一种能量管理系统、方法及车辆与流程

1.本发明涉及储能技术领域，尤其涉及一种能量管理系统、方法及车辆。


背景技术：

2.矿车是煤矿和矿山等采矿工业中常见的设备之一，主要用于煤矿和矿山的运输和采矿过程中。随着采矿工业的不断发展，矿车的使用量越来越大。目前，非公路矿用车采用混合动力系统架构方案，其中包括动力电池。
3.而随着新能源的发展，新能源电动汽车或混动汽车的使用量也越来越大。无论是混合动力车辆还是新能源电动车辆，其部件都包括动力电池。
4.然而，现有车辆的动力电池存在制动模式下能量回收受限的情况，造成能量浪费。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种能量管理系统、方法及车辆，以解决现有系统存在能量浪费的情况。
6.根据本发明的一方面，提供了一种能量管理系统，包括：
7.配电模块，用于进行能量传输；
8.动力电池，连接所述配电模块；
9.第一超级电容组件，通过第一开关连接所述配电模块；
10.控制模块，分别连接所述动力电池、所述第一超级电容组件和所述第一开关，用于根据所述第一超级电容组件的第一荷电量和所述动力电池的电池荷电量，控制所述第一开关的通断状态、所述动力电池的充放电状态和所述第一超级电容组件的充放电状态。
11.进一步地，所述第一超级电容组件包括第一超级电容和双向斩波器，所述第一超级电容通过所述双向斩波器连接所述配电模块，所述第一超级电容连接所述控制模块；
12.所述第一开关连接在所述第一超级电容和所述双向斩波器之间，或者，所述第一开关连接在所述双向斩波器和所述配电模块之间。
13.进一步地，所述能量管理系统还包括：第二开关、第二超级电容组件和n个减振模块，n取值为正整数；
14.所述第二超级电容组件通过所述第二开关连接所述第一超级电容组件，所述第二超级电容组件还连接每个所述减振模块；
15.所述控制模块分别连接所述第二超级电容组件和所述第二开关，用于根据所述第二超级电容组件的第二荷电量，控制所述第二开关的通断状态。
16.进一步地，所述第二超级电容组件包括第二超级电容、单向斩波器和第三开关，所述第二超级电容通过所述单向斩波器连接所述第一超级电容组件，所述第三开关连接在所述第二超级电容和所述减振模块之间，所述第二超级电容和所述第三开关分别连接所述控制模块；
17.所述第二开关连接在所述第二超级电容和所述单向斩波器之间，或者，所述第二
开关连接在所述单向斩波器和所述第一超级电容组件之间。
18.进一步地，n大于1，所述n个减振模块并联连接。
19.进一步地，所述减振模块包括控制器和磁流变隔减振单元，所述磁流变隔减振单元包括上盖和下盖；
20.所述控制器贴合在所述磁流变隔减振单元的上盖外侧，或者，所述控制器贴合在所述磁流变隔减振单元的下盖外侧。
21.根据本发明的另一方面，提供了一种能量管理方法，应用于如上的所述能量管理系统中，所述能量管理方法包括：
22.获取所述第一超级电容组件的第一荷电量和所述动力电池的电池荷电量；
23.若所述第一超级电容组件的第一荷电量和所述动力电池的电池荷电量满足预先设置的第i控制状态，按照所述第i控制状态控制所述第一开关的通断状态、所述动力电池的充放电状态和所述第一超级电容组件的充放电状态，1≤i≤m，m为所述能量管理系统中预先设置的控制状态的总数量。
24.进一步地，所述第一超级电容组件的第一荷电量和所述动力电池的电池荷电量满足预先设置的第i控制状态包括：
25.在所述第一超级电容组件的第一荷电量小于第一荷电阈值时，按照第1控制状态控制所述第一开关导通且所述第一超级电容组件进入充电状态；
26.或者，在所述第一超级电容组件的第一荷电量大于第二荷电阈值时，按照第2控制状态控制所述第一开关关断；
27.所述第一荷电阈值小于或等于所述第二荷电阈值。
28.进一步地，所述第一超级电容组件的第一荷电量和所述动力电池的电池荷电量满足预先设置的第i控制状态包括：
29.所述能量管理系统处于制动模式，按照第3控制状态控制所述动力电池进入充电状态；
30.或者，所述能量管理系统处于驱动模式，按照第4控制状态控制所述动力电池进入放电状态。
31.进一步地，所述第一超级电容组件的第一荷电量和所述动力电池的电池荷电量满足预先设置的第i控制状态包括：
32.在所述能量管理系统处于制动模式且所述动力电池的电池荷电量大于第一电池荷电阈值时，按照第1控制状态控制所述第一开关导通且所述第一超级电容组件进入充电状态；
33.或者，在所述能量管理系统处于驱动模式且所述动力电池的电池荷电量小于第二电池荷电阈值时，按照第5控制状态控制所述第一开关导通且所述第一超级电容组件进入放电状态；
34.所述第一电池荷电阈值大于或等于所述第二电池荷电阈值。
35.进一步地，所述能量管理系统还包括第二开关、第二超级电容组件和n个减振模块，n取值为正整数，所述第二超级电容组件通过所述第二开关连接所述第一超级电容组件，所述第二超级电容组件还连接每个所述减振模块；所述能量管理方法还包括：
