CN113710545B - 车载供电系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种车载供电系统，其在车辆中对电源进行多路复用并且可靠地提供电压从高压到低压变化的电力，而无需使用铅电池。根据本发明的车载供电系统1具有初级蓄电装置2、次级蓄电装置3和发电装置4。初级蓄电装置2具有高压输出端子11和低压输出端子12。发电装置4向初级蓄电装置2和次级蓄电装置3供电。车载供电系统1进一步具有：布置在发电装置4和初级蓄电装置2之间的第一开关21；布置在发电装置4和次级蓄电装置3之间的第二开关22；以及布置在初级蓄电装置2的低压输出端子12和次级蓄电装置的输出端子13之间的第三开关23。供电系统1的特征在于发电装置4是具有逆变器41的发电机42，或者是能够输出可变电压的发电机。

Description

车载供电系统

技术领域

本发明涉及一种车载供电系统。具体而言，本发明涉及一种车载供电系统，其包括发电装置和蓄电装置，并且以两种或更多种不同电压供电。

背景技术

能够以48V或24V的高压供电的车载蓄电装置以串联连接多个电芯(batterycell)的电池的形式为人所知。此类高压蓄电装置主要向驱动车辆的电机供电。通常，配备有高压蓄电装置的车辆还配备有单独的蓄电装置，为车辆电气系统等部件提供低压电力。

图5示意性地示出了传统已知的供电系统101的配置。供电系统101包括提供高压电力的蓄电装置102和向负载106提供低压电力的蓄电装置103。蓄电装置102、103中的每一个由发电机104供电。在蓄电装置102和蓄电装置103之间布置有DC-DC转换器，且向蓄电装置103侧提供降压电力(stepped-down power)。

要安装在车辆中的供电系统需要具有高可靠性和耐用性。因此，需要一种配置，即使高压蓄电装置和低压蓄电装置中的一个发生故障，也允许由正常工作的蓄电装置供电，以恢复车辆的运行。例如，专利文献1公开了一种包括作为高压蓄电介质的锂离子电池和作为低压蓄电装置的铅电池的供电系统。专利文献1公开了一种即使在发生传感器异常时也能通过开关控制部来控制锂离子电池和铅电池之间的导通状态和断开状态，以适当地控制车辆电源的技术。

如专利文献1中公开的那样，铅蓄电池被广泛用作蓄电装置，以提供低压电力。铅电池可以用廉价的材料生产，并且是可以承受大电流放电的高度稳定的蓄电装置。另一方面，由于电极中使用了铅，供电系统整体上趋于沉重。此外，由于使用硫酸作为电解液，因此，已经指出了受损的危险。因此，需要在不使用铅电池的情况下提供高度可靠的供电系统。

相关技术文献

专利文献

专利文献1：特开2018-198519号公报

发明内容

本发明要解决的问题

需要一种车载供电系统，其能够在车辆中对电源进行多路复用并且可靠地提供电压从高压到低压变化的电力，而无需使用铅电池。

本发明是鉴于上述现状而提出的，其目的在于提供一种不使用铅电池的而具有高可靠性和耐久性的车载供电系统。

用于解决问题的手段

根据权利要求1所述的本发明涉及一种车载供电系统。根据本发明的供电系统包括具有高压输出端子和低压输出端子的初级蓄电装置，次级蓄电装置，以及被配置成向初级蓄电装置和次级蓄电装置供电的发电装置。根据本发明的供电系统还包括布置在发电装置和初级蓄电装置之间的第一开关、布置在发电装置和次级蓄电装置之间的第二开关，以及布置在初级蓄电装置的低压输出端子和次级蓄电装置的输出端子之间的第三开关。根据本发明的供电系统的特征在于，所述发电装置是具有逆变器的发电机，或者是能够输出可变电压的发电机。

在根据本发明的供电系统中，次级蓄电装置优选地由锂离子电池、双电层电容器或电解电容器构成。

在根据本发明的供电系统中，第四开关优选地设置在次级蓄电装置的输出端子处。

发明效果

在根据本发明的供电系统中，初级蓄电装置具有高压输出端子和低压输出端子，且在正常运作过程中，初级蓄电装置提供高压电力和低压电力。由于可以减少次级蓄电装置供电的次数，因此可以降低次级蓄电装置的更换频率，并且可以实现次级蓄电装置的小型化和低容量化。

