极接输出端c(205)、阳极接电池负端g(206),当第二开关Q2(202)关断时为负载电流提供续流通路;

所述合路器(2)将第一蓄电池(3)与第二蓄电池(4)的电压合路到一起向所有负载供电。

3.如权利要求1 的一种多级电池合路器,其特征在于,为了对第一蓄电池(3)和第二蓄电池(4)进行逻辑控制,从低到高设置了1个电流设定值和6个电压设定值:第一设定电流,最低电压,第一设定电压,第二设定电压,第三设定电压,第四设定电压 ,最高电压,所述最低电压 < 第二设定电压 < 第三设定电压 < 第一设定电压 < 第四设定电压 < 最高电压;其中,最低电压为放电截止电压,最高电压为充电截止电压,第三设定电压为电池的平台电压,第四设定电压接近最高电压,作为浮充电压,通过检测电池电压与所设定的电压进行比较并结合设定的电流进行优化逻辑控制。

4.如权利要求1 的一种多级电池合路器,其特征在于,通过第一分压电阻(11)和第二分压电阻(12)分压测得第一蓄电池(3)的电压u1,通过第三分压电阻(13)和第四分压电阻(14)分压测得第二蓄电池(4)的电压u2,电流传感器(10)测得流入第一蓄电池(3)的电流i1;

所述第一蓄电池(3)的电压u1大于第一设定电压时,判定第一蓄电池(3)电量较高;第二蓄电池(4)的电压u2大于第二设定电压时,判定第二蓄电池(4)电量较高;第二蓄电池(4)的电压u2大于第三设定电压并且流入第一蓄电池(3)正极的电流i1大于第一设定电流时,判定第二蓄电池(4)电量较较高,且有外部输入电能,能够向非重要负载(9)供电;第二蓄电池(4)的电压u2大于第四设定电压时,判定第二蓄电池(4)处于浮充状态。

5.如权利要求1 的一种多级电池合路器,其特征在于,辅助电源(5)负责整个系统的起停控制,当辅助电源(5)上电后,多级电池合路器才能够正常工作;如果辅助电源(5)停机,第一蓄电池(3)与第二蓄电池(4)仍然能够通过合路器(2)共同向起动/发电机(1)和重要负载(8)供电。

6.如权利要求1 的一种多级电池合路器,其特征在于,在发动机起动时起动/发电机(1)起动后转入发电状态,可以根据合路器(2)的控制逻辑向第一蓄电池(3)与第二蓄电池(4)提供充电电流。

7.如权利要求1 的一种多级电池合路器,其特征在于,第一开关Q1(201)、第二开关Q2(202)为带有反并联体二极管的MOSFET。

8.如权利要求1 的一种多级电池合路器,其特征在于,合路器(2)不工作时,可以通过第一开关Q1(201)和第二开关Q2(202)反并联体二极管向起动/发电机(1)和重要负载(8)供电,提高系统的供电可靠性和安全性。

9.基于权利要求1‑8中任意一项所述的一种多级电池合路器的控制方法,其特征在于,控制策略如下:

策略1:初始上电时,第一蓄电池(3)和第二蓄电池(4)状态不明,为了保证安全,此时使第一开关Q1(201)和第二开关Q2(202)处于断开状态,第一开关Q1(201)内部反向并联体二极管能够保证第一蓄电池(3)和第二蓄电池(4)同时给起动/发电机(1)、重要负载(8)和辅助电源(5)供电,不给非重要负载(9)供电;如果此时起动/发电机(1)起动,即工作在电动机状态,第一蓄电池(3)和第二蓄电池(4)也给起动/发电机(1)供电; 辅助电源(5)给控制器(6)供电,控制器(6)判断所检测到的 第一蓄电池(3)的电压u1和 第二蓄电池(4)的电压u2;

如果第一蓄电池(3)的电压u1小于第一设定电压,第二蓄电池(4)的电压u2大于第二设定电压,判定第一蓄电池(3)电量低、第二蓄电池(4)高,则使第二开关Q2(202)导通导通,第一开关Q1(201)仍然处于断开状态,此时第一蓄电池(3)和第二蓄电池(4)给起动/发电机(1)、辅助电源(5)和重要负载(8)供电,第二蓄电池(4)同时给非重要负载(9)供电,而第一蓄电池(3)不给非重要负载(9)供电;

如果第一蓄电池(3)的电压u1大于第一设定电压,第二蓄电池(4)的电压u2小于第二设定电压,判定第一蓄电池(3)电量较高、第二蓄电池(4)电量低,则使第一开关Q1(201)导通导通,第二开关Q2(202)仍然处于断开状态,此时第一蓄电池(3)给起动/发电机(1)、辅助电源(5)和重要负载(8)供电,同时给第二蓄电池(4)充电, 第二蓄电池(4)不给非重要负载(9)供电,但是第二蓄电池(4)可以给起动/发电机(1)、辅助电源(5)、 重要负载(8)供电;

如果第一蓄电池(3)的电压u1大于第一设定电压,第二蓄电池(4)的电压u2大于第二设定电压,判定第一蓄电池(3)电量较高、第二蓄电池(4)电量高,则使第一开关Q1(201)和第二开关Q2(202)导通导通,此时第一蓄电池(3)给起动/发电机(1)、辅助电源(5)和 重要负载(8)供电,同时给第二蓄电池(4)充电,第二蓄电池(4)给所有负载供电;

