CN107351793B - 一种车载电源系统及汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车载电源系统及汽车，车载电源系统包括控制柜以及与所述控制柜相连接的可充放电的蓄电池组，所述控制柜包括充电装置、逆变电源装置、电池管理系统以及与所述电池管理系统连接并对其进行供电的DC/DC模块，市电通过所述充电装置连接所述蓄电池组并对所述所述蓄电池组进行充电，所述蓄电池组通过所述逆变电源装置连接车用负载并对所述车用负载进行供电。本发明的一种车载电源系统，其能够直接采用交流市电对蓄电池组进行充电，方便简单，且可以稳定的输出交流电；采用DC/DC模块对电池管理系统进行充电，保证了电池管理系统使用的稳定性，整个电源系统保护策略齐全，使用更加稳定安全，适用范围广。
Description
技术领域
本发明属于电源制造技术领域，具体涉及一种车载电源系统及汽车。
背景技术
随着科技的发展，汽车的功能也越来越多样化，汽车上的设备也越来越多，但是有很多设备只能在接入交流电的情况下才能使用从而限制了其应用于汽车上。
另一方面，随着经济社会的发展以及国民素质的提高，无偿献血得到了迅速的发展，而采血模式也由固定模式向流动形式转变，给采血工作提出了更高的要求。
合适的环境对献血者以及血液的分析和存储很重要，所以流动形式的采血多在采血车中进行。采血车是特殊的设备，而采血车的电源系统也是一种特殊的电源系统。在采血和运输过程中，很多仪器都需要稳定的交流电源供电，比如说根据要求血液应保持在3-8℃，血浆须保持在-23℃的环境下储存，因此需要专用的血液、血浆冷藏箱进行保温。但由于采血点的流动性较大，给采血设备的供电电源接入带来很大的困难，在一些发达城市还可以得到解决，而在一些偏远的采血点采血时，基本就没有交流电源可以接入。
目前市售采血车解决此困难所采取的技术方案为在采血车的车体下方安装有柴油发动机，在到达采血点后，开启柴油发动机发电来提供交流电，但是此种方案带来的缺点也是显而易见的，一是柴油发动机工作时产生大量的废气，直接排到采血车附近的空气中，造成空气污染，不利于环保要求；二是发动机工作时噪声大，直接影响附近居民、办公楼及周围环境。而且柴油可燃、易爆，在特殊情况或操作不当，存在产生火灾或爆燃的事故隐患。
针对采血车利用柴油机提供电能所产生的环境污染和噪音污染问题，本领域内已出现了采用可充放电的车载电源对采血仪器等进行供电的技术。如中国专利申请号201420399804.9，专利名称为“采血车及采血车载设备的供电结构”的实用新型专利，其公开了一种在采血车的车体内安装有对车用负载如空调压缩机、采血设备等进行供电的可充电锂电池组，使采血车及车载设备可以在各种不同的环境下一般都可以稳定地得到电力供应，同时消除噪音的影响。但是其缺点在于：一是该采血车只能利用直流充电桩和自带的太阳能充电板对可充电锂电池组进行充电，而无法利用普通的交流市电对其进行充电，这样造成很大的不便；二是其利用车载铅酸蓄电池与BMS（电池管理系统；Battery ManagementSystem）连接并为BMS供电，这样设置所产生的问题是会导致车载铅酸蓄电池耗电过多、电压过低，影响车载铅酸蓄电池的寿命，进而使得整个供电结构的稳定性较差。
发明内容
有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种车载电源系统，其能够直接采用交流市电对蓄电池组进行充电，方便简单，且可以稳定的输出交流电；采用DC/DC模块对电池管理系统进行充电，保证了电池管理系统使用的稳定性，整个电源系统保护策略齐全，使用更加稳定安全；该车载电源系统适用于汽车车内负载需要交流电的情况下，适用范围广，尤其适用于采血车上。
为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：
一种车载电源系统，包括控制柜以及与所述控制柜相连接的可充放电的蓄电池组，所述控制柜包括充电装置、逆变电源装置、电池管理系统以及与所述电池管理系统连接并对其进行供电的DC/DC模块，市电通过所述充电装置连接所述蓄电池组并对所述蓄电池组进行充电，所述蓄电池组通过所述逆变电源装置连接车用负载并对所述车用负载进行供电。充电装置为充电机，其将交流电转换成直流电以对蓄电池组进行充电；逆变电源装置为逆变器，其将蓄电池组放出的直流电转换成交流电以对车用负载进行供电。DC/DC模块将直流电转化为直流电，提供24V的电源以对电池管理系统提供电源。
