CN110920437A - 一种新能源汽车低压电源控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新能源汽车低压电源控制系统及方法，属于新能源汽车领域技术领域，解决了蓄电池电量充足的情况下DCDC电源效率较低以及低压蓄电池亏电的问题。一种新能源汽车低压电源控制系统，包括低压电源检测单元，用于检测当前整车低压电源的输出电流以及检测低压蓄电池电压；高压动力电池检测单元，用于检测当前动力电池的电压；使能控制单元，用于在所述输出电流第设定时间内持续小于电流设定值时，控制DCDC电源停止输出，在所述低压蓄电池电压低于第一电压设定值并且动力电池电压高于第二电压设定值时，控制DCDC电源进行输出，在当动力电池电压低于第二电压设定值时，控制DCDC电源停止输出。提高了DCDC电源的效率，并实现了及时给低压蓄电池补电。

Description

一种新能源汽车低压电源控制系统及方法
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其是涉及一种新能源汽车低压电源控制系统及方法。
背景技术
在新能源汽车中，需要将动力电池的电压转换成低压电，给铅酸蓄电池充电，当前最普遍的做法是使用DC-DC电源模块，给蓄电池供直流电，在车辆上高压后，DCDC会一直处于恒压充电模式，当车上低压用电设备较少，且蓄电池电量充足的情况下，DCDC输出功率很小，这时的DCDC的效率就很低，会极大影响新能源车的续航；同时，在车辆长期停放时，经常会出现低压蓄电池亏电现象，从而导致新能源车不能正常启动的问题；为此，研究一种能够高效率工作，且能够及时给低压蓄电池补电的一种低压电源控制系统就尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于至少克服上述一种技术不足，提出一种新能源汽车低压电源控制系统及方法。
一方面，本发明提供了一种新能源汽车低压电源控制系统，包括低压电源检测单元、高压动力电池检测单元和使能控制单元，
所述低压电源检测单元，用于检测当前整车低压电源的输出电流以及检测低压蓄电池电压；
所述高压动力电池检测单元，用于检测当前动力电池的电压；
所述使能控制单元，用于在所述输出电流第设定时间内持续小于电流设定值时，控制DCDC电源停止输出，在所述低压蓄电池电压低于第一电压设定值并且动力电池电压高于第二电压设定值时，控制DCDC电源进行输出，在当动力电池电压低于第二电压设定值时，控制DCDC电源停止输出。
进一步地，所述低压电源检测单元包括低压输出电流检测电路和低压电压检测电路；
所述低压输出电流检测电路包括运算放大器U3A、电容C41、C51、电阻R31、R61、R71和两个二极管，所述运算放大器U3A的负向输入端通过电阻R31与电流输入端连接，所述运算放大器U3A的正向输入端通过电阻R71与运算放大器U3A的输出端连接，所述运算放大器U3A的输出端还通过电容C51接地，两个二极管串联后正极接地、负极接直流电源，所述运算放大器U3A的输出端还接在两个二极管之间；
所述低压电压检测电路包括R201、电容C101和两个二极管，所述两个二极管串联后正极接地、负极接直流电源，所述电阻R201和电容C101并联后一端接地，另一端接在两个二极管之间。
进一步地，所述高压动力电池检测单元包括高压分压电路、隔离采样电路、差分放大电路；所述高压分压电路用于对检测到的动力电池的电压进行分压，得到分压后的电压；所述隔离采样电路用于对分压后的电压进行隔离，得到隔离后的电压；所述差分放大电路用于隔离后的电压进行放大，得到放大后的电压。
进一步地，所述高压动力电池检测单元还包括跟随电路和滤波保护电路，所述跟随电路用于对放大后的电压进行加强，得到加强后的电压，所述滤波保护电路用于对加强后的电压进行滤波。
