CN110303907B - 车辆的电力供应系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种车辆的电力供应系统及其控制方法，车辆的电力供应系统包括：高压电池，储存电力；功率继电器，设置在高压电池与电负载之间；第一转换器，通过功率继电器从高压电池接收电力；第二转换器，绕过功率继电器直接从高压电池接收电力；电负载，从第一转换器和第二转换器中的至少一个接收电力；以及控制器，基于车辆的启动状态，控制功率继电器、第一转换器或第二转换器的操作。

Description

车辆的电力供应系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种车辆的电力供应系统及其控制方法，具体地，涉及去除低压电池并利用高压电池的电力来供应车辆的电力的系统及其控制方法。
背景技术
如今，使用化石燃料作为燃料的内燃机车辆具有由废气引起的环境污染、由二氧化碳引起的全球变暖、由臭氧的产生等引起的呼吸道疾病等的问题。
为了解决上述问题，正积极研发各种环保车辆，例如，利用电动马达来行驶的纯电动车辆(EV)、利用发动机和电动马达来行驶的混合动力车辆(HEV)、利用燃料电池的发电驱动电动马达来行驶的燃料电池车辆(FCEV)。
尤其，所述环保车辆搭载有包括电力转换装置等的电力供应系统。图1是根据现有技术的电力供应系统的结构图。参照图1，根据现有技术的电力供应系统包括分开设置的高压电池10和低压电池50(12V BAT)。
低压电池50(12V BAT)在车辆处于关闭(off)状态下向电负载30供应电力，当车辆处于启动(on)时，向控制器(未示出)供应电力，以便控制器(未示出)接通(on)功率继电器20(PRA)，从而将高压电池10的电力供应到马达60。当功率继电器20(PRA)被接通时，马达60接收高压电池10的电力以启动发动机61。
在车辆处于启动状态期间，高压电池10的电力经过转换器40(LDC)的电力转换后被供应到电负载30。即，在车辆处于启动状态下，高压电池10的电力被供应到电负载30，但是在车辆处于关闭状态下，低压电池50的电力被供应到电负载30。
因此，在环保车辆中同时使用供应高电压(60V以上)的电力的高压电池10和供应低电压(12V)的电力的低压电池50两种电池。另外，当低压电池50的充电量不足时，将高压电池10的电力通过转换器40(LDC)转换电压后对低压电池50进行充电。
但是，除了高压电池之外，在车辆上还需要另外搭载低压电池，因此，需要额外的成本和空间。另外，在车辆处于关闭状态下，当低压电池放电时，在不供应外部电力的情况下车辆无法启动。
上述的作为背景技术说明的内容仅仅是为了增加对本发明的背景的理解，而不应被理解为本领域技术人员所公知的现有技术。
现有技术文献
(专利文献1)KR 10-1500080B
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种车辆上不搭载低压电池，而仅利用高压电池来向车辆供应电力的车辆的电力供应系统及其控制方法。
(二)技术方案
用于实现上述目的的根据本发明的车辆的电力供应系统包括：高压电池，储存电力；功率继电器，设置在高压电池与电负载之间；第一转换器，通过功率继电器从高压电池接收电力；第二转换器，绕过功率继电器直接从高压电池接收电力；电负载，从第一转换器和第二转换器中的至少一个接收电力；以及控制器，基于车辆的启动状态，控制功率继电器、第一转换器或第二转换器的操作。
车辆的电力供应系统还可以包括马达，所述马达在功率继电器与第一转换器之间分支，并通过功率继电器从高压电池接收电力。
第一转换器的电力转换容量可以大于第二转换器的电力转换容量。
当车辆处于启动状态时，控制器可以进行控制以连接功率继电器，从而将高压电池的电力供应到第一转换器。
在功率继电器被连接的状态下，当检测到第一转换器的故障时，控制器可以控制第一转换器停止操作。
