CN111806234A - 一种分布式电池供电系统及供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式电池供电系统及供电方法，包括整车管理系统，至少一个子供电系统，整车管理系统在子供电系统中的充放电模块出现故障时，控制该充放电模块断开与对应电池模块、以及对应用电负载之间的连接，并控制该电池模块为对应用电负载供电，整车管理系统还用于在子供电系统中电池模块出现故障时，控制该电池模块断开与对应充放电模块、以及对应用电负载之间的连接，并控制该充放电模块为对应用电负载进行供电。本发明提供的方案在供电系统出现单点故障时，采取切除故障点外电池和该故障点的连接，降低了单点故障带来的影响，提高了供电系统的安全性。

Description

一种分布式电池供电系统及供电方法

技术领域

本发明涉及汽车的供电系统中电池管理和能量分配技术领域，具体涉及一种分布式电池供电系统及供电方法。

背景技术

随着汽车产业的日益成熟，汽车相关技术逐步走向电气化，汽车部件中电子产品在传统车型中所占的比例达到了28%，在新能源汽车中达到了65%以上。随着线控技术的提升，电子产品在汽车中的占比会进一步提升。电池系统作为能量存储单元，在汽车中的应用需求量大幅度增加。

随着汽车中用电设备的增加，供电系统母线上的用电设备量持续增加，导致了母线供电失效风险的增加。而随着自动驾驶技术的进步，汽车对于安全的需求也与日俱增，对汽车中供电系统的要求也进一步增加。在现有技术中，供电系统出现故障后，通常需要切断整个用电系统与电池的连接，此时整车处于不可控状态，会影响车辆的安全；在现有技术中，供电系统中的电池集中管理，当用电负载发生故障后，由保险丝熔断进行保护供电线路上的电池和其他负载，此时如果保险丝存在质量缺陷，在生产和使用中未被检测出来，则会影响整个用电回路的能力传输，进而导致车辆处于非安全状态。

发明内容

本发明的目的：提供一种当供电系统出现单点故障时，通过切除故障点外电池与该故障点的连接提高车辆供电安全性的分布式电池供电系统及供电方法。

技术方案：本发明提供的分布式电池供电系统，用于为汽车中的多个用电负载供电，包括整车管理系统、至少一个子供电系统，以及用于为各子供电系统供电的电力转换单元；

各子供电系统分别用于为其所连的用电负载进行供电；各子供电系统分别包括充放电模块、电池模块；各子供电系统结构：充放电模块的第一连接端、第二连接端、第三连接端分别一一对应对接电力转换单元、对应电池模块、以及对应用电负载；电池模块与对应用电负载相连接；

所述整车管理系统用于在子供电系统中的充放电模块出现故障时，控制该充放电模块断开与对应电池模块、以及对应用电负载之间的连接，并控制该电池模块为对应用电负载供电；所述整车管理系统还用于在子供电系统中电池模块出现故障时，控制该电池模块断开与对应充放电模块、以及对应用电负载之间的连接，并控制该充放电模块为对应用电负载进行供电。

整车管理系统还用于在充放电模块、电池模块、用电负载均未出现故障时，控制各子供电系统中的充放电模块分别为对应电池模块充电，以及控制充放电模块为对应用电负载进行供电。

子供电系统为有线子供电系统；

有线子供电系统的充放电模块包括：第一整车供电系统、第一充放电管理模块；

第一整车供电系统的第一连接端构成有线子供电系统的第一连接端，第一整车供电系统的第二连接端与第一充放电管理模块的第一连接端连接；第一充放电管理模块的第二连接端、第三连接端分别构成有线子供电系统的第二连接端、第三连接端。

子供电系统为无线子供电系统；

所述无线子供电系统的充放电模块包括：第二整车供电系统、第一无线充电模块、第二无线充电模块、第二充放电管理模块；

第二整车供电系统的第一连接端构成无线子供电系统的第一连接端，第二整车供电系统的第二连接端与第一无线充电模块连接，第二无线充电模块与第二充放电模块的第一连接端连接，第二充放电管理模块的第二连接端、第三连接端分别构成无线子供电系统的第二连接端、第三连接端；

第一无线充电模块与第二无线充电模块之间无线连接，用于通过电磁耦合将第二整车供电系统自电力转换单元获取的电能传输至第二充放电管理模块。

本发明还提供了一种基于上述分布式电池供电系统的供电方法，方法包括如下步骤：

步骤A、整车管理系统获取各子供电系统的状态参数、以及与各子供电系统相连的用电负载的状态参数；所述各子供电系统的状态参数包括该子供电系统中充放电模块的状态参数、电池模块的状态参数；

步骤B、整车管理系统根据获取的各子供电系统的状态参数、以及与各子供电系统相连的用电负载的状态参数，判断该子供电系统中充放电模块、电池模块、以及与该子供电系统相连的用电负载是否出现故障；