36.在所述第二超级电容组件的第二荷电量小于第三荷电阈值时，按照第6控制状态
控制所述第二开关导通且所述第二超级电容组件进入充电状态；
37.或者，在所述第二超级电容组件的第二荷电量大于第四荷电阈值或所述减振模块开启时，按照第7控制状态控制所述第二开关关断且所述第二超级电容组件进入放电状态；
38.所述第三荷电阈值小于或等于所述第四荷电阈值。
39.根据本发明的另一方面，提供了一种车辆，包括：如上的所述能量管理系统。
40.本发明中，能量管理系统可配置于具有动力电池的设备中，能量管理系统包括配电模块以及与其连接的动力电池和第一超级电容组件，控制模块根据第一超级电容组件的第一荷电量和动力电池的电池荷电量，控制第一开关的通断状态、动力电池的充放电状态和第一超级电容组件的充放电状态，实现对配电模块中能量的管理和分配。能量管理系统通过对动力电池和第一超级电容组件的充放电状态进行合理控制，能够提高系统回收能量的有效利用，还能够提高系统驱动能力，避免回收能量的浪费，还避免动力电池释放能量受限导致的系统驱动受限问题，实现了对配电模块、动力电池和第一超级电容组件中能量的有效管理和分配，提高能量利用效率。
41.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
42.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
43.图1是本发明实施例提供的一种能量管理系统的示意图；
44.图2是本发明实施例提供的另一种能量管理系统的示意图；
45.图3是本发明实施例提供的又一种能量管理系统的示意图；
46.图4是本发明实施例提供的又一种能量管理系统的示意图；
47.图5是本发明实施例提供的又一种能量管理系统的示意图；
48.图6是本发明实施例提供的又一种能量管理系统的示意图；
49.图7是本发明实施例提供的一种减振模块的示意图；
50.图8是图7中减振模块的磁场分布示意图；
51.图9是本发明实施例提供的一种能量管理方法的示意图；
52.图10是本发明实施例提供的另一种能量管理方法的示意图；
53.10、配电模块；11、动力电池；12、第一超级电容组件；13、控制模块；14、第一超级电容；15、双向斩波器；16、第二超级电容组件；17、减振模块；18、第二超级电容；19、单向斩波器；
54.30、控制器；
55.40、磁流变隔减振单元；41、上盖；42、第一橡胶减振柱；43、磁流变液；44、电磁线圈；45、第二橡胶减振柱；46下盖；47、通孔。
具体实施方式
56.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
57.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
58.图1是本发明实施例提供的一种能量管理系统的示意图，本实施例可适用于设备的能量管理和分配的情况，该能量管理系统可以采用硬件和/或软件的形式实现，该能量管理系统可配置于具有动力电池的设备中。如图1所示，该能量管理系统包括：配电模块10，用于进行能量传输；动力电池11，连接配电模块10；第一超级电容组件12，通过第一开关k1连接配电模块10；控制模块13，分别连接动力电池11、第一超级电容组件12和第一开关k1，用于根据第一超级电容组件12的第一荷电量和动力电池11的电池荷电量，控制第一开关k1的通断状态、动力电池11的充放电状态和第一超级电容组件12的充放电状态。
59.本实施例中，能量管理系统包括配电模块10，用于进行能量传输。能量管理系统配置于具有动力电池的设备中，配电模块10作为设备中的能量转换模块，用于获取能量或释放能量。具体的，配电模块10获取的能量来自于设备运行过程中的能量回收，还来自于设备的各个储能模块如动力电池等。配电模块10释放的能量配置给设备的各个负载，如能量可配置给电机控制器等；可以理解，储能模块如动力电池等处于充电状态时，配电模块10释放的能量可配置给储能模块等负载。基于此，配电模块10从设备中获取能量，再将能量分配给各个负载，在此所述的能量为电能。配电模块10包括多个部件，在此将进行配电的相关总线、部件等概括为配电模块10，不具体赘述其结构。
60.能量管理系统还包括动力电池11，动力电池11连接配电模块10。动力电池11切换为充电状态时，从配电模块10中获取能量以进行充电；动力电池11切换为放电状态时，向配电模块10输送能量以进行放电。动力电池11可以是电池相关组件的统称，具体的动力电池11包括蓄电池以及相关电池部件等，不具体赘述。可选动力电池11通过开关ka连接配电模块10，开关ka可以是继电器，但不限于此。在能量管理系统运行过程中，开关ka保持导通状态即闭合状态，若动力电池11异常，那么开关ka可以切换为关断状态。控制模块13控制开关ka的通断状态。