进一步地，所述高压分压电路具体包括电阻R1～R9和电容C1，所述电阻R1～R9串联，所述电阻R9和电容C1并联，电阻R1和电阻R9的一端用于检测当前动力电池的电压；所述隔离采样电路具体包括隔离放大器U1、电阻R10以及电容C2，所述隔离放大器U1的VIN、SHDH分别连接电容C1的两端，所述R10串接在引脚VIN与电容C1的一端之间，所述引脚VIN还通过电容C2接地；所述差分放大电路具体包括运算放大器U2A和电阻R11、R12，所述隔离放大器U1的VOUT+、VOUT-引脚分别通过R11和R12与运算放大器U2A正向输入端、负向输入端连接。
进一步地，所述跟随电路具体包括运算放大器U2B和电阻R15，所述运算放大器U2B的正向输入端与所述运算放大器U2A的输出端连接，所述运算放大器U2B的负向输入端通过电阻R15与运算放大器U2B的输出端连接；所述滤波保护电路具体包括电阻R16、电容C8以及两个二极管，所述R15和R16串接，R16通过电容C8接地，两个二极管串联后正极接地、负极接直流电源，所述R16的一端还接在两个二极管之间。
进一步地，所述使能控制单元具体包括光耦隔离U3、U4、三极管Q1及电阻R22，使能信号通过光耦隔离U3的1引脚进入光耦隔离U3，所述光耦隔离U3的4引脚与所述三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的发射极通过电阻R22连接光耦隔离U3的4引脚，所述三极管Q1的集电极与光耦隔离U4的1引脚连接，所述光耦隔离U4的4引脚与DCDC控制芯片连接。
另一方面，本发明还提供了一种利用上述任一技术方案所述的新能源汽车低压电源控制系统的方法，包括以下步骤：
获取检测当前整车低压电源的输出电流、低压蓄电池电压以及当前动力电池的电压；
当所述输出电流第设定时间内持续小于电流设定值时，使DCDC电源停止输出；
当所述低压蓄电池电压低于第一电压设定值并且动力电池电压高于第二电压设定值时，使DCDC电源进行输出；
当动力电池电压低于第二电压设定值时，控制DCDC电源停止输出。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过所述低压电源检测单元，用于检测当前整车低压电源的输出电流以及检测低压蓄电池电压；所述高压动力电池检测单元，用于检测当前动力电池的电压；所述使能控制单元，用于在所述输出电流第设定时间内持续小于电流设定值时，控制DCDC电源停止输出，在所述低压蓄电池电压低于第一电压设定值并且动力电池电压高于第二电压设定值时，控制DCDC电源进行输出，在当动力电池电压低于第二电压设定值时，控制DCDC电源停止输出；提高了DCDC电源的效率，并实现了及时给低压蓄电池补电。
附图说明
图1为本发明实施例1所述的新能源汽车低压电源控制系统的结构示意图；
图2为本发明实施例1所述的所述新能源汽车低压电源控制系统的工作原理示意图；
图3为本发明实施例1所述的低压输出电流检测电路；
图4为本发明实施例1所述的低压电压检测电路；
图5为本发明实施例1所述的高压动力电池检测单元的电路图；
图6为本发明实施例1所述的使能控制单元的电路图；
图7为本发明实施例1所述的三种工作模式的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明的实施例提供了一种新能源汽车低压电源控制系统，其结构示意图，如图1所示，所述新能源汽车低压电源控制系统包括低压电源检测单元、高压动力电池检测单元和使能控制单元，
所述低压电源检测单元，用于检测当前整车低压电源的输出电流以及检测低压蓄电池电压；
所述高压动力电池检测单元，用于检测当前动力电池的电压；
所述使能控制单元，用于在所述输出电流第设定时间内持续小于电流设定值时，控制DCDC电源停止输出，在所述低压蓄电池电压低于第一电压设定值时，控制DCDC电源进行输出，在当动力电池电压低于第二电压设定值时，控制DCDC电源停止输出。
需要说明的是，当所述输出电流第设定时间内持续大于或等于电流设定值时，DCDC电源保持输出状态；所述新能源汽车低压电源控制系统的工作原理示意图，如图2所示；
优选的，所述低压电源检测单元包括低压输出电流检测电路和低压电压检测电路；