当该子供电系统中的充放电模块出现故障时，执行步骤C；

当该子供电系统中的电池模块出现故障时，执行步骤D；

当与该子供电系统相连的用电负载出现故障时，执行步骤E；

步骤C、整车管理系统控制该子供电系统中的充放电模块断开与对应的电池模块、对应的用电负载之间的连接，并控制电池模块为与该子供电系统相连的用电负载供电；

步骤D、整车管理系统控制该子供电系统中的电池模块断开与对应的充放电模块、对应的用电负载之间的连接，并控制充放电模块为与该子供电系统相连的用电负载供电；

步骤E、整车管理系统控制该子供电系统中的充放电模块断开与该用电负载之间的连接，并控制对应的电池模块断开与该用电负载之间的连接。

在步骤B中，所述方法还包括：当该子供电系统中的充放电模块、电池模块、以及与该子供电系统相连的用电负载均未出现故障时，执行步骤F；

步骤F、整车管理系统控制该子供电系统中的充放电模块为对应的电池模块充电，并控制充放电模块为对应的的用电负载供电。

有益效果：相对于现有技术，本发明提供的分布式电池供电系统及供电方法，当供电系统中出现单点故障，且该故障有可能影响到系统功能时，通过采取切除故障点外电池和该故障点的连接，保证其他系统功能能够维持一定时间的安全，降低单点失效带来的影响，提高了汽车供电系统的安全性。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的分布式电池供电系统示意图；

图2是根据本发明实施例提供的有线子供电系统的示意图；

图3是根据本发明实施例提供的无线子供电系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

第一方面，本发明提供了一种分布式电池供电线，参照图1，本发明实施例提供的分布式电池供电系统包括电力转换单元，多个子供电系统。电力转换单元用于将其他能量转换为电能，进而为分布式电池供电系统中的各个子供电系统供电。

根据汽车中各个需要供电的用电负载的功能特性将用电负载划分为多个区域，在本实施例中，划分的区域包括但不限于以下几种：动力1区、动力2区、传感器1区、传感器2区、制动1区，制动2区、制动3区、电池1区、电池2区、中央处理器1区、中央处理器2区、边缘处理器1区、边缘处理器2区。

在本实施例中，划分的区域共N个，对应的子供电系统也共有N各，其中包含M个有线子供电系统和（N-M）个无线子供电系统。

各个区域中的用电负载通过该区域中的子供电系统进行供电，相当于把现有技术中为整车供电的供电系统拆分开，再重新组合到每个子供电系统中。

各个子供电系统分别用于为其所连的用电负载进行供电；各子供电系统分别包括充放电模块、电池模块；各子供电系统结构：充放电模块的第一连接端、第二连接端、第三连接端分别一一对应对接电力转换单元、对应电池模块、以及对应用电负载；电池模块与对应用电负载相连接。

子供电系统包括有线子供电系统和无线子供电系统。根据各个区域中用电负载的功能、功率和安装要求确定是使用有线子供电系统供电或者使用无线子供电系统供电：对于大功率的用电负载优先选择有线子供电系统供电；对于小功率的用电负载或者使用率较低的用电负载使用无线子供电系统供电，对于例如车门的可移动部件使用无线子供电系统供电。

参照图2，有线子供电系统的充放电模块包括：第一整车供电系统、第一充放电管理模块；

第一整车供电系统的第一连接端构成有线子供电系统的第一连接端，第一整车供电系统的第二连接端与第一充放电管理模块的第一连接端连接；第一充放电管理模块的第二连接端、第三连接端分别构成有线子供电系统的第二连接端、第三连接端。

参照图3，无线子供电系统的充放电模块包括：第二整车供电系统、第一无线充电模块、第二无线充电模块、第二充放电管理模块；

第二整车供电系统的第一连接端构成无线子供电系统的第一连接端，第二整车供电系统的第二连接端与第一无线充电模块连接，第二无线充电模块与第二充放电模块的第一连接端连接，第二充放电管理模块的第二连接端、第三连接端分别构成无线子供电系统的第二连接端、第三连接端；

第一无线充电模块与第二无线充电模块之间无线连接，用于通过电磁耦合将第二整车供电系统自电力转换单元获取的电能传输至第二充放电管理模块。

各个子供电系统通过与各子供电系统对应的整车供电系统连接在一起。

整车管理系统和各个子供电系统中的充放电模块、充放电管理模块、用电负载通信连接，采集各个模块的状态参数，并根据采集的状态参数判断各个模块是否出现故障，并根据判断结果对各个模块下发指令。

充放电管理模块用于采集对应电池模块的信息、充电功率和充电电压的管理、放电管理、切断与整车供电系统连接、切断对应的电池模块和充电管理模块的连接、连接充电管理模块和对应的用电负载。

