CN113206543A - 供电装置、行驶装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种供电装置、行驶装置，其中供电装置包括电源组、电源处理电路以及电压转换器、连接线及电感、电容；所述电源处理电路包括：第一开关器件，所述第一开关器件的输出端连接至所述第一输入线；第二开关器件，所述第二开关器件的输入端连接至所述第二输入线，所述第二开关器件的输出端与所述第一开关器件的输入端连接。第一开关器件、第二开关器件能够用于接入占空比等控制信号，第一开关器件和第二开关器件其中一个能够用作开关而另一个用于导通，此时电源处理电路能够与剩余的有效的电源单元形成boost电路(升压电路)，使电源组保持稳定的输出电压，供电装置能够去除具有较大的体积和重量的蓄电池，提高了稳定性。

Description

供电装置、行驶装置
技术领域
本发明涉及电力转换技术领域，特别涉及一种供电装置、行驶装置。
背景技术
对于汽车、电动汽车等行驶装置，传统12V供电系统通过行驶装置的高压动力电池、高压转12V的直流变换器和12V蓄电池为负载供电，负载包括车内的灯光、仪表中控锁、整车控制器、气囊传感器等电子设备，部分负载具有较高安全性要求。在传统方案中，电动汽车的12V供电系统包括两个供电来源，包括并联的高压转低压电路和12V蓄电池，高压转低压电路包括电压转换器DC-DC(Direct Current to Direct Current converter，直流电压转换器)，其中DC-DC负责实现高压动力电池(高压动力电池的电压高于目标电压12V的电池，也可以称为动力电池)和目标电压12V之间的能量转换；12V蓄电池可以在DC-DC不工作时，为负载提供不间断的电能。为了保证12V蓄电池的使用寿命，在大多数情况下，负载电能主要由高压动力电池和高压转12V的DC-DC提供，12V蓄电池不会为负载提供能量。12V蓄电池作为备用，会在高压转12V的直流变换器不工作或者瞬态响应无法满足要求时向负载补充能量，从而保证低压12V供电系统稳定可靠地运行。
在上述供电系统中，高压转低压电路在发生故障时可能无法对负载进行供电，稳定性较差；若此时12V电源不能正常供电，则供电系统不能正常向外供电。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种供电装置，旨在提高供电稳定性。
为实现上述目的，本发明提出的供电装置，包括由两个串联的电源单元组成的电源组、电源处理电路以及电压转换器；所述电压转换器包括第一输入线和第二输入线，所述电压转换器的正输入端通过所述第一输入线连接至所述电源组的正极，所述电压转换器的负输入端通过所述第二输入线连接至所述电源组的负极；所述电源处理电路连接在所述电源组与所述电压转换器之间，所述电源处理电路包括：第一开关器件，所述第一开关器件的输出端连接至所述第一输入线；第二开关器件，所述第二开关器件的输入端连接至所述第二输入线，所述第二开关器件的输出端与所述第一开关器件的输入端连接；连接线及电感，所述连接线的一端连接在两个所述电源单元之间，所述连接线的另一端经所述电感连接至所述第一开关器件与所述第二开关器件的共接点；电容，所述电容的一端连接至所述第一开关器件的输出端，所述电容的另一端连接至所述第二开关器件的输入端；
供电装置还包括：控制器，用于控制所述第一开关器件和所述第二开关器件的导通或截止，使所述第一开关器件和所述第二开关器件按预设占空比交替工作；所述控制器的第一输出端连接至所述第一开关器件的受控端，所述控制器的第二输出端连接至所述第二开关器件的受控端。
可选地，所述第一开关器件和所述第二开关器件均设置为半导体开关器件。
可选地，所述第一开关器件和/或所述第二开关器件设置为MOS管或三极管。
可选地，供电装置包括两个所述电源处理电路和两个所述电压转换器，两个所述电源处理电路与两个所述电压转换器一一对应连接。
可选地，供电装置还包括：第一保险丝，设置在所述第一输入线上且连接在所述第一输入线连接所述电源组的一端与所述第一开关器件之间，或设置在所述第二输入线上且连接在所述第二输入线连接所述电源组的一端与所述第二开关器件之间；第二保险丝，设置在所述连接线上，与所述电感串联连接。