所述低压输出电流检测电路包括运算放大器U3A、电容C41、C51、电阻R31、R61、R71和两个二极管，所述运算放大器U3A的负向输入端通过电阻R31与电流输入端连接，所述运算放大器U3A的正向输入端通过电阻R71与运算放大器U3A的输出端连接，所述运算放大器U3A的输出端还通过电容C51接地，两个二极管串联后正极接地、负极接直流电源，所述运算放大器U3A的输出端还接在两个二极管之间；
所述低压电压检测电路包括R201、电容C101和两个二极管，所述两个二极管串联后正极接地、负极接直流电源，所述电阻R201和电容C101并联后一端接地，另一端接在两个二极管之间。
具体实施时，低压电源检测单元通过检测DC-DC的输出电流来判断当前整车低压电源系统的用电需求，当输出电流持续预定时间(A分钟)小于电流设定值(X1安)时(A及X1可根据实际车型进行标定)，此时使能控制单元控制DCDC电源停止输出；
当低压电源检测单元通过电压检测回路检测到低压蓄电池电压低于第一预设电压值X2伏时(X2可根据实际车型的蓄电池容量进行标定，24V平台可标定为24.0V，12V平台可标定为12.5V)，此时控制DCDC电源进行输出；
具体实施时，所述低压输出电流检测电路，如图3所示，该低压输出电流检测电路包括分压电路、电压跟随回路和滤波保护电路；其中，高压分压电路包含R31、R61及C41组成，对霍尔传感器输出的电压进行分压；分压后的电压送入包括U3A、R41、R71跟随电路，对电压进行跟随后送出；滤波保护电路对信号进行硬件滤波，提高信号的稳定性，同时保护电路对信号进行钳位，保护采样端口；
所述低压电压检测电路，如图4所示，该低压电压检测电路包括分压电路和滤波保护电路，高压分压电路包含R201、R202及C101组成，形成对高压电压的分压，将高压的0-30VDC电池电压分压到0-5V DC送出；滤波保护电路对信号进行硬件滤波，提高信号的稳定性；同时保护电路对信号进行钳位，保护采样端口。
优选的，所述高压动力电池检测单元包括高压分压电路、隔离采样电路、差分放大电路；所述高压分压电路用于对检测到的动力电池的电压进行分压，得到分压后的电压；所述隔离采样电路用于对分压后的电压进行隔离，得到隔离后的电压；所述差分放大电路用于隔离后的电压进行放大，得到放大后的电压。
优选的，所述高压动力电池检测单元还包括跟随电路和滤波保护电路，所述跟随电路用于对放大后的电压进行加强，得到加强后的电压，所述滤波保护电路用于对加强后的电压进行滤波。
优选的，所述高压分压电路具体包括电阻R1～R9和电容C1，所述电阻R1～R9串联，所述电阻R9和电容C1并联，电阻R1和电阻R9的一端用于检测当前动力电池的电压；所述隔离采样电路具体包括隔离放大器U1、电阻R10以及电容C2，所述隔离放大器U1的VIN、SHDH分别连接电容C1的两端，所述R10串接在引脚VIN与电容C1的一端之间，所述引脚VIN还通过电容C2接地；所述差分放大电路具体包括运算放大器U2A和电阻R11、R12，所述隔离放大器U1的VOUT+、VOUT-引脚分别通过R11和R12与运算放大器U2A正向输入端、负向输入端连接。
优选的，所述跟随电路具体包括运算放大器U2B和电阻R15，所述运算放大器U2B的正向输入端与所述运算放大器U2A的输出端连接，所述运算放大器U2B的负向输入端通过电阻R15与运算放大器U2B的输出端连接；所述滤波保护电路具体包括电阻R16、电容C8以及两个二极管，所述R15和R16串接，R16通过电容C8接地，两个二极管串联后正极接地、负极接直流电源，所述R16还接在两个二极管之间。
高压动力电池检测单元可以通过DC-DC的输入电压来获取当前动力电池的电压情况，当动力电池电压低于第二电压预设值X3伏时(X3根据动力电池实际情况进行标定，可取SOC为30左右的电压作为参考值)，此时不能再控制DCDC进行输出，以防止持续工作造成动力电池亏电；
