CN111806255A - 一种新能源汽车供电系统及供电控制方法 - Google Patents

一种新能源汽车供电系统及供电控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种新能源汽车供电系统及供电控制方法，针对多个高压电池，设计加入多个电力转换装置，以效率均衡为目标，根据各个电力转换装置的效率曲线、以及统计所获各电子设备负载的负载量，实现各个电力转换装置输出功率的动态控制分配，提高了负载供电的工作效率，同时多电力转换装置的设计，实现了故障下的冗余保障，保证了供电系统的稳定，与此同时，进一步考虑到了高压电池的故障，设计加入锂电池与电控开关，以锂电池作为最后保障，针对新能源汽车上必要性级别最高的各个负载，提供供电保持，进一步保证了供电系统的稳定；并且所设计供电控制方法，大大降低了锂电池的使用率，整体保证了供电系统的寿命。

Description

一种新能源汽车供电系统及供电控制方法
技术领域
本发明涉及一种新能源汽车供电系统及供电控制方法，属于新能源汽车供电技术领域。
背景技术
传统汽车的12V蓄电池承担着车身控制器的待机管理、车辆防盗和发动机的启动，待发动机启动后，由发动机带动发电机为整车电子单元供电。铅酸蓄电池作为“蓄水池”功能，可以在停车工况下继续输出电能为车身防盗等提供能量，并且在运行过程中弥补发电机调整的滞后性，保障电压的稳定。在传统汽车中，铅酸蓄电池作为唯一储能电源，其耐过流与耐过压特性非常好，能够弥补发电机的不足，且成本较低，因此铅酸蓄电池在传统的汽车应用中有着至关重要的作用。
然而，在以电池为储能单元的新能源汽车中，12V供电是由电力转换单元（通常为DC2DC）将高压电源转换为12V电源，12V电池为第二储能单元，且电力转换单元的转换精度和实时性完全能够满足电子设备负载的需求，并且电力电子设备的成本在逐渐降低，其铅酸蓄电池将不再作为运行过程中的储能单元，只承担了停车场景的防盗及监控。
但是铅酸蓄电池的功率密度较低，最大密度不超过45wh/kg ，其寿命也仅为300次充放电循环，且由于无法量化管理电能的使用，导致其寿命更低，通常在2-3年内更换一次电池。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种新能源汽车供电系统，采用多路供电协作方案设计，能够针对新能源汽车上的各电子设备负载实现高效供电，提高了新能源汽车的使用稳定性与安全性。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种新能源汽车供电系统，基于新能源汽车上的整车控制单元，针对新能源汽车上的各电子设备负载进行供电；包括设置于新能源汽车上的锂电池、电控开关、至少一个高压电池、以及至少两个电力转换装置；
各个高压电池的输出端与各个电力转换装置的输入端之间彼此连接，且各个高压电池输出端与各个电力转换装置输入端之间的连接关系为1对n，n大于或等于1，以及各个电力转换装置输入端与各个高压电池输出端之间的连接关系为1对1；各个电力转换装置分别用于实现高压电池的高压供电向低压供电的转换；各个电力转换装置输出端彼此并联，构成电力转换并联输出端；
电力转换并联输出端对接各电子设备负载；锂电池的输出端串联电控开关后对接电力转换并联输出端；整车控制单元连接电控开关的控制端，用于针对电控开关的通断进行控制。
作为本发明的一种优选技术方案：所述整车控制单元分别连接各个电力转换装置，由整车控制单元分别实现与各电力转换装置之间的通信控制。
作为本发明的一种优选技术方案：所述整车控制单元分别对接新能源汽车上的各电子设备负载。
作为本发明的一种优选技术方案：还包括电池管理系统，所述高压电池、锂电池共用电池管理系统，所述整车控制单元对接电池管理系统，实现对高压电池、锂电池的分别监控。