当车辆处于关闭状态时，控制器可以进行控制以切断功率继电器的连接，从而切断供应到第一转换器的高压电池的电力。
车辆的电力供应系统还可以包括电力储存装置，所述电力储存装置位于第二转换器与电负载之间，并储存从第二转换器供应的电力。
当车辆处于关闭状态时，控制器可以基于电力储存装置的充电状态，控制第二转换器的操作。
车辆的电力供应系统还可以包括辅助继电器，所述辅助继电器位于第二转换器与电负载之间，连接或切断从第二转换器供应到电负载的电力。
当车辆处于关闭状态时，控制器可以判断高压电池的放电可能性，并且可以基于判断的放电可能性，控制辅助继电器的操作。
辅助继电器可以在车辆的手动钥匙旋转时被连接，从而连接从第二转换器供应到电负载的电力。
用于实现上述目的的根据本发明的车辆的电力供应系统的控制方法可以包括以下步骤：控制器判断车辆的启动状态；以及当车辆处于启动状态时，控制器进行控制以连接功率继电器，从而将高压电池的电力供应到第一转换器，当车辆处于关闭状态时，控制器进行控制以切断功率继电器，从而使高压电池的电力不被供应到第一转换器。
在控制器连接或切断功率继电器之后还可以包括以下步骤：当功率继电器被连接时，控制器检测第一转换器的故障；以及当第一转换器发生故障时，控制器控制第一转换器停止操作。
在控制器连接或切断功率继电器的步骤中，控制器可以控制第二转换器与车辆的启动状态无关地持续操作。
车辆的电力供应系统的控制方法可以包括以下步骤：控制器判断车辆的启动状态；当车辆处于启动状态时，控制器进行控制以连接功率继电器，从而将高压电池的电力供应到第一转换器，当车辆处于关闭状态时，控制器进行控制以切断功率继电器，从而使高压电池的电力不被供应到第一转换器；以及当车辆处于关闭状态时，控制器检测电力储存装置的充电状态，并且基于检测的充电状态，控制第二转换器的操作。
(三)有益效果
根据本发明的车辆的电力供应系统及其控制方法，由于不包括低压电池的结构，从而减少成本及车辆的重量。
另外，可以根据电负载所需的电力，选择使用第一转换器和第二转换器，因此提高整体电力供应系统的转换效率。
另外，在第一转换器发生故障时，可以利用第二转换器进行故障安全(Fail-Safe)控制。
另外，通过增加电力储存装置，使第二转换器间歇性地操作，从而使第二转换器的发热电力和损失电力最小化。
另外，通过增加辅助继电器，能够防止由暗电流导致的高压电池放电的情况。
附图说明
图1是根据现有技术的车辆的电力供应系统的结构图。
图2至图4是根据本发明的一个实施例的车辆的电力供应系统的结构图。
图5是根据本发明的一个实施例的车辆的电力供应系统的控制方法的流程图。
附图标记说明
10：高压电池 20：功率继电器(PRA)
30：电负载 40：转换器
50：低压电池 60：马达
61：发动机 70：第一转换器
80：第二转换器 81：电力储存装置
82：辅助继电器 90：控制器
具体实施方式
对本说明书或申请中公开的本发明的实施例的特定的结构以及功能性描述仅仅是为了说明根据本发明的实施例而例示的，根据本发明的实施例可以以各种方式实施，而不应被解释为局限于本说明书或申请中描述的实施例。
根据本发明的实施例可以进行各种改变并且可以具有各种形态，因此，将在附图中例示特定实施例，并在本说明书或申请中进行详细说明。但是，这并不旨在将根据本发明的概念的实施例局限在特定的公开形态，而应被理解为包括本发明的思想和技术范围中包含的所有变更、等同物乃至替代物。
第一及/或第二等术语可以用于描述各种组件，但是，所述组件不应局限于所述术语。所述术语的目的仅在于将一个组件与其他组件进行区分，例如，在不脱离根据本发明的概念的权利范围内，第一组件可以被命名为第二组件，类似地，第二组件也可以被命名为第一组件。