61.能量管理系统还包括第一超级电容组件12，第一超级电容组件12通过第一开关k1连接配电模块10。第一开关k1导通时，第一超级电容组件12与配电模块10的传输路径导通，第一超级电容组件12切换为充电状态以从配电模块10获取能量以进行充电，或者，第一超级电容组件12切换为放电状态以向配电模块10输送能量以进行放电。第一开关k1关断时，
第一超级电容组件12与配电模块10的传输路径断开。
62.能量管理系统还包括控制模块13。控制模块13可以包括微处理器芯片或单片机等相关部件。
63.控制模块13连接动力电池11，可以获得动力电池11的电池荷电量，从而控制动力电池11的充放电状态。具体的，在判定动力电池11的电池荷电量不足时，控制模块13控制动力电池11切换为充电状态，使动力电池11从配电模块10获取能量以进行充电。在判定动力电池11的电池荷电量充足时，控制模块13控制动力电池11切换为放电状态，使动力电池11向配电模块10输送能量以进行放电。动力电池11的电池荷电量soc可以是电池剩余电量，采用百分比进行表征，具体为电池剩余容量与电池完全充电状态总容量的比值，但不限于此。
64.控制模块13连接第一超级电容组件12，控制模块13连接第一开关k1的控制端，控制模块13可以获得第一超级电容组件12的第一荷电量，从而控制第一开关k1的通断状态和第一超级电容组件12的充放电状态。具体的，在判定第一超级电容组件12储存的第一荷电量不足时，控制模块13控制第一开关k1导通且第一超级电容组件12切换为充电状态，使第一超级电容组件12从配电模块10获取能量以进行充电。在判定第一超级电容组件12储存的第一荷电量充足时，控制模块13控制第一开关k1关断。在判定第一超级电容组件12需要放电时，控制模块13控制第一开关k1导通且第一超级电容组件12切换为放电状态，使第一超级电容组件12向配电模块10输送能量以进行放电。第一超级电容组件12的电容荷电量即储存的能量，可以定义为第一荷电量，第一荷电量采用百分比进行表征，具体为电容当前容量与电容完全充电状态总容量的比值，但不限于此。第一开关k1可以是继电器，但不限于此。
65.控制模块13可以对配电模块10中的能量进行合理分配。具体的，动力电池11的电池荷电量充足无需充电时，若设备给配电模块10提供了一些回收能量，此时，控制模块13可以控制第一开关k1导通且第一超级电容组件12切换为充电状态，那么第一超级电容组件12从配电模块10获取设备的回收能量以进行充电，避免了设备的回收能量的浪费，提高了设备回收能量的有效利用。
66.动力电池11的电池荷电量不足时，若设备需要大功率进行驱动，此时控制模块13可以控制第一开关k1导通且第一超级电容组件12切换为放电状态，那么动力电池11和第一超级电容组件12均向配电模块10提供能量以供设备中其他负载工作，避免了动力电池释放能量受限导致的设备驱动受限问题，提高了设备驱动能力。
67.可以理解，配电模块10包括正极（+）和负极（-），设备中各个部件与配电模块10连接时，部件的正极（+）连接配电模块10中正极（+）线，部件的负极（-）连接配电模块10中负极（-）线，在此不对各个部件和配电模块10的连接关系详细描述。
68.需要说明的是，图1所示能量管理系统仅是本发明的一种示意性附图，本发明中能量管理系统的实际连接关系可能与图1相同，也可能与图1不同。例如：控制模块不电连接动力电池和第一超级电容组件，而是控制模块通过通信总线获取电池荷电量和第一荷电量等相关信息。本发明中能量管理系统的结构不仅限于图1所示，但以下实施例以图1所示为主进行说明。
69.本发明实施例中，能量管理系统可配置于具有动力电池的设备中，能量管理系统包括配电模块以及与其连接的动力电池和第一超级电容组件，控制模块根据第一超级电容组件的第一荷电量和动力电池的电池荷电量，控制第一开关的通断状态、动力电池的充放
电状态和第一超级电容组件的充放电状态，实现对配电模块中能量的管理和分配。能量管理系统通过对动力电池和第一超级电容组件的充放电状态进行合理控制，能够提高系统回收能量的有效利用，还能够提高系统驱动能力，避免回收能量的浪费，还避免动力电池释放能量受限导致的系统驱动受限问题，实现了对配电模块、动力电池和第一超级电容组件中能量的有效管理和分配，提高能量利用效率。
70.图2是本发明实施例提供的另一种能量管理系统的示意图，如图2所示，可选第一超级电容组件12包括第一超级电容14和双向斩波器15，第一超级电容14通过双向斩波器15连接配电模块10，第一超级电容14连接控制模块13；第一开关k1连接在双向斩波器15和配电模块10之间。在其他实施例中，如图3所示还可选第一开关k1连接在第一超级电容14和双向斩波器15之间。本实施例中，以图2所示能量管理系统为例进行说明。
71.本实施例中，第一超级电容组件12包括第一超级电容14，第一超级电容14为一种超级电容。超级电容是介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，可以储存电能并放电，其反复充放电次数可以超过数十万次。