与上述相对应，本发明还要解决的技术问题是提供一种新能源汽车供电系统的供电控制方法，基于多路供电架构，设计侦测调度方案，能够针对新能源汽车上的各电子设备负载实现高效供电，提高了新能源汽车的使用稳定性与安全性。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种新能源汽车供电系统的供电控制方法，由所述整车控制单元针对所述各电子设备负载进行供电控制，按照各电子设备负载分别所对应的预设必要性，将全部电子设备负载划分至第一负载集合、第二负载集合、第三负载集合，且第一负载集合、第二负载集合、第三负载集合的必要性级别依次降低；供电控制方法中，首先初始化电控开关处于断开状态，然后由整车控制单元执行如下步骤：
步骤A. 整车控制单元通过对高压电池的监控，判断高压电池的工作状态是否正常，是则进入步骤B，否则进入步骤F；
步骤B. 整车控制单元通过分别连接各个电力转换装置，判断各个电力转换装置的工作状态是否均正常，是则进入步骤C；否则进入步骤D；
步骤C. 整车控制单元根据各个电力转换装置的效率曲线、以及统计所获各电子设备负载的负载量，结合效率均衡输出原则，动态控制分配各个电力转换装置的输出功率；
步骤D. 整车控制单元判断各个电力转换装置中是否存在正常工作状态的电力转换装置，是则进入步骤E；否则进入步骤F；
步骤E. 整车控制单元控制关闭故障电力转换装置，并控制关闭第三负载集合中的各个电子设备负载；
步骤F. 整车控制单元控制关闭各个电力转换装置，并控制关闭第二负载集合、第三负载集合中的各个电子设备负载，同时整车控制单元控制电控开关处于连通状态，由锂电池为第一负载集合中的各个电子设备负载进行供电。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤C包括如下步骤C1至步骤C2；
步骤C1. 整车控制单元根据各个电力转换装置的效率曲线、以及统计所获各电子设备负载的负载量，获得各个电力转换装置的工作效率，然后进入步骤C2；
步骤C2. 以各个电力转换装置的工作效率之和为最高作为控制目标，由整车控制单元调节控制各个电力转换装置的输出功率，实现各个电力转换装置输出功率的动态控制分配。
作为本发明的一种优选技术方案：所述供电控制方法还包括整车控制单元周期根据新能源汽车的整车设计寿命，计算锂电池的容量，实现对锂电池容量的校准。
本发明所述一种新能源汽车供电系统及供电控制方法，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明所设计新能源汽车供电系统及供电控制方法，针对多个高压电池，设计加入多个电力转换装置，以效率均衡为目标，根据各个电力转换装置的效率曲线、以及统计所获各电子设备负载的负载量，实现各个电力转换装置输出功率的动态控制分配，提高了负载供电的工作效率，同时多电力转换装置的设计，实现了故障下的冗余保障，保证了供电系统的稳定，与此同时，进一步考虑到了高压电池的故障，设计加入锂电池与电控开关，以锂电池作为最后保障，针对新能源汽车上必要性级别最高的各个负载，提供供电保持，进一步保证了供电系统的稳定；并且所设计供电控制方法，大大降低了锂电池的使用率，整体保证了供电系统的寿命。
附图说明
图1是本发明设计新能源汽车供电系统的模块示意图；
图2是本发明所设计新能源汽车供电系统的供电控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明设计了一种新能源汽车供电系统，基于新能源汽车上的整车控制单元，针对新能源汽车上的各电子设备负载进行供电；实际应用当中，如图1所示，具体包括设置于新能源汽车上的锂电池、电控开关、电池管理系统（BMS）、至少一个高压电池、以及至少两个电力转换装置。