可选地，两个所述电压转换器的输出端分别用于连接至不同的负载，用于为不同的负载供电。
可选地，两个所述电压转换器的输出端并联后连接，用于为同一负载供电。
可选地，两个所述电压转换器分别为第一电压转换器和第二电压转换器，所述供电系统还包括：第一防反二级管，所述第一防反二级管的阳极与所述第一电压转换器的正输出端连接；第二防反二级管，所述第二防反二级管的阳极与所述第二电压转换器的正输出端连接，所述第二防反二级管的阴极与所述第一防反二级管的阴极共接；所述第一电压转换器的负输出端与所述第二电压转换器的负输出端共接。
可选地，两个所述电压转换器分别为第一电压转换器和第二电压转换器，所述第一电压转换器的输出端和所述第二电压转换器的输出端分别用于连接至具有冗余供电接口的负载的不同供电接口。
本发明还提出一种行驶装置，包括上述供电装置。
本发明的技术方案中电源处理电路连接在电源组和电压转换器之间，第一开关器件、第二开关器件能够用于接入占空比等控制信号，当电源组的两个串联的电源单元中任意一个发生断开的失效情况时，第一开关器件和第二开关器件其中一个能够用作开关而另一个用于导通，此时电源处理电路能够与剩余的有效的电源单元形成boost电路(升压电路)，为剩余的有效的电源单元升压，补偿电源组在部分损坏后的输出电压损失，使电源组保持稳定的输出电压，能够提高供电系统的稳定性；供电装置能够去除具有较大的体积和重量的蓄电池，变得更加紧凑同时保证可靠性，提高了稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明供电装置一实施例的结构示意图。
图2为本发明供电装置另一实施例的结构示意图。
图3为本发明供电装置又一实施例的结构示意图。
图4为本发明供电装置再一实施例的结构示意图。
附图标号说明：
Figure BDA0003073867900000031
Figure BDA0003073867900000041
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”或者“及/或”，其含义包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种供电装置。
参照图1至图4，在本发明一实施例中，该供电装置包括电源组，电源组包括两个串联的电源单元BT1和BT2，电源单元BT1和BT2可设置为电压高于目标电压(本实施例中目标电压为12V)的高压动力电池；供电装置还包括电压转换器(DC-DC1，DC-DC2)，电压转换器(DC-DC1，DC-DC2)包括第一输入线11和第二输入线12，第一输入线11和第二输入线12分别连接电源组的正极和电源组的负极；该供电装置还包括电源处理电路1(或1a，1b)，该电源处理电路1(或1a，1b)连接在电源组和电压转换器(DC-DC1，DC-DC2)之间，即通过以下方式连接在电源组和电压转换器(DC-DC1，DC-DC2)之间：
电源处理电路1(或1a，1b)包括第一开关器件(Q1，Q3)和第二开关器件(Q2，Q4)，第一开关器件(Q1，Q3)和第二开关器件(Q2，Q4)均设置为半导体开关器件；具体而言，第一开关器件(Q1，Q3)和第二开关器件(Q2，Q4)均设置为MOS管而具备较好的可控制性，在另选的实施方式中第一开关器件(Q1，Q3)和第二开关器件(Q2，Q4)均设置为三极管。第一开关器件(Q1，Q3)的输出端连接至第一输入线11，第二开关器件(Q2，Q4)的输入端连接至第二输入线12，第二开关器件(Q2，Q4)的输出端与第一开关器件(Q1，Q3)的输入端连接；供电装置还包括连接线12及电感(L1，L2)，连接线12的一端连接在两个电源单元BT1和BT2之间，连接线12的另一端经电感(L1，L2)连接至第一开关器件(Q1，Q3)与第二开关器件(Q2，Q4)的共接点；供电装置还包括电容(Vc1，Vc2)，电容(Vc1，Vc2)的一端连接至第一开关器件(Q1，Q3)的输出端，电容(Vc1，Vc2)的另一端连接至第二开关器件(Q2，Q4)的输入端。在图1至图4的实施例中，供电装置中的电源处理电路1(或1a，1b)的元件组成如下：
Figure BDA0003073867900000051