优选地，所述蓄电池组为多个并联连接的电池包，多个所述电池包并联连接后与所述控制柜连接。采用模块化的电池包之间并联连接，这样不仅可以根据用户的实际需求进行电池包的删减，而且在其中的某一个电池包出现问题不能继续使用时不会影响整个电源系统的工作，可以在方便的时候再进行电池包的修理和更换。
进一步优选地，所述电池包通过CAN总线与所述电池管理系统相连。CAN（Controller Area Network；控制器局域网络）最初为德国Bosch公司为汽车监控和控制系统所设计的，现在的绝大多数汽车都采用CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。
更加优选地，每个所述电池包中设置多个串联连接的锂电池、对所述锂电池进行数据采集的LMU、通过所述CAN总线连接所述LMU和所述电池管理系统的CAN收发器。LMU为本地电池监控单元（Local Management Unit）。
还优选地，所述DC/DC模块与所述LMU相连接并对其进行供电。所述DC/DC模块提供的24V电源对每个LMU进行供电。
进一步优选地，每个所述电池包都具有对所述电池包进行控温的恒温系统。所述恒温系统控制所述电池包保持在一定的温度，由于采用的是锂电池，其在温度较高时具有较好的功效，所以所述恒温系统在电池包低于0℃时提供加热功能，且放电时由电池包进行放电加热，充电时由充电机供电加热，当加热达到一定温度后由于充放电电池的自升温可以维持电池组温度。
优选地，所述车载电源系统还包括对所述车载电源系统进行实时监控的监控系统，所述监控系统通过CAN总线与所述控制柜相连接。所述监控系统可对充电过程、放电过程以及充放电的过程进行实时监控，并可对所述电源系统进行升级、故障报警等工作。
优选地，所述逆变电源装置和所述蓄电池组之间还设置有霍尔传感器和熔断器。所述霍尔传感器具有检测充放电电流方向、SOC积分计算以及过流保护等的作用。SOC为电池组荷电状态（State of charge），其取值范围为0-1，当SOC=0时表示电池放电完全，当SOC=1时表示电池完全充满。所述熔断器为100A/500V规格的熔断丝，以在出现负载短路的情况下保护电源系统。
优选地，所述控制柜中安装有散热装置和报警装置。所述散热装置为风机，所述控制柜上开设有散热孔；所述报警装置为烟雾传感器，其在检测到烟雾时发出警报，杜绝安全事故的发生。
本发明还提供了一种汽车，包括如上所述的车载电源系统。若应用于采血车，则还包括了位于采血车上的车用负载如采血仪器、对血液进行分析的分析仪器以及对血液进行保存的储藏设备等。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：本发明的一种车载电源系统，其能够直接采用交流市电对蓄电池组进行充电，方便简单，且可以稳定的输出交流电；采用BMS对整个电源系统进行管理，解决了现有技术中采用继电器联锁或PLC技术方案所产生的弊端；采用DC/DC模块对电池管理系统进行充电，保证了电池管理系统使用的稳定性，整个电源系统保护策略齐全，使用更加稳定安全；该车载电源系统适用于汽车车内负载需要交流电的情况下，适用范围广，尤其适用于采血车上。
附图说明
图1为本发明的实施例中控制柜的结构图；
图2为本发明的实施例中蓄电池组的原理图；
图3为本发明的实施例中电池包的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明优选的实施方式进行详细说明。
参照图1至3，本实施例的车载电源系统包括控制柜以及与控制柜相连接的可充放电的蓄电池组，控制柜包括对蓄电池组进行充电的充电装置、逆变电源装置、电池管理系统（BMS）以及与BMS连接并对BMS进行供电的DC/DC模块，充电装置连接市电和蓄电池组，逆变电源装置连接车用负载和蓄电池组。蓄电池组通过逆变电源装置为车用负载提供电能，交流市电（220V，50Hz）通过充电装置对蓄电池组进行充电。本实施例中的充电装置为充电机，其将交流电转换成直流电以对蓄电池组进行充电；逆变电源装置为逆变器，其将蓄电池组放出的直流电换成交流电以对车用负载进行供电。DC/DC模块将直流电转化为直流电，提供24V的电源以对BMS提供电源。
图中J代表继电器，由BMS根据实时监控的数据以及程序预设的规格参数通过CAN总线控制继电器进而控制对应的开关。图中AC代表交流电，DC代表直流电。