各个高压电池的输出端与各个电力转换装置的输入端之间彼此连接，且各个高压电池输出端与各个电力转换装置输入端之间的连接关系为1对n，n大于或等于1，以及各个电力转换装置输入端与各个高压电池输出端之间的连接关系为1对1；各个电力转换装置分别用于实现高压电池的高压供电向低压供电的转换；各个电力转换装置输出端彼此并联，构成电力转换并联输出端。
电力转换并联输出端对接各电子设备负载；锂电池的输出端串联电控开关后对接电力转换并联输出端；整车控制单元连接电控开关的控制端，用于针对电控开关的通断进行控制。
实际应用当中，设计整车控制单元分别连接各个电力转换装置，由整车控制单元分别实现与各电力转换装置之间的通信控制；整车控制单元分别对接新能源汽车上的各电子设备负载；高压电池、锂电池共用电池管理系统（BMS），所述整车控制单元对接电池管理系统（BMS），实现对高压电池、锂电池的分别监控。
基于上述所设计新能源汽车供电系统，本发明进一步设计了新能源汽车供电系统的供电控制方法，由所述整车控制单元针对所述各电子设备负载进行供电控制，按照各电子设备负载分别所对应的预设必要性，将全部电子设备负载划分至第一负载集合、第二负载集合、第三负载集合，且第一负载集合、第二负载集合、第三负载集合的必要性级别依次降低；供电控制方法中，首先初始化电控开关处于断开状态，然后如图2所示，由整车控制单元执行如下步骤A至步骤F。
步骤A. 整车控制单元通过对高压电池的监控，判断高压电池的工作状态是否正常，是则进入步骤B，否则进入步骤F。
步骤B. 整车控制单元通过分别连接各个电力转换装置，判断各个电力转换装置的工作状态是否均正常，是则进入步骤C；否则进入步骤D。
步骤C. 整车控制单元根据各个电力转换装置的效率曲线、以及统计所获各电子设备负载的负载量，结合效率均衡输出原则，动态控制分配各个电力转换装置的输出功率。
上述步骤C在实际应用当中，具体执行如下步骤C1至步骤C2。
步骤C1. 整车控制单元根据各个电力转换装置的效率曲线、以及统计所获各电子设备负载的负载量，获得各个电力转换装置的工作效率，然后进入步骤C2。
步骤C2. 以各个电力转换装置的工作效率之和为最高作为控制目标，由整车控制单元调节控制各个电力转换装置的输出功率，实现各个电力转换装置输出功率的动态控制分配。
步骤D. 整车控制单元判断各个电力转换装置中是否存在正常工作状态的电力转换装置，是则进入步骤E；否则进入步骤F。
步骤E. 整车控制单元控制关闭故障电力转换装置，并控制关闭第三负载集合中的各个电子设备负载。
步骤F. 整车控制单元控制关闭各个电力转换装置，并控制关闭第二负载集合、第三负载集合中的各个电子设备负载，同时整车控制单元控制电控开关处于连通状态，由锂电池为第一负载集合中的各个电子设备负载进行供电。
本发明所设计供电控制方法执行上述步骤A至步骤F的同时，还包括整车控制单元周期根据新能源汽车的整车设计寿命，计算锂电池的容量，实现对锂电池容量的校准。
实际应用当中，现有技术中铅酸电池的功率密度过大，通常为15-20KG，而本发明设计新能源汽车供电系统中，所应用的锂电池小于2.5Kg；并且铅酸电池的寿命为300次充放电循环，而锂电池通常为500-800次循环，配合本发明所设计的供电控制方法，大大降低了12V电池的使用率，不再需要更换电池。
上述技术方案所设计新能源汽车供电系统及供电控制方法，针对多个高压电池，设计加入多个电力转换装置，以效率均衡为目标，根据各个电力转换装置的效率曲线、以及统计所获各电子设备负载的负载量，实现各个电力转换装置输出功率的动态控制分配，提高了负载供电的工作效率，同时多电力转换装置的设计，实现了故障下的冗余保障，保证了供电系统的稳定，与此同时，进一步考虑到了高压电池的故障，设计加入锂电池与电控开关，以锂电池作为最后保障，针对新能源汽车上必要性级别最高的各个负载，提供供电保持，进一步保证了供电系统的稳定；并且所设计供电控制方法，大大降低了锂电池的使用率，整体保证了供电系统的寿命。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (7)