本实施例种的电源处理电路1(或1a，1b)，可设置在单独的电路板上，再通过电路板这一载体形式与电源组、用于提供控制信号的控制器、负载进行连接，即电源处理电路与电源组、控制器、负载均可设置为可拆卸连接。
需要说明的是，本实施例中供电装置中的电源处理电路在使用时，可按照下述方式进行使用：第一开关器件(Q1，Q3)、第二开关器件(Q2，Q4)一开始就接入占空比等控制信号，则在电源组的两个电源单元BT1和BT2没有发生断开的情况时，第一开关器件(Q1，Q3)和第二开关器件(Q2，Q4)对电压转换器(DC-DC1，DC-DC2)的输入端无明显影响。当电源组的两个串联的电源单元BT1和BT2中任意一个发生断开等失效情况时，如BT1断开时，第一开关器件Q1(或Q3)和第二开关器件Q2(或Q4)中，第二开关器件Q2(或Q4)中用作开关而第一开关器件Q1(或Q3)用于导通，此时电源处理电路1(或1a、1b)能够与剩余的有效的电源单元BT2形成boost电路(升压电路)，为剩余的有效的电源单元BT2升压，BT2提供的输入电压Vb2能够升压为Vb1+Vb2补偿电源组在部分损坏后(如BT1断开视为损坏)的输出电压损失，使电源组保持较为稳定的输出电压，使供电系统能够在去除蓄电池后提高稳定性。当电源单元BT1断开后，电源处理电路1(或1a、1b)可以迅速维持Vb1的电压，保证电压转换器DC-DC1(或电压转换器DC-DC2)的输入电压Vc1的稳定性，从而保证LV1对外的正常供电。电源单元BT2断开后的情况和电源单元BT1相同，在此不再赘述。
本实施例供电装置中的电源处理电路在使用时，还可按照下述方式进行使用：另外设置电源组状态检测装置，如对电源单元BT1和BT2的电压进行检测，因此能够在电源单元BT1和BT2任意一个发生断开时，提供信号并控制第一开关器件(Q1，Q3)、第二开关器件(Q2，Q4)开始接入占空比等控制信号，第一开关器件(Q1，Q3)、第二开关器件(Q2，Q4)此时开始交替工作。如BT1断开时，第一开关器件Q1(或Q3)和第二开关器件Q2(或Q4)中，第二开关器件Q2(或Q4)中用作开关而第一开关器件Q1(或Q3)用于导通，此时电源处理电路1(或1a、1b)能够与剩余的有效的电源单元BT2形成boost电路(升压电路)，为剩余的有效的电源单元BT2升压，BT2提供的输入电压Vb2能够升压为Vb1+Vb2补偿电源组在部分损坏后(如BT1断开视为损坏)的输出电压损失，使电源组保持较为稳定的输出电压，使供电系统能够在去除蓄电池后提高稳定性。当电源单元BT1断开后，电源处理电路1(或1a、1b)可以迅速维持Vb1的电压，保证电压转换器DC-DC1(或电压转换器DC-DC2)的输入电压Vc1的稳定性，从而保证LV1对外的正常供电。电源单元BT2断开后的情况和电源单元BT1相同，在此不再赘述。
供电装置还包括控制器，控制器用于控制第一开关器件(Q1，Q3)和第二开关器件(Q2，Q4)的导通或截止，即控制器用于控制第一开关器件(Q1，Q3)导通或截止，控制器用于控制第二开关器件(Q2，Q4)的导通或截止，使第一开关器件(Q1，Q3)和第二开关器件(Q2，Q4)按预设占空比交替工作；控制器的第一输出端连接至第一开关器件(Q1，Q3)的受控端，控制器的第二输出端连接至第二开关器件(Q2，Q4)的受控端。控制器通过控制第一开关器件(Q1，Q3)和第二开关器件(Q2，Q4)的工作占空比，能够提高供电装置输出电压的稳定性。在本实施例中，电源单元BT1的电压设置为等于电源单元BT2的电压，第一开关器件(Q1，Q3)和第二开关器件(Q2，Q4)的工作占空比设置为50％。可以理解的是，上述电压相等包含一定的偏差，如两者相差5％或10％；上述占空比包含一定的偏差，如偏差5％或10％。在另选的实施方式中，电源单元BT1的电压也可以设置为不等于电源单元BT2的电压，此时第一开关器件(Q1，Q3)和第二开关器件(Q2，Q4)的工作占空比根据电源单元BT1(或电源单元BT2)的电压与电源组的总电压(电源单元BT1的电压加电源单元BT2的电压)计算，具体参照boost升压电路的输入电压、输出电压、占空比进行计算即可。