本实施例的蓄电池组为多个并联连接的电池包，多个电池包并联连接后与控制柜连接。采用模块化的电池包之间并联连接，这样不仅可以根据用户的实际需求进行电池包的删减，而且在其中的某一个电池包出现问题不能继续使用时不会影响整个电源系统的工作，可以在方便的时候再进行电池包的修理和更换。本实施例中的蓄电池组包括10个电池包，每5个电池包位于同一支架上为一组，共两组，每个电池包24V，10个电池包共240V。
电池包通过CAN总线与BMS相连。CAN（Controller Area Network；控制器局域网络）最初为德国Bosch公司为汽车监控和控制系统所设计的，现在的绝大多数汽车都采用CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。
每个电池包中设置多个串联连接的锂电池、对锂电池进行数据采集的LMU、通过CAN总线连接LMU和电池管理系统的CAN收发器。LMU为本地电池监控单元（LocalManagement Unit），DC/DC模块与每个LMU相连接并对其进行供电。本实施例中每个电池包中设置有75块串联连接的锂电池。每个电池包的正极总线路上还设置有50A的熔断丝，以增强使用的安全性。
每个电池包都具有对电池包进行控温的恒温系统。恒温系统控制电池包保持在一定的温度，由于采用的是锂电池，其在温度较高时具有较好的功效，所以恒温系统在电池包低于0℃时提供加热功能，且放电时由电池包进行放电加热，充电时由充电机供电加热，当加热达到一定温度后由于充放电电池的自升温可以维持电池组温度。本实施例的恒温系统为在电池包的内部设置有水管，通过循环水泵将带有温度的水通过水管在电池包和水箱之间循环以对电池包内的锂电池进行控温。
电源系统还包括对电源系统进行实时监控的监控系统，监控系统通过CAN总线与控制柜相连接。监控系统可对充电过程、放电过程以及充放电过程进行实时监控，并可对电源系统进行升级、故障报警等工作。监控系统包括位于汽车终端控制平台上的本地监控系统和位于控制中心的远程数据控制系统。
逆变电源装置和蓄电池组之间还设置有霍尔传感器和熔断器。霍尔传感器具有检测充放电电流方向、SOC积分计算以及过流保护等的作用。SOC为电池组荷电状态（State ofcharge），其取值范围为0-1，当SOC=0时表示电池组放电完全，当SOC=1时表示电池组完全充满。逆变电源装置和蓄电池组之间的熔断器为100A/500V规格的熔断丝，以在出现负载短路的情况下保护电源系统。
控制柜中设置有散热装置，控制柜上开设有散热孔，本实施例的散热装置为风机。控制柜中还安装有报警装置，本实施例的报警装置为烟雾传感器，其在检测到烟雾时发出警报，杜绝安全事故的发生。
本实施例的车载电源系统可适用于汽车车内负载需要交流电的情况下，适用范围广，尤其适用于采血车内。
本实施例还提供了一种采血车，包括采血车的车用负载以及对车用负载提供电能的上述车载电源系统，车用负载包括采血仪器、对血液进行分析的分析仪器以及对血液进行保存的储藏设备等。
在具体的实施应用中，当位于采血车控制平台的启动开关闭合后，控制系统启动，车载电瓶先对BMS做启动唤醒，等到BMS运行后，DC/DC模块为整个控制系统继续供电，并及时断开车载电瓶供电以避免车载电瓶过多耗电，维持BMS的稳定性。系统电压默认是10个电池包并联，事实上是根椐用户实际配置计算，BMS会在上电5秒之内检测电池包的组合后自动识别，BMS会采样总电压与实际检查到的电池包、模块数量判断组合的正确性，再自动配置系统过压、低压、绝缘阻抗等报警参数。如果是不合法的组合，BMS会向监控系统发出最高级别报警。
在符合放电条件下，蓄电池组为逆变器、DC/DC模块以及恒温系统提供回路。蓄电池组放出的直流电通过逆变器转化为交流电并对车用负载供电。在符合充电条件下，交流市电为充电机、DC/DC模块以及恒温系统提供回路，且交流市电通过充电机将交流电转化为直流电为蓄电池组进行充电。在某些情况下，需要在蓄电池组中的电源不充足的情况下电源系统必须持续不间断的工作，本实施例的电源系统可以保证蓄电池组在放电的过程中可持续的充电，该功能可使采血车进行正常的采血工作，不受任何影响。同理，充电的过程中也可持续放电。
等到所有工作结束后，将控制平台的启动开关断开，中控台开关断开后，电源系统关闭逆变器的输出，并断开放电回路，整个电源系统停止工作。
