一种混合动力车辆的切换控制系统及车辆的制作方法

1.本实用新型一般涉及混合动力车辆技术领域，具体涉及一种混合动力车辆的切换控制系统及车辆。

背景技术：

2.城轨铁路接触网是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的输电线路，高铁列车运行的电流就是通过机车上端的接触网来输送的，但是这种供电方式比较单一，切换方式比较复杂，而且接触网一旦停电，或列车受电弓与接触网接触不良，就会发生断电故障，对列车的供电产生影响，比如致使空调、照明灯系统减载或关闭，用户的体验度较差。
3.目前轨道车辆通常设置电池以应对断电故障。现有混合动力车辆中一般通过设置两个电池，一个作为动力电池，一个作为启动电池，两个电池分开控制和管理。启动电池为低压负载供电，但是，由于车辆因为加载的低压负载较多，如终端、监控器、gps定位等，容易导致启动电池停放时间过长而馈电，另外，单支路的启动电池往往面临单点失效后丢失低压供电的麻烦，导致整车安全性降低，面临电源失效应对能力不足的情况。

技术实现要素：

4.鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种混合动力车辆的切换控制系统及车辆，可以满足不同的供电需求，提高供电能力，提高整车安全。
5.第一方面，本技术提供了一种混合动力车辆的切换控制系统，包括切换控制模块及与所述切换控制模块耦接的电源模块、电池模块、高压负载和低压负载，其中，
6.所述电源模块经所述切换控制模块为所述高压负载、所述低压负载和所述电池模块供电；所述电池模块包括串联设置的第一电池单元和第二电池单元，所述第一电池单元和所述第二电池单元共同为所述高压负载供电；所述第二电池单元单独为所述低压负载供电。
7.可选地，所述电源模块包括车间供电单元以及受电弓供电单元、导电轨供电单元、市电单元和车间供电单元中的一种或多种。
8.可选地，所述切换控制模块包括三位置开关，所述电源模块经所述三位置开关与直流高压母线连接；当车辆通过受电弓供电单元或导电轨供电单元供电时，所述三位置开关处于第一触点位置；当车辆通过车间供电单元供电时，所述三位置开关处于第二触点位置；当车辆通过电池模块供电时，所述三位置开关处于第三触点位置。
9.可选地，所述电源模块经所述直流高压母线为所述高压负载和所述电池模块供电，所述电池模块经所述直流高压母线为所述高压负载供电，所述电池模块经直流低压母线为所述低压负载供电。
10.可选地，所述电池模块的总正极经第一接触器和第一二极管与所述直流高压母线的正极耦接，所述第二电池单元的正极经第二接触器和第二二极管与所述直流低压母线的正极耦接。
11.可选地，所述切换控制模块包括dc/dc单元，所述dc/dc单元的输入侧与所述直流高压母线耦接，所述dc/dc单元用于将电源模块的电压转换为第一电压为电池模块供电。
12.可选地，所述dc/dc单元的输出侧经第四接触器与所述电池模块耦接。
13.可选地，所述dc/dc单元的输出侧经第五接触器与所述直流低压母线耦接，所述dc/dc单元还用于将电源模块的电压转换为第二电压为低压负载供电。
14.可选地，所述高压负载包括牵引电机，所述切换控制模块经逆变器与所述牵引电机耦接。
15.第二方面，本技术提供了一种混合动力车辆，包括如以上任一所述的混合动力车辆的切换控制系统。
16.本实用新型的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
17.本实用新型实施例提供的混合动力车辆的切换控制系统，通过切换控制模块可以实现在不同工况不用供电支路的切换，通过电池模块上的部分电池单元提供低压供电，无需提供额外的低压电池，克服了现有技术中由于低压电池馈电而导致低压负载无法正常供电的情况，提高了系统的稳定性以及经济性。
附图说明
18.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
19.图1为本实用新型的实施例提供的一种混合动力车辆的切换控制系统的结构示意图；
20.图2为本实用新型的实施例提供的一种混合动力车辆的切换控制系统的连接示意图。
具体实施方式
21.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