如图2至图4所示，供电装置包括两个上述电源处理电路(1a和1b)和两个电压转换器(DC-DC1和DC-DC2)，两个电压转换器(DC-DC1，DC-DC2)分别为第一电压转换器DC-DC1和第二电压转换器DC-DC2，两个电源处理电路(1a和1b)与两个电压转换器(DC-DC1和DC-DC2)一一对应连接，即电源处理电路1a和第一电压转换器DC-DC1连接，电源处理电路1b和第二电压转换器DC-DC2连接。两个电源处理电路(1a和1b)与两个电压转换器(DC-DC1和DC-DC2)一一对应连接，使得其中一个电源处理电路(1a或1b)失效后，另一个电源处理电路(1b或1a)能够继续提供稳定的输出电压，进一步提高供电装置的稳定性。
供电装置还包括第一保险丝(F1，F2)，第一保险丝(F1，F2)设置在第一输入线11上且连接在第一输入线11连接电源组的一端(即图中第一输入线11的左端)与第一开关器件(Q1，Q3)之间，或第一保险丝(F1，F2)设置在第二输入线12上且连接在第二输入线12连接电源组的一端(即图中第二输入线12的左端)与第二开关器件(Q2，Q4)之间；供电装置还包括第二保险丝(F3，F4)，第二保险丝(F3，F4)设置在连接线12上，与电感(L1，L2)串联连接。具体而言，第一保险丝(F1，F2)的设置形式包括同时设置在第一输入线11上、同时设置在第二输入线12和一个设置在第一输入线11上而另一个设置在第二输入线12。在图2至图4所示的实施例中，电源处理电路1a对应的第一保险丝F1设置在第一输入线11上，电源处理电路1b对应的第一保险丝F2设置在第一输入线11上。在另选的实施方式中，还包括电源处理电路1a对应的第一保险丝F1设置在第一输入线11上，电源处理电路1b对应的第一保险丝F2设置在第二输入线12上；电源处理电路1a对应的第一保险丝F1设置在第二输入线12上，电源处理电路1b对应的第一保险丝F2设置在第一输入线11上；电源处理电路1a对应的第一保险丝F1设置在第二输入线12上，电源处理电路1b对应的第一保险丝F2设置在第二输入线12上。图2至图4中的供电装置在使用时，当第一开关器件Q1短路时，第一保险丝F1和第二保险丝F3中有一个会熔断。当第二开关器件Q2短路失效时，第二保险丝F3会熔断。当第一开关器件Q1和第二开关器件Q2同时短路失效时，第一保险丝F1会熔断，即当DC-DC1输入侧短路失效时，第一保险丝F1会熔断。因此，连接电路1a和转换器DC-DC1其中一个出现短路失效，都会与电源单元BT1和BT2断开连接，从而保证第二电压转换器DC-DC 2的正常供电，输出12V的目标电压LV2。当第一开关器件Q3短路时，第一保险丝F2和第二保险丝F4中有一个会熔断。当第二开关器件Q4短路失效时，第二保险丝F4会熔断。当第一开关器件Q3和第二开关器件Q4同时短路失效时，第一保险丝F2会熔断，即当第二电压转换器DC-DC2输入侧短路失效时，第一保险丝F2会熔断。因此，电源处理电路1b和第二电压转换器DC-DC2其中一个出现短路失效，都会与电源单元BT1和BT2断开连接，从而保证第一转换器DC-DC1的正常供电，输出12V的目标电压LV1。第一保险丝(F1，F2)和第二保险丝(F3，F4)使得供电装置中的部分元件发生失效时，如第一开关器件(Q1，Q3)短路、第二开关器件(Q2，Q4)短路、第一开关器件(Q1，Q3)和第二开关器件(Q2，Q4)同时短路，第一保险丝(F1，F2)、第二保险丝(F3，F4)与电源处理电路(1a、1b)共同作用，与电源组断开连接，保证供电装置的正常供电。
本实施例中包括两个上述电源处理电路(1a和1b)和两个电压转换器(DC-DC1和DC-DC2)的供电装置，在连接负载时包括以下实施方式：图2展示了第一种方式，第一电压转换器DC-DC1和第二电压转换器DC-DC2的输出端分别用于连接至不同的负载，用于为不同的负载供电，即第一电压转换器DC-DC1的输出电压LV1用于为负载1供电，第二电压转换器DC-DC2的输出电压LV2用于为负载2供电。图3展示了第二种方式，第一电压转换器DC-DC1和第二电压转换器DC-DC2的输出端并联后连接，用于为同一负载供电。