无论是充电过程、放电过程或者是边充电边放电过程，只要控制系统启动，就会对电源系统的各个参数进行监控。位于每个电池包内的LMU进行此电池包内每块锂电池的电压和温度等的采集，并通过CAN总线反馈给BMS和监控系统。BMS对单体电池电压、电池组电压、电池组电流、电池组直流内阻、电池组荷电状态（SOC）、电池组健康状态（SOH）、电池局部温度、附属电路板温度、单体电芯直流内阻、对地绝缘电阻等参数进行实时监控并通过CAN总线反馈给监控系统，若其中有数据偏离预设值，便会向监控系统发出警报。
在具体的实施应用中，蓄电池组中电池包的个数可以根据用户的需求增加或删减，控制柜和蓄电池组也可以根据实际情况整合到一起，并可拆卸的安装于采血车上。
本发明的一种车载电源系统通过在控制柜中设置充电机，可直接由交流市电通过充电机对蓄电池组进行充电，简单方便；设置逆变器可直接将蓄电池组放出的直流电转变为交流电供车用负载使用；采用BMS对整个电源系统进行管理，解决了传统采用继电器联锁或PLC技术方案所产生的弊端；采用DC/DC模块与BMS和LMU连接并对其进行供电，减少了车载电瓶的耗电，保证了电池管理系统使用的稳定性，整个电源系统保护策略齐全，使用更加稳定安全；该车载电源系统适用于汽车车内负载需要交流电的情况下，适用范围广，尤其适用于采血车上。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种采血车，其特征在于：包括车载电源系统和位于采血车上的车用负载；所述车用负载包括采血仪器、对血液进行分析的分析仪器以及对血液进行保存的储藏设备；
所述车载电源系统包括控制柜以及与所述控制柜相连接的可充放电的蓄电池组，所述控制柜包括充电装置、逆变电源装置、电池管理系统以及与所述电池管理系统连接并对其进行供电的DC/DC模块，市电通过所述充电装置连接所述蓄电池组并对所述蓄电池组进行充电，所述蓄电池组通过所述逆变电源装置连接车用负载并对所述车用负载进行供电；
所述蓄电池组为多个并联连接的电池包，多个所述电池包并联连接后与所述控制柜连接；每个所述电池包中设置多个串联连接的锂电池、对所述锂电池进行数据采集的LMU、通过CAN总线连接所述LMU和所述电池管理系统的CAN收发器；所述DC/DC模块与BMS和LMU连接并对其进行供电，用于减少车载电瓶的耗电，提升电池管理系统使用的稳定性；所述车载电源系统仅设置有一个BMS；
所述电池包通过CAN总线与所述电池管理系统相连；所述DC/DC模块与所述LMU相连接并对其进行供电；每个所述电池包都具有对所述电池包进行控温的恒温系统；所述恒温系统为在所述电池包的内部设置有水管，通过循环水泵将带有温度的水通过水管在电池包和水箱之间循环以对电池包内的锂电池进行控温；
所述车载电源系统还包括对所述车载电源系统进行实时监控的监控系统，所述监控系统通过CAN总线与所述控制柜相连接；所述监控系统用包括位于汽车终端控制平台上的本地监控系统和位于控制中心的远程数据控制系统；
所述逆变电源装置和所述蓄电池组之间还设置有霍尔传感器和熔断器；所述控制柜中安装有散热装置和报警装置；所述散热装置为风机，所述报警装置为烟雾传感器；
包括继电器，由BMS根据实时监控的数据以及程序预设的规格参数通过CAN总线控制继电器进而控制对应的开关；
所述采血车控制平台的启动开关闭合后，控制系统启动，车载电瓶先对BMS做启动唤醒，等到BMS运行后，DC/DC模块为整个控制系统继续供电，并及时断开车载电瓶供电以避免车载电瓶过多耗电，维持BMS的稳定性；在符合放电条件下，蓄电池组为逆变器、DC/DC模块以及恒温系统提供回路；蓄电池组放出的直流电通过逆变器转化为交流电并对车用负载供电；在符合充电条件下，交流市电为充电机、DC/DC模块以及恒温系统提供回路，且交流市电通过充电机将交流电转化为直流电为蓄电池组进行充电；
所述蓄电池组在放电的过程中可持续的充电，在充电的过程中也可持续放电；
充电过程、放电过程或者是边充电边放电过程，控制系统启动中，会对电源系统的各个参数进行监控；位于每个电池包内的LMU进行此电池包内每块锂电池的电压和温度的采集，并通过CAN总线反馈给BMS和监控系统；BMS对单体电池电压、电池组电压、电池组电流、电池组直流内阻、电池组荷电状态、电池组健康状态、电池局部温度、附属电路板温度、单体电芯直流内阻、对地绝缘电阻参数进行实时监控并通过CAN总线反馈给监控系统，若其中有数据偏离预设值，便会向监控系统发出警报。
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