当提及某一个组件与其他组件“连接”或“耦合”时，所述某一个组件可以与所述其他组件直接连接或耦合，但是，也可以理解为在所述两个组件之间存在其他组件。另一方面，当提及某一个组件与其他组件“直接连接”或“直接耦合”时，应被理解为在所述两个组件之间不存在其他组件。对用于描述组件之间的关系的其他表述，即，“在…之间”和“直接在…之间”或“与…相邻”和“与…直接相邻”等也应同样地解释。
本说明书中使用的术语仅仅用于说明特定的实施例，并不旨在限定本发明。除非在上下文中明确地表示其他含义，单数包括多数。本说明书中，“包括”或“具有”等术语应被理解为用于指定设置的特征、数字、步骤、操作、组件、配件或其组合的存在，而不是预先排除一个或一个以上的其他特征、数字、步骤、操作、组件、配件或其组合的存在或附加的可能性。
除非另有定义，本说明书中使用的包括技术术语和科学术语的所有术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。诸如在常用词典中被定义的术语应被解释为具有与在相关技术的上下文中所具有的含义相同的含义，除非本说明书中明确地定义，否则不应被解释为理想化或过度正式的含义。
下面，通过参照附图对本发明的优选实施例进行说明来对本发明进行详细说明。各附图中标记的相同的附图标记表示相同的部件。
图2是根据本发明的一个实施例的车辆的电力供应系统的结构图。
参照图2，根据本发明的一个实施例的车辆的电力供应系统包括：高压电池10，储存电力；功率继电器20，设置在高压电池10与电负载30之间；第一转换器70，通过功率继电器20从高压电池10接收电力；第二转换器80，绕过功率继电器20直接从高压电池10接收电力；电负载30，从第一转换器70和第二转换器80中的至少一个接收电力；以及控制器90，基于车辆的启动状态，控制功率继电器20、第一转换器70或第二转换器80的操作。
高压电池10作为储存所充电力的电池，可以供应60V以上的高电压。高压电池10可以与电负载30连接。电负载30可以从第一转换器70和第二转换器80中的至少一个接收电力。
功率继电器20(Power Relay Assembly，PRA)是根据车辆的启动状态被控制的继电器，是在车辆处于关闭(off)状态下保持断开(off)的状态并且在车辆处于启动(On)时被连接的继电器。用于接通(on)功率继电器20以启动车辆的控制装置(未示出)可以包括在电负载30中，控制装置(未示出)也可以与电负载30单独连接，以在车辆处于关闭状态下，利用从第二转换器80接收的电力接通功率继电器20。
电负载30可以通过约12V的低电压的电力来操作，为此，由高压电池10供应的电力可以通过第一转换器70或第二转换器80转换(Converting)为低电压后供应到电负载30。
第一转换器70可以通过功率继电器20从高压电池接收电力，并向电负载30供应电力。第二转换器80可以绕过功率继电器20直接从高压电池10接收电力，并向电负载30供应电力。即，第二转换器80可以持续操作，而第一转换器70可以仅在功率继电器20接通时操作。因此，作为不包括低压电池的结构的车辆的电力供应系统，可通过去除低压电池的结构，从而在降低成本和重量的同时向需要低电压的电力的电负载30供应电力。
第一转换器70的电力转换容量可以大于第二转换器80的电力转换容量。即，第一转换器70可以具有千瓦(kW)级的大的电力转换容量，以在车辆处于启动状态下向电负载30供应充足的电力，由于在车辆处于关闭状态下，需要相对小的电力，因此第二转换器80可以具有瓦(W)级的小的电力转换容量，以在车辆处于关闭状态下供应暗电流(dark current)和备用电力(standby power)。第二转换器80可以利用相对小的电力转换容量和低价型转换器。
通常，转换器在低电流区域中具有低转换效率。因此，在电负载30需要大量的电力的启动(on)状态下，利用第一转换器70供应电力，在电负载30需要少量的电力的关闭(off)状态下，利用第二转换器80供应电力，通过这样的结构能够提高整个系统的转换效率。