72.第一超级电容组件12包括双向斩波器15。双向斩波器15可以在第一超级电容14和配电模块10之间进行电压转换，将第一超级电容14的能量转换后释放至配电模块10，或者，将配电模块10的能量转换后传输至第一超级电容14。具体的，第一开关k1导通时，从第一超级电容14、双向斩波器15至配电模块10的传输路径导通。第一开关k1关断时，从第一超级电容14、双向斩波器15至配电模块10的传输路径断开。
73.控制模块13连接第一超级电容14，控制模块13根据第一超级电容14的第一荷电量判断第一开关k1的通断状态及第一超级电容14的充放电状态。控制模块13还连接双向斩波器15，控制模块13根据第一超级电容14的充放电状态判断双向斩波器15的工作模式。第一超级电容14切换为充电状态时，双向斩波器15的工作模式为降压模式；第一超级电容14切换为放电状态时，双向斩波器15的工作模式为升压模式。
74.基于此，若控制模块13判定第一超级电容14为充电状态，则第一开关k1导通且双向斩波器15为降压模式，配电模块10的能量通过双向斩波器15转换为第一超级电容14可用的电压信号，使第一超级电容14从配电模块10获取能量，实现充电。若控制模块13判定第一超级电容14为向配电模块10放电的放电状态，则第一开关k1导通且双向斩波器15为升压模式，第一超级电容14的电压信号通过双向斩波器15转换为配电模块10可用或其他部件可用的电信号，使第一超级电容14向配电模块10释放能量，实现放电。
75.本领域技术人员可以根据产品所需合理选择超级电容和双向斩波器的型号或类型等，本发明中不具体限制。
76.图4是本发明实施例提供的又一种能量管理系统的示意图，如图4所示，可选能量管理系统还包括：第二开关k2、第二超级电容组件16和n个减振模块17，n取值为正整数；第二超级电容组件16通过第二开关k2连接第一超级电容组件12，第二超级电容组件16还连接每个减振模块17；控制模块13分别连接第二超级电容组件16和第二开关k2，用于根据第二超级电容组件16的第二荷电量，控制第二开关k2的通断状态。
77.本实施例中，能量管理系统还包括第二超级电容组件16，第二超级电容组件16通过第二开关k2连接第一超级电容组件12。第二开关k2导通时，第一超级电容组件12与第二超级电容组件16的传输路径导通，第一超级电容组件12可以给第二超级电容组件16充电。
第二开关k2关断时，第一超级电容组件12与第二超级电容组件16的传输路径断开。
78.第二超级电容组件16还连接每个减振模块17。若n大于1，那么n个减振模块17并联连接。能量管理系统包括多个减振模块17时，多个减振模块17并联连接，再连接至第二超级电容组件16。第二超级电容组件16给减振模块17提供能量，使系统需要减振时，能够保证减振模块17正常工作，达到减振效果。
79.控制模块13连接第二超级电容组件16，控制模块13连接第二开关k2的控制端，控制模块13可以获得第二超级电容组件16的第二荷电量，从而控制第二开关k2的通断状态。具体的，在判定第二超级电容组件16储存的第二荷电量不足时，控制模块13控制第二开关k2导通，第一超级电容组件12给第二超级电容组件16放电。在判定第二超级电容组件16储存的第二荷电量充足时，控制模块13控制第二开关k2关断。第二超级电容组件16的电容荷电量即储存的能量，可以定义为第二荷电量，第二荷电量采用百分比进行表征，具体为电容当前容量与电容完全充电状态总容量的比值，但不限于此。第二开关k2可以是继电器，但不限于此。
80.图5是本发明实施例提供的又一种能量管理系统的示意图，如图5所示，可选第二超级电容组件16包括第二超级电容18、单向斩波器19和第三开关k3，第二超级电容18通过单向斩波器19连接第一超级电容组件12，第三开关k3连接在第二超级电容18和减振模块17之间，第二超级电容18和第三开关k3分别连接控制模块13；第二开关k2连接在第二超级电容18和单向斩波器19之间。在其他实施例中，图6是本发明实施例提供的又一种能量管理系统的示意图，如图6所示还可选第二开关k2连接在单向斩波器19和第一超级电容组件12之间。本实施例中，以图5所示能量管理系统为例进行说明。
81.本实施例中，第二超级电容组件16包括第三开关k3，第三开关k3连接在第二超级电容18和减振模块17之间，控制模块13连接第三开关k3的控制端，图5未示出控制模块13和第三开关k3之间的连接线。系统主动减振时，控制模块13控制第三开关k3导通，使第二超级电容18对减振模块17放电，实现系统的主动减振，提高了系统对不同环境的适应能力，提高了系统所属设备的寿命。系统无需减振时，控制模块13控制第三开关k3关断，避免第二超级电容18的能量流失，节省了功耗。