22.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
23.请详见图1、2，本技术提供了一种混合动力车辆的切换控制系统，包括切换控制模块10及与所述切换控制模块10耦接的电源模块20、电池模块60、高压负载40和低压负载50，其中，所述电源模块20经所述切换控制模块10为所述高压负载40、所述低压负载50和所述电池模块60供电；所述电池模块60包括串联设置的第一电池单元61和第二电池单元62，所述第一电池单元61和所述第二电池单元62共同为所述高压负载40供电；所述第二电池单元62单独为所述低压负载50供电。
24.所述电源模块20包括车间供电单元21以及受电弓供电单元22、导电轨供电单元、市电单元和车间供电单元21中的一种或多种。
25.在本技术实施例中，电池模块60是有第一电池单元61和第二电池单元62集成后的电池总包，电池总包可输出至高压负载40直接使用，在本技术中通过在电池总包上设置电
压抽头，用于将第二电池单元62的电压通过电压抽头与低压负载50连接用于为低压负载50供电。电池模块60的总正端与高压负载40连接用于为高压负载40供电。
26.本技术中通过电池总包结构为高压负载40供电，通过电压抽头形成的第二电池单元62可以单独为低压负载50供电，避免现有技术中采用两个电池包，减小电池分开控制和管理的复杂性，优化切换控制系统。另外，高压负载40形成的高压供电支路和低压负载50形成的低压供电支路，可以通过切换控制模块10可以实现在不同工况不用供电支路的切换。
27.本技术实施例中，电源模块20上的电压可以为380v/50hz、400v/50hz或440v/60hz的交流电，还可以为电压范围为dc1500v-3600v的直流电，电池模块60的电压为一般为500v～1000v，第二电池单元62的电压为380v/220v/110v/100v/48v/24v。在具体应用时，视应用场景或者车辆类型的不同，可以进行调整。本技术对此并不限制。
28.本技术中更优选地，所述第一电池单元的容量ca大于等于整车应急驱动运行能量与电池模块的额定电压的比值，可以表示为：
29.ca≥整车应急驱动运行能量/(ua+ub)。
30.ua为第一电池单元的额定电压，ub为第二电池单元的额定电压，ua+ub为电池总包的额定电压。
31.所述第二电池单元的容量cb大于等于第一电池单元ca的容量与整车紧急负载能量比之和，其中所述紧急负载能量比为整车紧急负载维持一定时间所需能量与第二电池单元的容量的比值，可以表示为：
32.cb≥ca+整车紧急负载维持45min所需能量/ub。
33.ca为第一电池单元的容量，ub为第二电池单元的额定电压，在本技术中示例性地限制紧急负载维持的时间为45min，在其他实施例中，视应用场景或者要求进行调整。
34.可选地，所述切换控制模块10包括三位置开关11，所述电源模块20经所述三位置开关11与直流高压母线hs连接。在本技术实施例中，通过在切换控制模块10上设置三位置开关11，以实现三种位置切换的双重保护，但本技术并不限于此，在不同的应用场景中，还可以通过其他开关方式形成多种位置切换的双重保护，以方便在不同供电模式下的切换。
35.示例性地，本技术实施例提供的切换控制模块10的应用场景可以是在轨道交通的列车上，所述三位置开关11被配置为具有三种工作位置：受电弓位、车间位、接地位。
36.当车辆通过受电弓供电单元22或导电轨供电单元供电时，所述三位置开关11处于第一触点位置p1；即正常工况下，列车在运行状态时，所述三位置开关11工作在受电弓位。
37.当车辆通过车间供电单元21供电时，所述三位置开关11处于第二触点位置p2；所述车辆在车间进行调试或检修时，所述三位置开关11工作在车间位，用于将需要调试的电气设备与外部电源连接，以使需要调试的电气设备获得外部电源提供的调试用电。
38.当车辆通过电池模块60供电时，所述三位置开关11处于第三触点位置p3。当受电弓异常或者故障时，所述车辆处于应急工况，所述三位置开关11处于接地位，当进行检修或者检查时，以保证检修人员和电气设备的安全。
39.在本技术实施例中，所述电源模块20经所述直流高压母线hs为所述高压负载40和所述电池模块60供电，所述电池模块60经所述直流高压母线hs为所述高压负载40供电，所述电池模块60经直流低压母线ls为所述低压负载50供电。