并且，第一转换器70和第二转换器80不局限于由分开的两个转换器组成的配置，也可以在一个壳体内部只是在电路上分开来形成。尤其，可以将具有一个壳体的转换器分为多个电路，并根据电负载30所需的电量，从分开的多个电路中选择需要操作的电路。即，随着所需电量增加，可以操作较多数量的电路，以承受大的电力转换容量，并且随着所需电量减少，可以操作较少数量的电路，以提高转换效率。
车辆的电力供应系统还可以包括马达60，所述马达60在功率继电器20与第一转换器70之间分支，并通过功率继电器20从高压电池10接收电力。马达60可以在功率继电器20接通(on)时接收高压电池10的电力。马达60与功率继电器20之间还可以包括逆变器。作为马达60的电动马达可以驱动车辆，并且在车辆启动时可以启动(Cranking)发动机61。
控制器90可以是包括在电池管理系统(Battery ManagementSystem，BMS)或能量管理系统(Energy Management System，EMS)中的控制器90，并且可以是作为上位控制器90的电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)等。
控制器90可以基于车辆的启动状态控制功率继电器20、第一转换器70或第二转换器80的操作。具体地，当车辆处于启动状态时，控制器90可以进行控制以连接功率继电器20，从而将高压电池10的电力供应到第一转换器70。相反，当车辆处于关闭状态时，控制器90可以进行控制以切断功率继电器20的连接，从而切断供应到第一转换器70的高压电池10的电力。
控制器90可以控制第二转换器80持续操作。即，可以使第二转换器80与车辆是否处于启动/关闭无关地持续操作。或者，控制器90可以控制第二转换器80只有在车辆处于关闭时操作，当车辆处于启动状态时，由于第一转换器70操作，从而控制第二转换器80停止操作。
控制器90可以控制第一转换器70也持续操作。或者，控制器90可以一起控制第一转换器70和功率继电器20，以在功率继电器20被连接时使第一转换器70操作，并且在切断功率继电器20的连接时使第一转换器停止操作。
在功率继电器20被连接的状态下检测到第一转换器70的故障时，控制器90可以控制第一转换器70停止操作。当判断为操作第一转换器70方面存在问题，即第一转换器70的电力转换异常或产生构成危险程度的发热等时，控制器90可以判断第一转换器70发生故障并停止第一转换器70的操作。在这种情况下，当停止第一转换器70的操作时，利用第二转换器80向电负载供应最小限度的电力，从而使车辆能够移动到安全的地方。因此，当第一转换器70发生故障时，可以进行利用第二转换器80的故障安全(Fail-Safe)控制。
图3是根据本发明的另一个实施例的车辆的电力供应系统的结构图。
参照图3，根据本发明的另一个实施例的车辆的电力供应系统还可以包括电力储存装置81，所述电力储存装置81位于第二转换器80与电负载30之间，并储存由第二转换器80供应的电力。
电力储存装置81可以是电容器(Capacitor)、超级电容器(Super Capacitor)或双电层电容器(Electrical Double Layer Capacitor，EDLC)等能够储存电能的装置。电力储存装置81可以储存由第二转换器80供应的电力，当第二转换器80的操作停止时放电并向电负载30供应电力。电力储存装置81与现有的低压电池相比充电容量低、价格低廉，并且通过这样的结构，可以在第二转换器80的操作停止的状态下，向电负载30供应电力。
尤其，当车辆处于关闭状态时，控制器90可以基于电力储存装置81的充电状态，控制第二转换器80的操作。电力储存装置81储存少量的能量，因此，在车辆处于关闭状态下，当电负载30仅需要暗电流(10mA)时，电力储存装置81可以放电并向电负载30供应电力。