82.第二超级电容组件16包括第二超级电容18，第二超级电容18为一种超级电容。超级电容是介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，可以储存电能并放电，其反复充放电次数可以超过数十万次。第二超级电容组件16包括单向斩波器19。单向斩波器19可以在第二超级电容18和第一超级电容组件12之间进行电压转换，具体的，第一超级电容组件12包括第一超级电容14，单向斩波器19连接第一超级电容14。在第二开关k2导通时，单向斩波器19将第一超级电容14的能量转换后释放至第二超级电容18。
83.控制模块13分别连接单向斩波器19、第二超级电容18和第三开关k3。控制模块13连接第二超级电容18，控制模块13根据第二超级电容18的第二荷电量判断第二开关k2的通断状态。控制模块13还连接单向斩波器19，控制模块13根据第二超级电容18的充放电状态判断单向斩波器19的工作模式。第二超级电容18切换为充电状态时，单向斩波器19的工作模式为升压模式。控制模块13还可以控制第三开关k3的通断状态。
84.基于此，若控制模块13判定第二超级电容18的能量不足时，控制第二超级电容18切换为充电状态，且控制第二开关k2导通，单向斩波器19为升压模式，则第一超级电容14的
能量通过单向斩波器19转换为第二超级电容18可用的电压信号，使第二超级电容18从第一超级电容14获取能量，实现充电。若控制模块13判定第二超级电容18的能量充足，控制第二开关k2关断。
85.本领域技术人员可以根据产品所需合理选择超级电容和单向斩波器的型号或类型等，本发明中不具体限制。在其他实施例中，单向斩波器还可以更换为双向斩波器，实现第二超级电容向第一超级电容的放电过程。
86.图7是本发明实施例提供的一种减振模块的示意图，如图7所示，可选减振模块包括控制器30和磁流变隔减振单元40，磁流变隔减振单元40包括上盖41和下盖46；控制器30贴合在磁流变隔减振单元40的下盖46外侧。在其他实施例中，还可选控制器贴合在磁流变隔减振单元的上盖外侧，不具体限制。
87.能量管理系统可应用于车辆中，车辆中包括多个控制器，振动可对控制器产生很大的负面影响，振动会使得控制器的内部元件（如晶体、电阻等）发生位移、松动、短路等故障，导致控制器工作不稳定。振动也会影响控制器与外部传感器的接触，从而导致信息传输误差增大，影响控制器的准确性。为了减小振动对控制器的影响，本实施例中给每个控制器30对应设置了减振单元，通过减振单元实现减振效果，延长控制器30的使用寿命，提高设备的性能和可靠性。可选根据控制器30的个数及固定孔的个数，设置减振单元的个数，其个数不局限于2个。
88.可选减振单元为磁流变隔减振单元40，磁流变隔减振单元40包括上盖41、第一橡胶减振柱42、磁流变液43、电磁线圈44、第二橡胶减振柱45和下盖46。
89.其中，通孔47贯穿第二橡胶减振柱45、上盖41、下盖46，且位于第二橡胶减振柱45的中间，通孔47用来穿螺栓固定住磁流变隔减振单元40，还用于将控制器30固定在磁流变隔减振单元40的上盖41上或者将控制器30固定在磁流变隔减振单元40的下盖46外侧。电磁线圈44固定在第二橡胶减振柱45的中间位置，第二橡胶减振柱45与第一橡胶减振柱42之间形成一个腔体，该腔体用来盛放磁流变液43。当电磁线圈44通电时，就会在腔体中产生磁场，腔体中的磁流变液43在强磁场作用下呈现出高粘度、低流动性的bingham体特性，且磁流变液43的固化程度随磁场强度增强而增强。
90.图8是图7中减振模块的磁场分布示意图，当整车控制器检测到振动或者预测到振动时，根据振动的加速度的大小，高频控制第三开关k3（如图5所示）的闭合与断开。当整车控制器振动时，第三开关k3闭合，电磁线圈44产生强磁场，磁流变液43瞬间（毫秒级）“固化”，磁流变液43沿着磁场线分布，磁场线如图8所示，其中磁流变液43贴附上盖41与下盖46，可以吸收振动的能量。当第三开关k3断开时，磁场消失，磁流变液43瞬间（毫秒级）“液化”，呈现流体特性，磁流变液43可以进一步将吸收的振动能量释放。整车控制器控制第三开关k3的通电断电周期为t，通电周期t可根据不同的工况去具体匹配，当整车控制器检测到振动加速度较大时，闭合第三开关k3的通电占空比应较大，当整车控制器检测到振动的加速度较小时，闭合第三开关k3的通电占空比较小。控制模块可以集成在整车控制器中，用于控制第三开关k3的通断状态。
91.本实施例中，通过第二超级电容对磁流变隔减振单元40放电实现控制器30的主动减振，提高了控制器30对不同环境的适应能力，尤其是对矿区等环境的适应能力，提高了控制器30的寿命。
92.基于同一发明构思，本发明实施例提供一种能量管理方法，该能量管理方法应用于如上任意实施例所述的能量管理系统中。该能量管理方法可以由能量管理装置来执行，该能量管理装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该能量管理装置可配置于能量管理系统中，其中，能量管理装置包括如上任意实施例所述的控制模块。图9是本发明实施例提供的一种能量管理方法的示意图，如图9所示，本实施例提供的能量管理方法包括：
93.步骤110、获取第一超级电容组件的第一荷电量和动力电池的电池荷电量；