1.一种新能源汽车供电系统，基于新能源汽车上的整车控制单元，针对新能源汽车上的各电子设备负载进行供电；其特征在于：包括设置于新能源汽车上的锂电池、电控开关、至少一个高压电池、以及至少两个电力转换装置；
各个高压电池的输出端与各个电力转换装置的输入端之间彼此连接，且各个高压电池输出端与各个电力转换装置输入端之间的连接关系为1对n，n大于或等于1，以及各个电力转换装置输入端与各个高压电池输出端之间的连接关系为1对1；各个电力转换装置分别用于实现高压电池的高压供电向低压供电的转换；各个电力转换装置输出端彼此并联，构成电力转换并联输出端；
电力转换并联输出端对接各电子设备负载；锂电池的输出端串联电控开关后对接电力转换并联输出端；整车控制单元连接电控开关的控制端，用于针对电控开关的通断进行控制。
2.根据权利要求1所述一种新能源汽车供电系统，其特征在于：所述整车控制单元分别连接各个电力转换装置，由整车控制单元分别实现与各电力转换装置之间的通信控制。
3.根据权利要求2所述一种新能源汽车供电系统，其特征在于：所述整车控制单元分别对接新能源汽车上的各电子设备负载。
4.根据权利要求3所述一种新能源汽车供电系统，其特征在于：还包括电池管理系统，所述高压电池、锂电池共用电池管理系统，所述整车控制单元对接电池管理系统，实现对高压电池、锂电池的分别监控。
5.一种针对权利要求4所述一种新能源汽车供电系统的供电控制方法，由所述整车控制单元针对所述各电子设备负载进行供电控制，其特征在于：按照各电子设备负载分别所对应的预设必要性，将全部电子设备负载划分至第一负载集合、第二负载集合、第三负载集合，且第一负载集合、第二负载集合、第三负载集合的必要性级别依次降低；供电控制方法中，首先初始化电控开关处于断开状态，然后由整车控制单元执行如下步骤：
步骤A. 整车控制单元通过对高压电池的监控，判断高压电池的工作状态是否正常，是则进入步骤B，否则进入步骤F；
步骤B. 整车控制单元通过分别连接各个电力转换装置，判断各个电力转换装置的工作状态是否均正常，是则进入步骤C；否则进入步骤D；
步骤C. 整车控制单元根据各个电力转换装置的效率曲线、以及统计所获各电子设备负载的负载量，结合效率均衡输出原则，动态控制分配各个电力转换装置的输出功率；
步骤D. 整车控制单元判断各个电力转换装置中是否存在正常工作状态的电力转换装置，是则进入步骤E；否则进入步骤F；
步骤E. 整车控制单元控制关闭故障电力转换装置，并控制关闭第三负载集合中的各个电子设备负载；
步骤F. 整车控制单元控制关闭各个电力转换装置，并控制关闭第二负载集合、第三负载集合中的各个电子设备负载，同时整车控制单元控制电控开关处于连通状态，由锂电池为第一负载集合中的各个电子设备负载进行供电。
6.根据权利要求5所述一种新能源汽车供电系统的供电控制方法，其特征在于，所述步骤C包括如下步骤C1至步骤C2；
步骤C1. 整车控制单元根据各个电力转换装置的效率曲线、以及统计所获各电子设备负载的负载量，获得各个电力转换装置的工作效率，然后进入步骤C2；
步骤C2. 以各个电力转换装置的工作效率之和为最高作为控制目标，由整车控制单元调节控制各个电力转换装置的输出功率，实现各个电力转换装置输出功率的动态控制分配。
7.根据权利要求5所述一种新能源汽车供电系统的供电控制方法，其特征在于：所述供电控制方法还包括整车控制单元周期根据新能源汽车的整车设计寿命，计算锂电池的容量，实现对锂电池容量的校准。
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