此时，控制器90监控电力储存装置81的充电状态，并且可以根据监控的电力储存装置81的充电状态控制第二转换器80。具体地，当电力储存装置81处于超过预设定的充电量的充电状态时，可以停止第二转换器80的操作，只有在电力储存装置81为预设定的充电量以下时，可以使第二转换器80操作以对电力储存装置81进行充电。因此，根据第二转换器80间歇性地操作，可以使由第二转换器80内部的切换导致的发热和电力损失最小化。
图4是根据本发明的又一个实施例的车辆的电力供应系统的结构图。
参照图4，根据本发明的又一个实施例的车辆的电力供应系统还可以包括辅助继电器82，所述辅助继电器82位于第二转换器80与电负载30之间，以连接或切断从第二转换器80供应到电负载30的电力。
当车辆处于关闭状态被长时间保持等过度消耗暗电流时，可能发生高压电池10放电的问题。因此，辅助继电器82可以连接或切断从第二转换器80向电负载30供应的电力。辅助继电器82可以包括在第二转换器80内部，以切断向电负载30的电力供应。
尤其，当车辆处于关闭状态时，控制器90可以判断高压电池10的放电可能性，并且基于判断的放电可能性，控制辅助继电器82的操作。高压电池10的放电可能性可以通过保持车辆处于关闭的时间是否为预设定时间以上来判断，或者可以监控高压电池10的充电量(SOC)，并通过监控的高压电池10的充电量来判断。
当控制器90判断为高压电池10的放电可能性高时，控制器90可以进行控制使得辅助继电器82切断从第二转换器80向电负载30供应的电力。因此，可以通过暗电流防止高压电池10放电。
并且，辅助继电器82可以在车辆的手动钥匙(manual key)旋转时连接，从而可以连接从第二转换器80供应到电负载30的电力。具体地，车辆的手动钥匙中形成有小齿轮，通过小齿轮的旋转运动进行直线运动的齿条可以连接到小齿轮，并且可以通过齿条的直线运动连接辅助继电器82。辅助继电器82为锁止型，当通过齿条的直线运动连接时，即使齿条返回到原来位置，也可以保持连接状态。
即，辅助继电器82可以在车辆的手动钥匙旋转时连接，因此可以连接从第二转换器80供应到电负载30的电力。车辆的手动钥匙可以是解除车辆的驾驶座门(door)锁的钥匙保持器(key holder)或者用于启动的钥匙保持器。
当通过判断高压电池10的放电可能性来切断辅助继电器82时，电力没有被供应到电负载30，因此无法启动车辆。因此，向电负载30供应低压电力，使得驾驶员仅可以通过用于进入车辆的手动钥匙的旋转动作来启动车辆。
图5是根据本发明的一个实施例的车辆的电力供应系统的控制方法的流程图。
参照图5，根据本发明的一个实施例的车辆的电力供应系统的控制方法可以包括以下步骤：控制器90判断车辆的启动状态(S100)；以及当车辆处于启动状态时，控制器90进行控制以连接功率继电器20，从而将高压电池10的电力供应到第一转换器70，当车辆处于关闭状态时，控制器90进行控制以切断功率继电器20，从而使高压电池10的电力不被供应到第一转换器70(S200)。
控制器90连接或切断功率继电器20的步骤具体为：当车辆处于启动状态时，控制器90可以进行控制以连接功率继电器20(S210)，当车辆处于关闭状态时，控制器90可以进行控制以切断功率继电器20(S220)。
在控制器90连接或切断功率继电器20的步骤之后，还可以包括以下步骤：当功率继电器20被连接时，控制器90检测第一转换器70的故障(S300)；以及当第一转换器70发生故障时，控制器90控制第一转换器70停止操作(S400)。在这种情况下，控制器90可以控制第一转换器70停止操作，并通过第二转换器80将最小限度的电力供应到电负载，从而能够对车辆进行FAIL-SAFE控制以将车辆移动到安全的地方。
在控制器90连接或切断功率继电器20的步骤(S200)中，控制器90可以控制第二转换器80与车辆的启动状态无关地持续操作。即，控制器90可以控制第二转换器80在车辆处于启动状态和关闭状态时都持续操作(未示出)。