94.步骤120、若第一超级电容组件的第一荷电量和动力电池的电池荷电量满足预先设置的第i控制状态，按照第i控制状态控制第一开关的通断状态、动力电池的充放电状态和第一超级电容组件的充放电状态，1≤i≤m，m为能量管理系统中预先设置的控制状态的总数量。
95.本实施例中，控制模块中预先设置有m种控制状态，每种控制状态中包含有第一超级电容组件的电容荷电区间和/或动力电池的电池荷电区间，不同种控制状态中包含的荷电区间存在不同。该m种控制状态可以依序标记为第1至第m控制状态。m种控制状态是预先在实验室中测试完成的，然后存储在存储器中。
96.控制模块获取第一超级电容组件在当前的实际电容荷电量即得到第一荷电量，控制模块获取动力电池在当前的实际电池荷电量即得到电池荷电量。控制模块从存储器中调取出m种控制状态，将第一超级电容组件的第一荷电量和动力电池的电池荷电量与m种控制状态进行匹配，可以查找出第一超级电容组件的第一荷电量和动力电池的电池荷电量所满足的控制状态。在此假定第一超级电容组件的第一荷电量和动力电池的电池荷电量所满足的控制状态为第i控制状态，则第一超级电容组件的第一荷电量在第i控制状态中预设的第一超级电容组件的电容荷电区间内，动力电池的电池荷电量在第i控制状态中预设的动力电池荷电区间内。
97.控制状态中还包含有第一超级电容组件的工作状态、动力电池的工作状态和第一开关的工作状态。基于此，控制模块按照第i控制状态控制第一开关的通断状态、动力电池的充放电状态和第一超级电容组件的充放电状态。
98.本发明实施例中，通过对动力电池和第一超级电容组件的充放电状态进行合理控制，能够提高系统回收能量的有效利用，还能够提高系统驱动能力，避免回收能量的浪费，还避免动力电池释放能量受限导致的系统驱动受限问题，实现了对配电模块、动力电池和第一超级电容组件中能量的有效管理和分配，提高能量利用效率。该系统可以做到削峰填谷，提高能量的回收，且可以作为动力源输出能量。
99.可选第一超级电容组件的第一荷电量和动力电池的电池荷电量满足预先设置的第i控制状态包括：
100.在第一超级电容组件的第一荷电量小于第一荷电阈值时，按照第1控制状态控制第一开关导通且第一超级电容组件进入充电状态；
101.或者，在第一超级电容组件的第一荷电量大于第二荷电阈值时，按照第2控制状态控制第一开关关断；
102.第一荷电阈值小于或等于第二荷电阈值。
103.本实施例中，可选第一荷电阈值为40%，第二荷电阈值为60%，可以理解，此数值仅是一种具体示例，在其他实施例中还可选为其他数值，不限于此。
104.在第一超级电容组件中第一超级电容储存的能量即第一荷电量小于40%时，控制模块按照第1控制状态工作，第1控制状态包括第一开关导通、第一超级电容进入充电状态且双向斩波器进入降压模式，那么配电模块中的能量为第一超级电容充电。
105.在第一超级电容组件中第一超级电容储存的能量大于60%时，控制模块按照第2控制状态工作，第2控制状态包括第一开关关断，那么第一超级电容与配电模块的传输路径关断，第一超级电容的充电结束。第一超级电容的储能区间在40%-60%，但不限于此；第一超级电容获取的能量可能来自于动力电池，也可能来自于回收能量。
106.可选第一超级电容组件的第一荷电量和动力电池的电池荷电量满足预先设置的第i控制状态包括：
107.能量管理系统处于制动模式，按照第3控制状态控制动力电池进入充电状态；
108.或者，能量管理系统处于驱动模式，按照第4控制状态控制动力电池进入放电状态。
109.本实施例中，能量管理系统处于制动模式时，动力电池可以回收能量，则控制模块按照第3控制状态工作，第3控制状态包括动力电池进入充电状态，那么配电模块中的能量为动力电池充电。
110.能量管理系统处于驱动模式时，动力电池提供动力，则控制模块按照第4控制状态工作，第4控制状态包括动力电池进入放电状态，那么动力电池向配电模块放电，以便于通过配电模块给其他负载提供能量。
111.可以理解，系统运行过程中开关ka保持闭合状态。
112.可选第一超级电容组件的第一荷电量和动力电池的电池荷电量满足预先设置的第i控制状态包括：
113.在能量管理系统处于制动模式且动力电池的电池荷电量大于第一电池荷电阈值时，按照第1控制状态控制第一开关导通且第一超级电容组件进入充电状态；
114.或者，在能量管理系统处于驱动模式且动力电池的电池荷电量小于第二电池荷电阈值时，按照第5控制状态控制第一开关导通且第一超级电容组件进入放电状态；
115.第一电池荷电阈值大于或等于第二电池荷电阈值。
116.本实施例中，可选第一电池荷电阈值为80%，第二电池荷电阈值为20%，可以理解，此数值仅是一种具体示例。在其他实施例中还可选为其他数值，如第一电池荷电阈值为90%或100%，第二电池荷电阈值为10%或30%，不限于此。