整车管理系统还用于采集电池模块和用电负载的状态参数，并在某一子供电系统中的电池模块使用率较高，导致其剩余电量和健康度较差时，控制降低该子供电系统内对应的电池模块的使用率，从其他子供电系统为本子供电系统提高电量；当该子供电系统中的电池模块状态较优时，优先从该子供电系统中的电池模块取电。整车管理系统还用于根据实时采集的各子供电系统中电池模块的状态参数信息，保证在电量耗尽前将车辆停放在安全区域。

第二方面，基于上述分布式电池供电系统，本发明还提供了一种供电方法，方法包括如下步骤：

步骤A、整车管理系统获取各子供电系统的状态参数、以及与各子供电系统相连的用电负载的状态参数；所述各子供电系统的状态参数包括该子供电系统中充放电模块的状态参数、电池模块的状态参数；

步骤B、整车管理系统根据获取的各子供电系统的状态参数、以及与各子供电系统相连的用电负载的状态参数，判断该子供电系统中充放电模块、电池模块、以及与该子供电系统相连的用电负载是否出现故障；

当该子供电系统中的充放电模块出现故障时，执行步骤C；

当该子供电系统中的电池模块出现故障时，执行步骤D；

当与该子供电系统相连的用电负载出现故障时，执行步骤E；

当该子供电系统中的充放电模块、电池模块、以及与该子供电系统相连的用电负载均未出现故障时，执行步骤F；

步骤C、整车管理系统控制该子供电系统中的充放电模块断开与对应的电池模块、对应的用电负载之间的连接，并控制电池模块为与该子供电系统相连的用电负载供电；

步骤D、整车管理系统控制该子供电系统中的电池模块断开与对应的充放电模块、对应的用电负载之间的连接，并控制充放电模块为与该子供电系统相连的用电负载供电；

步骤E、整车管理系统控制该子供电系统中的充放电模块断开与该用电负载之间的连接，并控制对应的电池模块断开与该用电负载之间的连接。

步骤F、整车管理系统控制该子供电系统中的充放电模块为对应的电池模块充电，并控制充放电模块为与该子供电系统相连的用电负载供电。

具体的，对于有线子供电系统：

在有线子供电系统中的第一整车供电系统、第一充放电管理模块、第一电池模块和用电负载均未出现故障，即有线子供电系统中的各个模块均处于正常工作状态时，该有线子供电系统中的第一整车供电系统从电力转换单元获取电能，经过第一充放电管理模块为第一电池模块充电，并为对应的用电负载供电；

在发生影响本系统的故障时，整车管理系统控制断开第一充放电管理模块和第一电池模块、用电负载的连接，由第一电池模块直接为用电负载供电；

在用电负载发生故障不能工作，且该故障不影响对对应有线子供电系统，也不影响与该有线子供电系统关联的其他子供电系统时，比如用电负载发生的是断路故障而非短路故障；此时整车管理系统控制对应的第一电池模块依次通过对应的第一充放电管理模块、对应的第一整车供电系统向其他有需要的子供电系统供电。

具体的，对于无线子供电系统：

在无线子供电系统中的第二整车供电系统、第一无线充电模块、第二无线充电模块、第二充放电管理模块、第二电池模块和用电负载均未出现故障，即有线子供电系统中的各个模块均处于正常工作状态时，该无线子供电系统中的第二整车供电系统从电力转换单元获取电能并传输至第一无线充电模块，第一无线充电模块和第二无线充电模块耦合，再经过第二充放电管理模块为第二电池模块充电，并为对应的用电负载供电；

在发生影响本系统的故障时，整车管理系统控制断开第二充放电管理模块和第二电池模块、用电负载的连接，由第二电池模块直接为用电负载供电；

在用电负载发生故障不能工作，且该故障不影响对对应有线子供电系统，也不影响与该有线子供电系统关联的其他子供电系统时，比如用电负载发生的是断路故障而非短路故障；此时电能依次通过第二电池模块、对应的第二充放电管理模块、对应的第二无线充电模块、对应的第一无线充电模块、第二整车供电系统连接至供电网络上；即：整车管理系统控制对应的第二电池模块依次通过对应的第二充放电管理模块、对应的第二无线充电模块、对应的第一无线充电模块、第二整车供电系统向其他有需要的子供电系统供电。

在子供电系统中除电池外的其他模块发生故障后，整车管理系统控制充放电管理模块与整车供电系统的连接，并上报该故障。

在某一区域的用电负载发生短路或者过载故障，且与其他区域的供电出入口存在耦合时，将各个有线子供电系统的电池模块与该区域断开连接，由各区域所对应的子供电系统中的电池模块为对应区域中的用电负载供电，或者供给其他电能传输路径未收故障区域影响的用电负载。在子供电系统故障发生，且该故障对各子供电系统带来明显实效影响时，由各子系统主动断开与供电主回路的连接，保证各子供电系统的正常供电，保障了整车运行；在子供电系统中的故障清除或者实效影响消除且恢复正常后，可以将该子供电系统连接到主回路上，此时整车供电系统只是存在短暂的降级，避免了不可预期的实效影响。