如果第一蓄电池(3)的电压u1小于第一设定电压,第二蓄电池(4)的电压u2小于第二设定电压,判定第一蓄电池(3)电量 低、第二蓄电池(4)电量低,则使第一开关Q1(201)和第二开关Q2(202)保持导通状态不变,第一蓄电池(3)和第二蓄电池(4)可以共同为起动/发电机(1)、辅助电源(5)和重要负载(8)供电;

策略2:当第一开关Q1(201)处于断开状态, 第二开关Q2(202)处于导通状态时,控制器(6)判断所检测到的第一蓄电池(3)的电压u1和第二蓄电池(4)的电压u2,如果第一蓄电池(3)的电压u1大于第一设定电压,第二蓄电池(4)的电压u2小于第二设定电压,判定第一蓄电池(3)电量较高、第二蓄电池(4)电量低,则使第一开关Q1(201)导通,第二开关Q2(202)断开,此时第一蓄电池(3)给起动/发电机(1)、辅助电源(5)和重要负载(8)供电,同时给 第二蓄电池(4)充电,第二蓄电池(4)仅为除了非重要负载(9)以外的其他负载供电;

如果第一蓄电池(3)的电压u1大于第一设定电压,第二蓄电池(4)的电压u2仍然大于第二设定电压,判定第一蓄电池(3)电量较高、第二蓄电池(4)电量高,则使第一开关Q1(201)导通,第二开关Q2(202)仍然处于导通状态,此时第一蓄电池(3)和第二蓄电池(4)一起给所有负载供电;

如果第一蓄电池(3)的电压u1小于第一设定电压,第二蓄电池(4)的电压u2小于第二设定电压,判定第一蓄电池(3)电量 低、第二蓄电池(4)电量低,则使第一开关Q1(201)和第二开关Q2(202)都断开,此时第一蓄电池(3)给起动/发电机(1)、辅助电源(5)和 重要负载(8)供电, 第二蓄电池(4)仅为除了非重要负载(9)以外的其他负载供电;

策略3:当第一开关Q1(201)处于导通状态,第二开关Q2(202)处于断开状态时,控制器(6)判断所检测到的第一蓄电池(3)的电压u1和第二蓄电池(4)的电压u2,如果第二蓄电池(4)的电压u2大于第三设定电压,流入第一蓄电池(3)正极的电流i1大于第一设定电流,判定第一蓄电池(3)电量较高、第二蓄电池(4)接近充满状态,且有外部电源给电池充电,则使第二开关Q2(202)导通,第一开关Q1(201)仍然处于导通状态,因此使第一蓄电池(3)给起动/发电机(1)、辅助电源(5)和 重要负载(8)供电,同时允许第二蓄电池(4)向非重要负载(9)供电;

如果第一蓄电池(3)的电压u1小于第一设定电压,第二蓄电池(4)的电压u2仍然小于第二设定电压,判定第一蓄电池(3)和第二蓄电池(4)的容量均低,则使第一开关Q1(201)断开,第二开关Q2(202)仍然处于断开状态,第一蓄电池(3)和第二蓄电池(4)共同给重要负载(8)和辅助电源(5)供电,不给非重要负载(9)供电;

策略4:当第一开关Q1(201)和第二开关Q2(202)同时处于导通状态时,控制器(6)判断所检测到的第一蓄电池(3)的电压u1和第二蓄电池(4)的电压u2;

如果第一蓄电池(3)的电压u1小于第三设定电压,第二蓄电池(4)的电压u2仍然大于第二设定电压,判定第一蓄电池(3)电量较低、第二蓄电池(4)电量高,则使第一开关Q1(201)断开,第二开关Q2(202)仍然处于导通状态,此时第一蓄电池(3)给起动/发电机(1)、辅助电源(5)和 重要负载(8)供电,第二蓄电池(4)同时给非重要负载(9)供电,而第一蓄电池(3)不给非重要负载(9)供电;

如果第二蓄电池(4)的电压u2大于第四设定电压,判定第二蓄电池(4)处于浮充状态,则使第一开关Q1(201)间歇性导通,此时 第一蓄电池(3)和 第二蓄电池(4)给所起动/发电机(1)、述辅助电源(5)和重要负载(8)供电,第二蓄电池(4)同时给非重要负载(9)供电,第一蓄电池(3)间歇性给第二蓄电池(4)充电;

策略5:当第一开关Q1(201)处于间歇性导通状态,第二开关Q2(202)处于导通状态时, 控制器(6)判断所检测到的第一蓄电池(3)的电压u1和第二蓄电池(4)的电压u2,如果第二蓄电池(4)的电压u2小于第四设定电压,判定第二蓄电池(4)结束浮充状态,则使第一开关Q1(201)从间歇性导通状态转为导通状态,第二开关Q2(202)仍然处于导通状态,第二蓄电池(4)不再处于浮充状态,此时第一蓄电池(3)和第二蓄电池(4)给起动/发电机(1)、辅助电源(5)和重要负载(8)供电,第二蓄电池(4)同时给非重要负载(9)供电,第一蓄电池(3)处于正常给第二蓄电池(4)充电状态。