117.能量管理系统处于制动模式时，动力电池可以回收能量，若动力电池的能量充足导致能量回收受限，则第一超级电容可以回收能量。具体的，在能量管理系统处于制动模式且动力电池的电池荷电量大于80%时，控制模块按照第1控制状态工作，第1控制状态包括第一开关导通、第一超级电容进入充电状态且双向斩波器进入降压模式，那么配电模块中的能量分别为动力电池和第一超级电容充电。基于此，制动模式下，动力电池的能量回收受限时，将制动产生的能量储存在第一超级电容中，可以避免能量浪费，在此情况下第一超级电容可以持续储存能量直至其能量达到100%结束。
118.能量管理系统处于驱动模式时，动力电池可以提供驱动能量，若动力电池的能量不足导致驱动受限，则第一超级电容可以提供驱动能量。具体的，在能量管理系统处于驱动模式且动力电池的电池荷电量小于20%时，控制模块按照第5控制状态工作，第5控制状态包
括第一开关导通、第一超级电容进入放电状态且双向斩波器进入升压模式，那么动力电池给配电模块提供能量，同时，第一超级电容充电给配电模块提供能量。基于此，驱动模式下，动力电池和第一超级电容同时提供驱动能量，可以提高驱动能力。
119.可选能量管理系统还包括第二开关、第二超级电容组件和n个减振模块，n取值为正整数，第二超级电容组件通过第二开关连接第一超级电容组件，第二超级电容组件还连接每个减振模块；图10是本发明实施例提供的另一种能量管理方法的示意图，如图10所示，能量管理方法还包括：
120.步骤130、在第二超级电容组件的第二荷电量小于第三荷电阈值时，按照第6控制状态控制第二开关导通且第二超级电容组件进入充电状态；或者，步骤140、在第二超级电容组件的第二荷电量大于第四荷电阈值或减振模块开启时，按照第7控制状态控制第二开关关断且第二超级电容组件进入放电状态；
121.第三荷电阈值小于或等于第四荷电阈值。
122.本实施例中，可选第三荷电阈值为90%，第四荷电阈值为95%，可以理解，此数值仅是一种具体示例。在其他实施例中还可选为其他数值，不限于此。
123.在第二超级电容组件中第二超级电容储存的能量即第二荷电量小于90%时，控制模块按照第6控制状态工作，第6控制状态包括第二开关导通、第二超级电容进入充电状态且单向斩波器进入升压模式，那么第一超级电容给第二超级电容充电。基于此，第二超级电容存储的能量可以始终大于90%，以便于为减振模块提供充足的能量，达到主动和快速减振效果。
124.在第二超级电容组件中第二超级电容储存的能量大于95%时，控制模块按照第7控制状态工作，第7控制状态包括第二开关关断且第二超级电容进入放电状态，那么第一超级电容与第二超级电容的传输路径关断，第二超级电容的充电结束，斩波器停止工作。若减振模块开启，那么第7控制状态还包括第三开关导通，那么第二超级电容进入放电状态以给减振模块提供能量，保证减振模块的减振工作正常进行。
125.如上所述，在没有能量回收时，若第一超级电容的荷电量过低，则动力电池可通过ka、第一开关k1、经过双向斩波器给第一超级电容充电。当动力电池释放出的能量不足时，第一超级电容可通过双向斩波器给配电模块补充能量，驱动系统运行。另外，通过控制第三开关的导通与关断，第二超级电容给减振模块提供能量，实现减振效果。
126.基于同一发明构思，本发明实施例提供一种车辆，该车辆包括如上任意实施例所述的能量管理系统。该能量管理系统包括如上任意实施例所述的能量管理装置，该能量管理装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该能量管理装置包括如上任意实施例所述的控制模块。可选能量管理装置集成在车辆的整车控制器中。
127.车辆可以为新能源电动汽车，还可以为混合动力汽车。本发明实施例所提供的车辆可执行本发明任意实施例所提供的能量管理方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
128.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
129.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明
白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

技术特征：
1.一种能量管理系统，其特征在于，包括：配电模块，用于进行能量传输；动力电池，连接所述配电模块；第一超级电容组件，通过第一开关连接所述配电模块；控制模块，分别连接所述动力电池、所述第一超级电容组件和所述第一开关，用于根据所述第一超级电容组件的第一荷电量和所述动力电池的电池荷电量，控制所述第一开关的通断状态、所述动力电池的充放电状态和所述第一超级电容组件的充放电状态。2.根据权利要求1的所述能量管理系统，其特征在于，所述第一超级电容组件包括第一超级电容和双向斩波器，所述第一超级电容通过所述双向斩波器连接所述配电模块，所述第一超级电容连接所述控制模块；所述第一开关连接在所述第一超级电容和所述双向斩波器之间，或者，所述第一开关连接在所述双向斩波器和所述配电模块之间。3.