或者，在控制器90连接或切断功率继电器20的步骤(S200)之后还可以包括以下步骤：当车辆处于关闭状态时，控制器90检测电力储存装置81的充电状态(S500)；以及基于检测的充电状态，控制第二转换器80的操作(S600)。即，控制器90可以检测图3所示的实施例的电力储存装置81的充电状态(S500)，并且根据检测的电力储存装置81的充电状态，使第二转换器80操作或停止操作(S600)。
即，检测电力储存装置81的充电状态(S500)并且当电力储存装置81的充电量为预设定的充电量以上时，可以控制第二转换器80停止操作，当电力储存装置81的充电量小于预设定的充电量时，可以再次使第二转换器80操作以对电力储存装置81进行充电并向电负载30供应电力。
并且，当车辆处于关闭状态时，控制器90可以判断高压电池10的放电可能性，并且基于判断的放电可能性，控制辅助继电器82的操作。控制器90可以控制图4所示的实施例的辅助继电器82，并且当高压电池10的放电可能性高时，切断辅助继电器82。
即，可以监控高压电池10的充电量，或者可以确认保持车辆处于关闭状态的时间来判断高压电池10的放电可能性，并且基于此，当高压电池10的放电可能性高时切断辅助继电器82。
以上参照附图对本发明的特定的实施例进行了说明，但是，在不脱离权利要求书中提供的本发明的技术思想的范围内，本发明可以进行各种改进和改变，这对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。

Claims (9)

1.一种车辆的电力供应系统，包括：
高压电池，储存电力；
功率继电器，设置在高压电池与电负载之间；
第一转换器，通过功率继电器从高压电池接收电力；
第二转换器，绕过功率继电器直接从高压电池接收电力；
电负载，从第一转换器和第二转换器中的至少一个接收电力；
控制器，基于车辆的启动状态，控制功率继电器、第一转换器或第二转换器的操作；以及
电力储存装置，位于第二转换器与电负载之间使得当车辆处于关闭状态时，第二转换器由控制器基于电力储存装置的充电状态来控制，并储存从第二转换器供应的电力。
2.根据权利要求1所述的车辆的电力供应系统，其特征在于，还包括：
马达，在功率继电器与第一转换器之间分支，并通过功率继电器从高压电池接收电力。
3.根据权利要求1所述的车辆的电力供应系统，其特征在于，
第一转换器的电力转换容量大于第二转换器的电力转换容量。
4.根据权利要求1所述的车辆的电力供应系统，其特征在于，
当车辆处于启动状态时，控制器进行控制以连接功率继电器，从而将高压电池的电力供应到第一转换器。
5.根据权利要求4所述的车辆的电力供应系统，其特征在于，
在功率继电器被连接的状态下，当检测到第一转换器的故障时，控制器控制第一转换器停止操作。
6.根据权利要求1所述的车辆的电力供应系统，其特征在于，
当车辆处于关闭状态时，控制器进行控制以切断功率继电器的连接，从而切断供应到第一转换器的高压电池的电力。
7.一种车辆的电力供应系统的控制方法，所述方法为控制权利要求1所述的电力供应系统的方法，所述方法包括以下步骤：
控制器判断车辆的启动状态；
当车辆处于启动状态时，控制器进行控制以连接功率继电器，从而将高压电池的电力供应到第一转换器，当车辆处于关闭状态时，控制器进行控制以切断功率继电器，从而使高压电池的电力不被供应到第一转换器；以及
当车辆处于关闭状态时，控制器检测电力储存装置的充电状态，并且基于检测的充电状态，控制第二转换器的操作。
8.根据权利要求7所述的车辆的电力供应系统的控制方法，其特征在于，在控制器连接或切断功率继电器之后，还包括以下步骤：
当功率继电器被连接时，控制器检测第一转换器的故障；以及
当第一转换器发生故障时，控制器控制第一转换器停止操作。
9.根据权利要求7所述的车辆的电力供应系统的控制方法，其特征在于，
在控制器连接或切断功率继电器的步骤中，控制器控制第二转换器与车辆的启动状态无关地持续操作。
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