具体实施例，高压动力电池检测单元的电路图，如图5所示，高压分压电路形成对高压电压的分压，将高压的0-800V DC电池电压分压到0-0.25VDC，然后送入隔离采样电路，隔离采样电路采用AMC1200芯片来实现隔离采样，通过芯片内置的隔离电路，将动力电池的高压与蓄电池的低压进行隔离，差分放大电路对隔离后的信号进行放大，将信号放大到单片机AD采样口的采样范围，更大程度的提高采样精度，跟随电路对放大后的信号进行信号加强作用，提高信号的稳定性；滤波及保护电路对信号进行硬件滤波，提高信号的稳定性；同时保护电路对信号进行钳位，保护采样端口。
优选的，所述使能控制单元具体包括光耦隔离U3、U4、三极管Q1及电阻R22，使能信号通过光耦隔离U3的1引脚进入光耦隔离U3，所述光耦隔离U3的4引脚与所述三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的发射极通过电阻R22连接光耦隔离U3的4引脚，所述三极管Q1的集电极与光耦隔离U4的1引脚连接，所述光耦隔离U4的4引脚与DCDC控制芯片连接；
具体实施时，使能控制单元的电路图，如图6所示，该使能控制单元分为使能控制发出部分及DCDC端接受部分；其中，使能控制部分电路包含光耦隔离、三极管放大电路，使能控制部分的使能信号DC-up通过光耦隔离后送入三极管放大电路后送入DCDC端，DCDC端接受部分接收到控制端的信号后经过光耦隔离后输送到DCDC控制芯片，以控制DCDC电源。
需要说明的是，本发明所述的新能源汽车低压电源控制系统存在的三种工作模式；所述三种工作模式的流程示意图，如图7所示，当检测到整车正常上高压时，整车上高压状态可通过整车CAN网络进行读取，此时新能源汽车低压电源控制系统处于检测模式，实时对低压电源状态进行监控并管理；当整车未上高压时，此时新能源汽车低压电源控制系统处于待机模式，在此模式下，控制系统每三小时(该时间可根据实际情况进行标定，理论时间可延长到半天到3天不等)唤醒一次，对高压动力电源及低压电源状态进行一次监控，从而进行判断此时的DCDC的工作状态；当整车未上高压并且在新能源汽车低压电源控制系统唤醒状态下监控到高压动力电池电压低于第二电压预设值X3时，此时低压电源控制系统完全进入停机模式，重启后才能再次工作。
实施例2
本发明实施例提供一种利用上述任一实施例所述的新能源汽车低压电源控制系统的方法，包括以下步骤：
获取检测当前整车低压电源的输出电流、低压蓄电池电压以及当前动力电池电压；
当所述输出电流第设定时间内持续小于电流设定值时，使DCDC电源停止输出；
当所述低压蓄电池电压低于第一电压设定值并且动力电池电压高于第二电压设定值时，使DCDC电源进行输出；
当所述动力电池电压低于第二电压设定值时，控制DCDC电源停止输出。
需要说明的是，实施例1和实施例2中未重复描述之处可相互借鉴。
本发明公开了一种新能源汽车低压电源控制系统及方法，通过所述低压电源检测单元，用于检测当前整车低压电源的输出电流以及检测低压蓄电池电压；所述高压动力电池检测单元，用于检测当前动力电池的电压；所述使能控制单元，用于在所述输出电流第设定时间内持续小于电流设定值时，控制DCDC电源停止输出，在所述低压蓄电池电压低于第一电压设定值并且动力电池电压高于第二电压设定值时，控制DCDC电源进行输出，在当动力电池电压低于第二电压设定值时，控制DCDC电源停止输出；通过检测实时检测高压动力电池状态及低压用电情况，实时的控制DC-DC模块给低压电源系统进行充电，提高了DCDC电源的效率，并实现了及时给低压蓄电池补电，预防低压蓄电池出现亏电的现象，保证整车长期停放也能正常工作。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种新能源汽车低压电源控制系统，其特征在于，包括低压电源检测单元、高压动力电池检测单元和使能控制单元，
所述低压电源检测单元，用于检测当前整车低压电源的输出电流以及检测低压蓄电池电压；
所述高压动力电池检测单元，用于检测当前动力电池的电压；
所述使能控制单元，用于在所述输出电流第设定时间内持续小于电流设定值时，控制DCDC电源停止输出，在所述低压蓄电池电压低于第一电压设定值并且动力电池电压高于第二电压设定值时，控制DCDC电源进行输出，在当动力电池电压低于第二电压设定值时，控制DCDC电源停止输出。