具体而言，供电装置还包括第一防反二级管D1，第一防反二级管D1的阳极与第一电压转换器DC-DC1的正输出端连接；供电装置还包括第二防反二级管D2，第二防反二级管D2的阳极与第二电压转换器DC-DC2的正输出端连接，用于连接负载的正输入端；第二防反二级管D2的阴极与第一防反二级管D1的阴极共接；第一电压转换器DC-DC1的负输出端与第二电压转换器DC-DC2的负输出端共接，用于连接负载的负输入端。图4展示了第三种方式，此时对应的负载具有冗余接口，即如图4所示的“接口”和“冗余接口”，第一电压转换器DC-DC1的输出端和第二电压转换器DC-DC2的输出端分别不同供电接口，即第一电压转换器DC-DC1的与负载的接口连接，第二电压转换器DC-DC2与负载的冗余接口连接。该电源处理电路(1a和1b)的具体结构参照上述实施例，由于本供电装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
本发明还提出一种行驶装置，包括上述供电装置，行驶装置设置为电动汽车，电源组设置为动力电池。该供电装置的具体结构参照上述实施例，由于本行驶装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种供电装置，其特征在于，包括由两个串联的电源单元组成的电源组、电源处理电路以及电压转换器；
所述电压转换器包括第一输入线和第二输入线，所述电压转换器的正输入端通过所述第一输入线连接至所述电源组的正极，所述电压转换器的负输入端通过所述第二输入线连接至所述电源组的负极；
所述电源处理电路连接在所述电源组与所述电压转换器之间，所述电源处理电路包括：
第一开关器件，所述第一开关器件的输出端连接至所述第一输入线；
第二开关器件，所述第二开关器件的输入端连接至所述第二输入线，所述第二开关器件的输出端与所述第一开关器件的输入端连接；
连接线及电感，所述连接线的一端连接在两个所述电源单元之间，所述连接线的另一端经所述电感连接至所述第一开关器件与所述第二开关器件的共接点；
电容，所述电容的一端连接至所述第一开关器件的输出端，所述电容的另一端连接至所述第二开关器件的输入端；
所述供电装置还包括：
控制器，用于控制所述第一开关器件和所述第二开关器件的导通或截止，使所述第一开关器件和所述第二开关器件按预设占空比交替工作；
所述控制器的第一输出端连接至所述第一开关器件的受控端，所述控制器的第二输出端连接至所述第二开关器件的受控端。
2.如权利要求1所述的供电装置，其特征在于，所述第一开关器件和所述第二开关器件均设置为半导体开关器件。
3.如权利要求1所述的供电装置，其特征在于，所述第一开关器件和/或所述第二开关器件设置为MOS管或三极管。
4.如权利要求1所述的供电装置，其特征在于，包括两个所述电源处理电路和两个所述电压转换器，两个所述电源处理电路与两个所述电压转换器一一对应连接。
5.如权利要求4所述的供电装置，其特征在于，还包括：
第一保险丝，设置在所述第一输入线上且连接在所述第一输入线连接所述电源组的一端与所述第一开关器件之间，或设置在所述第二输入线上且连接在所述第二输入线连接所述电源组的一端与所述第二开关器件之间；
第二保险丝，设置在所述连接线上，与所述电感串联连接。
6.如权利要求4所述的供电装置，其特征在于，两个所述电压转换器的输出端分别用于连接至不同的负载，用于为不同的负载供电。
7.如权利要求4所述的供电装置，其特征在于，两个所述电压转换器的输出端并联后连接，用于为同一负载供电。
8.如权利要求7所述的供电装置，其特征在于，两个所述电压转换器分别为第一电压转换器和第二电压转换器，所述供电系统还包括：
第一防反二级管，所述第一防反二级管的阳极与所述第一电压转换器的正输出端连接；
第二防反二级管，所述第二防反二级管的阳极与所述第二电压转换器的正输出端连接，所述第二防反二级管的阴极与所述第一防反二级管的阴极共接；
所述第一电压转换器的负输出端与所述第二电压转换器的负输出端共接。
9.如权利要求4所述的供电装置，其特征在于，两个所述电压转换器分别为第一电压转换器和第二电压转换器，所述第一电压转换器的输出端和所述第二电压转换器的输出端分别用于连接至具有冗余供电接口的负载的不同供电接口。
10.一种行驶装置，其特征在于，包括如权利1至9任意一项所述的供电装置。
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