40.其中，所述高压负载40包括：冷却风机、冷却泵、主空气压缩机和空调机等。所述低
压负载50包括：终端、监控器、gps定位、影音设备、驾驶室仪表、照明系统和控制器等。
41.示例性地，在本技术实施例中直流高压母线hs上的电压范围为dc1500v-3600v的直流电，直流低压母线ls上的电压范围为110v-200v，直流高压母线hs和直流低压母线ls上的电压能够被进一步转换为高压负载40或者低压负载50所需要的不同的电压水平。例如，所述高压负载40包括牵引电机m，所述切换控制模块10经逆变器t与所述牵引电机m耦接，通过逆变器t可以实现直流高压母线hs上的高压直流转换为高压交流。
42.所述电池模块60的总正极+经第一接触器km1和第一二极管vt1与所述直流高压母线hs的正极+耦接，第一接触器km1用于控制电池模块60通过直流高压母线hs为高压负载40供电。所述第二电池单元62的正极+经第二接触器km2和第二二极管vt2与所述直流低压母线ls的正极+耦接，第二接触器km2用于控制第二电池单元62通过直流低压母线ls单独为低压负载50供电。
43.在本技术实施例中，所述切换控制模块10包括dc/dc单元12，所述dc/dc单元12的输入侧与所述直流高压母线hs耦接，所述dc/dc单元12的输出侧与电池模块60耦接，所述dc/dc单元12用于将电源模块20的电压转换为第一电压为电池模块60供电。所述dc/dc单元12的输出侧还与直流低压母线ls耦接，所述dc/dc单元12还用于将电源模块20的电压转换为第二电压为低压负载50供电。
44.其中，所述dc/dc单元12的输入侧经第三接触器km3与所述直流高压母线hs耦接；所述dc/dc单元12的输出侧经第四接触器km4与所述电池模块60耦接。所述dc/dc单元12的输出侧经第五接触器km5与所述直流低压母线ls耦接。
45.本技术实施例中，切换控制模块10可以为电池管理系统bms(battery management system，电池管理系统)，用于获取动力电池的荷电状态soc的值(state of charge充电状态，又称剩余容量，表示电池继续工作的能力)。
46.在正常工况下，直流高压母线hs上的电压为电源模块20的电压，在所获取的soc的值小于设定soc阈值时，控制第四接触器km4闭合，直流高压母线hs经过dc/dc单元12为动力电池供电。当电池充满时即soc的值不小于设定soc阈值，可以控制第四接触器km4断开，第五接触器km5闭合，直流高压母线hs经过dc/dc单元12为低压负载50供电。
47.需要说明的是，在本技术实施例中，第二电池单元62可以在应急工况下为低压负载50供电，还可以在正常工况下为低压负载50供电，例如，在第四接触器km4闭合，直流高压母线hs经过dc/dc单元12为动力电池供电，此时低压负载50通过第二电池单元62为低压负载50供电，当电池充满时，再次切换为直流高压母线hs为低压负载50供电。
48.另外值得注意的是，dc/dc单元12为单向变流器，dc/dc单元12的输出侧与直流高压母线hs连接，可以对直流高压母线hs上的电压进行变换，当存在外接电源时(正常工况)，直流高压母线hs上的电压为电源模块20的电压；当电源模块20故障或者异常时(应急工况)，电池模块60与直流高压母线hs连接，直流高压母线hs上的电压为电池模块60的高电压，通过dc/dc单元12可以为直流低压母线ls供电，实现直流低压母线ls的双路供电。
49.本技术还提供了一种混合动力车辆，包括如以上任一所述的混合动力车辆的切换控制系统。
50.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关
系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
51.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
52.除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本实用新型。本文中出现的诸如“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。
53.本实用新型已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。