本发明提供的分布式电池供电系统及供电方法，当供电系统中出现单点故障，且该故障有可能影响到系统功能时，通过采取切除故障点外电池和该故障点的连接，保证其他系统功能能够维持一定时间的安全，降低单点失效带来的影响，提高了汽车供电系统的安全性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种分布式电池供电系统，用于为汽车中的多个用电负载供电，其特征在于，包括整车管理系统、至少一个子供电系统，以及用于为各子供电系统供电的电力转换单元；

各子供电系统分别用于为其所连的用电负载进行供电；各子供电系统分别包括充放电模块、电池模块；各子供电系统结构：充放电模块的第一连接端、第二连接端、第三连接端分别一一对应对接电力转换单元、对应电池模块、以及对应用电负载；电池模块与对应用电负载相连接；

所述整车管理系统用于在子供电系统中的充放电模块出现故障时，控制该充放电模块断开与对应电池模块、以及对应用电负载之间的连接，并控制该电池模块为对应用电负载供电；所述整车管理系统还用于在子供电系统中电池模块出现故障时，控制该电池模块断开与对应充放电模块、以及对应用电负载之间的连接，并控制该充放电模块为对应用电负载进行供电。

2.根据权利要求1所述的分布式电池供电系统，其特征在于，所述整车管理系统还用于在充放电模块、电池模块、用电负载均未出现故障时，控制各子供电系统中的充放电模块分别为对应电池模块充电，以及控制充放电模块为对应用电负载进行供电。

3.根据权利要求1所述的分布式电池供电系统，其特征在于，所述子供电系统为有线子供电系统；

有线子供电系统的充放电模块包括：第一整车供电系统、第一充放电管理模块；

第一整车供电系统的第一连接端构成有线子供电系统的第一连接端，第一整车供电系统的第二连接端与第一充放电管理模块的第一连接端连接；第一充放电管理模块的第二连接端、第三连接端分别构成有线子供电系统的第二连接端、第三连接端。

4.根据权利要求3所述的分布式电池供电系统，其特征在于，所述子供电系统为无线子供电系统；

所述无线子供电系统的充放电模块包括：第二整车供电系统、第一无线充电模块、第二无线充电模块、第二充放电管理模块；

第二整车供电系统的第一连接端构成无线子供电系统的第一连接端，第二整车供电系统的第二连接端与第一无线充电模块连接，第二无线充电模块与第二充放电模块的第一连接端连接，第二充放电管理模块的第二连接端、第三连接端分别构成无线子供电系统的第二连接端、第三连接端；

第一无线充电模块与第二无线充电模块之间无线连接，用于通过电磁耦合将第二整车供电系统自电力转换单元获取的电能传输至第二充放电管理模块。

5.一种基于权利要求1至4任一项所述的分布式电池供电系统的供电方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤A、整车管理系统获取各子供电系统的状态参数、以及与各子供电系统相连的用电负载的状态参数；所述各子供电系统的状态参数包括该子供电系统中充放电模块的状态参数、电池模块的状态参数；

步骤B、整车管理系统根据获取的各子供电系统的状态参数、以及与各子供电系统相连的用电负载的状态参数，判断该子供电系统中充放电模块、电池模块、以及与该子供电系统相连的用电负载是否出现故障；

当该子供电系统中的充放电模块出现故障时，执行步骤C；

当该子供电系统中的电池模块出现故障时，执行步骤D；

当与该子供电系统相连的用电负载出现故障时，执行步骤E；

步骤C、整车管理系统控制该子供电系统中的充放电模块断开与对应的电池模块、对应的用电负载之间的连接，并控制电池模块为与该子供电系统相连的用电负载供电；

步骤D、整车管理系统控制该子供电系统中的电池模块断开与对应的充放电模块、对应的用电负载之间的连接，并控制充放电模块为与该子供电系统相连的用电负载供电；

步骤E、整车管理系统控制该子供电系统中的充放电模块断开与该用电负载之间的连接，并控制对应的电池模块断开与该用电负载之间的连接。

6.根据权利要求5所述的供电方法，其特征在于，在步骤B中，所述方法还包括：当该子供电系统中的充放电模块、电池模块、以及与该子供电系统相连的用电负载均未出现故障时，执行步骤F；

步骤F、整车管理系统控制该子供电系统中的充放电模块为对应的电池模块充电，并控制充放电模块为对应的用电负载供电。

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