根据权利要求1的所述能量管理系统，其特征在于，还包括：第二开关、第二超级电容组件和n个减振模块，n取值为正整数；所述第二超级电容组件通过所述第二开关连接所述第一超级电容组件，所述第二超级电容组件还连接每个所述减振模块；所述控制模块分别连接所述第二超级电容组件和所述第二开关，用于根据所述第二超级电容组件的第二荷电量，控制所述第二开关的通断状态。4.根据权利要求3的所述能量管理系统，其特征在于，所述第二超级电容组件包括第二超级电容、单向斩波器和第三开关，所述第二超级电容通过所述单向斩波器连接所述第一超级电容组件，所述第三开关连接在所述第二超级电容和所述减振模块之间，所述第二超级电容和所述第三开关分别连接所述控制模块；所述第二开关连接在所述第二超级电容和所述单向斩波器之间，或者，所述第二开关连接在所述单向斩波器和所述第一超级电容组件之间。5.根据权利要求3的所述能量管理系统，其特征在于，n大于1，所述n个减振模块并联连接。6.根据权利要求3的所述能量管理系统，其特征在于，所述减振模块包括控制器和磁流变隔减振单元，所述磁流变隔减振单元包括上盖和下盖；所述控制器贴合在所述磁流变隔减振单元的上盖外侧，或者，所述控制器贴合在所述磁流变隔减振单元的下盖外侧。7.一种能量管理方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6任一项的所述能量管理系统中，所述能量管理方法包括：获取所述第一超级电容组件的第一荷电量和所述动力电池的电池荷电量；若所述第一超级电容组件的第一荷电量和所述动力电池的电池荷电量满足预先设置的第i控制状态，按照所述第i控制状态控制所述第一开关的通断状态、所述动力电池的充放电状态和所述第一超级电容组件的充放电状态，1≤i≤m，m为所述能量管理系统中预先设置的控制状态的总数量。8.根据权利要求7的所述能量管理方法，其特征在于，所述第一超级电容组件的第一荷电量和所述动力电池的电池荷电量满足预先设置的第i控制状态包括：
在所述第一超级电容组件的第一荷电量小于第一荷电阈值时，按照第1控制状态控制所述第一开关导通且所述第一超级电容组件进入充电状态；或者，在所述第一超级电容组件的第一荷电量大于第二荷电阈值时，按照第2控制状态控制所述第一开关关断；所述第一荷电阈值小于或等于所述第二荷电阈值。9.根据权利要求7的所述能量管理方法，其特征在于，所述第一超级电容组件的第一荷电量和所述动力电池的电池荷电量满足预先设置的第i控制状态包括：所述能量管理系统处于制动模式，按照第3控制状态控制所述动力电池进入充电状态；或者，所述能量管理系统处于驱动模式，按照第4控制状态控制所述动力电池进入放电状态。10.根据权利要求9的所述能量管理方法，其特征在于，所述第一超级电容组件的第一荷电量和所述动力电池的电池荷电量满足预先设置的第i控制状态包括：在所述能量管理系统处于制动模式且所述动力电池的电池荷电量大于第一电池荷电阈值时，按照第1控制状态控制所述第一开关导通且所述第一超级电容组件进入充电状态；或者，在所述能量管理系统处于驱动模式且所述动力电池的电池荷电量小于第二电池荷电阈值时，按照第5控制状态控制所述第一开关导通且所述第一超级电容组件进入放电状态；所述第一电池荷电阈值大于或等于所述第二电池荷电阈值。11.根据权利要求7的所述能量管理方法，其特征在于，所述能量管理系统还包括第二开关、第二超级电容组件和n个减振模块，n取值为正整数，所述第二超级电容组件通过所述第二开关连接所述第一超级电容组件，所述第二超级电容组件还连接每个所述减振模块；所述能量管理方法还包括：在所述第二超级电容组件的第二荷电量小于第三荷电阈值时，按照第6控制状态控制所述第二开关导通且所述第二超级电容组件进入充电状态；或者，在所述第二超级电容组件的第二荷电量大于第四荷电阈值或所述减振模块开启时，按照第7控制状态控制所述第二开关关断且所述第二超级电容组件进入放电状态；所述第三荷电阈值小于或等于所述第四荷电阈值。12.一种车辆，其特征在于，包括：如权利要求1-6任一项的所述能量管理系统。

技术总结
本发明公开了一种能量管理系统、方法及车辆，该能量管理系统包括：配电模块，用于进行能量传输；动力电池，连接配电模块；第一超级电容组件，通过第一开关连接配电模块；控制模块，分别连接动力电池、第一超级电容组件和第一开关，用于根据第一超级电容组件的第一荷电量和动力电池的电池荷电量，控制第一开关的通断状态、动力电池的充放电状态和第一超级电容组件的充放电状态。本发明中，能量管理系统能够提高系统回收能量的有效利用，还能够提高系统驱动能力，避免回收能量的浪费，还避免动力电池释放能量受限导致的系统驱动受限问题，实现了对配电模块、动力电池和第一超级电容组件中能量的有效管理和分配，提高能量利用效率。提高能量利用效率。提高能量利用效率。


技术研发人员：郑强 刘荣贵 张永强 支开印 赵春枝 冯燕
受保护的技术使用者：临工重机股份有限公司
技术研发日：2023.09.11
技术公布日：2023/10/20