2.根据权利要求1所述的新能源汽车低压电源控制系统，其特征在于，所述低压电源检测单元包括低压输出电流检测电路和低压电压检测电路；
所述低压输出电流检测电路包括运算放大器U3A、电容C41、C51、电阻R31、R61、R71和两个二极管，所述运算放大器U3A的负向输入端通过电阻R31与电流输入端连接，所述运算放大器U3A的正向输入端通过电阻R71与运算放大器U3A的输出端连接，所述运算放大器U3A的输出端还通过电容C51接地，两个二极管串联后正极接地、负极接直流电源，所述运算放大器U3A的输出端还接在两个二极管之间；
所述低压电压检测电路包括R201、电容C101和两个二极管，所述两个二极管串联后正极接地、负极接直流电源，所述电阻R201和电容C101并联后一端接地，另一端接在两个二极管之间。
3.根据权利要求1所述的新能源汽车低压电源控制系统，其特征在于，所述高压动力电池检测单元包括高压分压电路、隔离采样电路、差分放大电路；所述高压分压电路用于对检测到的动力电池的电压进行分压，得到分压后的电压；所述隔离采样电路用于对分压后的电压进行隔离，得到隔离后的电压；所述差分放大电路用于隔离后的电压进行放大，得到放大后的电压。
4.根据权利要求3所述的新能源汽车低压电源控制系统，其特征在于，所述高压动力电池检测单元还包括跟随电路和滤波保护电路，所述跟随电路用于对放大后的电压进行加强，得到加强后的电压，所述滤波保护电路用于对加强后的电压进行滤波。
5.根据权利要求3或4所述的新能源汽车低压电源控制系统，其特征在于，所述高压分压电路具体包括电阻R1～R9和电容C1，所述电阻R1～R9串联，所述电阻R9和电容C1并联，电阻R1和电阻R9的一端用于检测当前动力电池的电压；所述隔离采样电路具体包括隔离放大器U1、电阻R10以及电容C2，所述隔离放大器U1的VIN、SHDH分别连接电容C1的两端，所述R10串接在引脚VIN与电容C1的一端之间，所述引脚VIN还通过电容C2接地；所述差分放大电路具体包括运算放大器U2A和电阻R11、R12，所述隔离放大器U1的VOUT+、VOUT-引脚分别通过R11和R12与运算放大器U2A正向输入端、负向输入端连接。
6.根据权利要求5所述的新能源汽车低压电源控制系统，其特征在于，所述跟随电路具体包括运算放大器U2B和电阻R15，所述运算放大器U2B的正向输入端与所述运算放大器U2A的输出端连接，所述运算放大器U2B的负向输入端通过电阻R15与运算放大器U2B的输出端连接；所述滤波保护电路具体包括电阻R16、电容C8以及两个二极管，所述R15和R16串接，R16通过电容C8接地，两个二极管串联后正极接地、负极接直流电源，所述R16的一端还接在两个二极管之间。
7.根据权利要求1所述的新能源汽车低压电源控制系统，其特征在于，所述使能控制单元具体包括光耦隔离U3、U4、三极管Q1及电阻R22，使能信号通过光耦隔离U3的1引脚进入光耦隔离U3，所述光耦隔离U3的4引脚与所述三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的发射极通过电阻R22连接光耦隔离U3的4引脚，所述三极管Q1的集电极与光耦隔离U4的1引脚连接，所述光耦隔离U4的4引脚与DCDC控制芯片连接。
8.一种利用权利要求1-7任一所述的新能源汽车低压电源控制系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取检测当前整车低压电源的输出电流、低压蓄电池电压以及当前动力电池电压；
当所述输出电流第设定时间内持续小于电流设定值时，使DCDC电源停止输出；
当所述低压蓄电池电压低于第一电压设定值并且动力电池电压高于第二电压设定值时，使DCDC电源进行输出；
当所述动力电池电压低于第二电压设定值时，控制DCDC电源停止输出。
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