技术特征：

1.一种混合动力车辆的切换控制系统，其特征在于，包括切换控制模块及与所述切换控制模块耦接的电源模块、电池模块、高压负载和低压负载，其中，所述电源模块经所述切换控制模块为所述高压负载、所述低压负载和所述电池模块供电；所述电池模块包括串联设置的第一电池单元和第二电池单元，所述第一电池单元和所述第二电池单元共同为所述高压负载供电；所述第二电池单元单独为所述低压负载供电。2.根据权利要求1所述的混合动力车辆的切换控制系统，其特征在于，所述电源模块包括车间供电单元以及受电弓供电单元、导电轨供电单元、市电单元和车间供电单元中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的混合动力车辆的切换控制系统，其特征在于，所述切换控制模块包括三位置开关，所述电源模块经所述三位置开关与直流高压母线连接；当车辆通过受电弓供电单元供电时，所述三位置开关处于第一触点位置；当车辆通过车间供电单元供电时，所述三位置开关处于第二触点位置；当车辆通过电池模块供电时，所述三位置开关处于第三触点位置。4.根据权利要求1所述的混合动力车辆的切换控制系统，其特征在于，所述电源模块经直流高压母线为所述高压负载和所述电池模块供电，所述电池模块经所述直流高压母线为所述高压负载供电，所述电池模块经直流低压母线为所述低压负载供电。5.根据权利要求4所述的混合动力车辆的切换控制系统，其特征在于，所述电池模块的总正极经第一接触器和第一二极管与所述直流高压母线的正极耦接，所述第二电池单元的正极经第二接触器和第二二极管与所述直流低压母线的正极耦接。6.根据权利要求4所述的混合动力车辆的切换控制系统，其特征在于，所述切换控制模块包括dc/dc单元，所述dc/dc单元的输入侧与所述直流高压母线耦接，所述dc/dc单元用于将电源模块的电压转换为第一电压为电池模块供电。7.根据权利要求6所述的混合动力车辆的切换控制系统，其特征在于，所述dc/dc单元的输出侧经第四接触器与所述电池模块耦接。8.根据权利要求6所述的混合动力车辆的切换控制系统，其特征在于，所述dc/dc单元的输出侧经第五接触器与所述直流低压母线耦接，所述dc/dc单元还用于将电源模块的电压转换为第二电压为低压负载供电。9.根据权利要求1所述的混合动力车辆的切换控制系统，其特征在于，所述高压负载包括牵引电机，所述切换控制模块经逆变器与所述牵引电机耦接。10.一种混合动力车辆，其特征在于，包括如权利要求1-9任一所述的混合动力车辆的切换控制系统。

技术总结

本实用新型公开了一种混合动力车辆的切换控制系统及车辆，包括切换控制模块及与所述切换控制模块耦接的电源模块、电池模块、高压负载和低压负载，所述电源模块经所述切换控制模块为所述高压负载、所述低压负载和所述电池模块供电；所述电池模块包括串联设置的第一电池单元和第二电池单元，所述第一电池单元和所述第二电池单元共同为所述高压负载供电；所述第二电池单元单独为所述低压负载供电。通过切换控制模块可以实现在不同工况不用供电支路的切换，通过电池模块上的部分电池单元提供低压供电，无需提供额外的低压电池，克服了现有技术中由于低压电池馈电而导致低压负载无法正常供电的情况，提高了系统的稳定性以及经济性。性。性。