当初级蓄电装置发生故障时，根据本发明的供电系统关闭第一开关和第二开关，以断开初级蓄电装置，并通过发电装置和次级蓄电装置恢复供电，使车辆稳定运行。

根据本发明的供电系统无需为初级蓄电装置提供冗余，并且允许次级蓄电装置更小并且具有更低的容量，这允许车辆在保持供电系统整体可靠性的同时，重量更轻。

附图说明

图1示意性地示出了根据本发明优选实施方式的供电系统的配置；

图2示意性地示出了根据本发明优选实施方式的供电系统的配置；

图3示意性地示出了初级蓄电装置正常运作时的供电状态；

图4示意性地示出了初级蓄电装置发生故障时的供电状态；

图5示意性地示出了常规供电系统的配置；以及

图6示出了根据对比例的供电系统。

具体实施方式

下面首先定义根据本发明的供电系统的术语，然后描述最优选的实施方式。

根据本发明，初级蓄电装置是作为主要的电源向设置在车辆上的一个或多个负载提供电力的蓄电装置。根据本发明的初级蓄电装置具备高压输出端子和低压输出端子，从而能够为各种负载提供不同电压的电力。

根据本发明，次级蓄电装置是在正常运作过程中提供低压电力作为辅助电源的蓄电装置。另一方面，当初级蓄电装置发生故障时，次级蓄电装置能够配合发电装置为不同负载提供不同电压的电力。

根据本发明，发电装置是包括发电机并向负载和蓄电装置供电的装置。此处使用的术语“发电机”是指使用再生能量发电的电动机、使用车辆发动机作为电源发电的交流发电机，或用于车辆的其他电源装置。

下面参照图1和图2描述根据本发明的车载供电系统1、61的优选实施方式。根据本实施方式的供电系统1包括初级蓄电装置2、次级蓄电装置3，以及发电装置4。供电系统1和供电系统61的不同点在于次级蓄电装置3的配置。

在优选实施方式中，初级蓄电装置2包括由多个电芯组成的多个电池，这些电池串联连接。在图1和图2所示的初级蓄电装置2中，示出了四个电池2a、2b、2c、2d串联连接的实施方式。但是，初级蓄电装置2中的电池所包含的电芯的额定电压、电芯的数量，以及串联连接的电池的数量也可以根据提供的电压适当地改变。适用于初级蓄电装置2的电芯包括锂离子电芯、镍氢电芯等。

初级蓄电装置2具有高压输出端子11和低压输出端子12。高压输出端子11可以通过从所有的电池2a、2b、2c、2d供电，以能够输出最大电压的供电。低压输出端子12通过由部分电池供电来控制输出电压为低。在图1和图2中，电力由电池2a提供。

如图1所示，在供电系统1中，次级蓄电装置3可以使用包括多个电芯的单个电池31来配置。如在初级蓄电装置2中一样，适用于电池31的电芯优选包括锂离子电芯、镍氢电芯等。

如图2所示，在供电系统61中，次级蓄电装置3可以使用电容器32配置。输出密度高且性能降级低的双电层电容器或大容量的电解电容器可以优选地用作电容器32。

在优选实施方式中，发电装置4设置有发电机42，发电机42设置有逆变器41。发电机42输出的电力通过逆变器41转换成期望的电压。发电装置4能够向初级蓄电装置2和次级蓄电装置3供电，还能够向图中未示出的车辆内的负载供电。

或者，发电装置4可以由能够输出可变电压的发电机构成。在这种情况下，发电机4根据负载的需求调整输出电压。

根据本实施方式的供电系统1包括布置在初级蓄电装置2和发电装置4之间的第一开关21、布置在次级蓄电装置3和发电装置4之间的第二开关22，以及还包括布置在初级蓄电装置2的低压输出端子12与次级蓄电装置3的输出端子13之间的第三开关23。

尽管不是必需的，但供电系统1优选地包括在次级蓄电装置3的输出端子处的第四开关24。

通过由图中未示出的控制装置断开或闭合第一开关21至第四开关24，供电系统1适当地改变了相对于每个负载的电源。

期望的是，本实施方式包括与初级蓄电装置2的所有电池2a、2b、2c、2d并联连接以形成旁路电路的平衡器5。如图1和图2所示，当，例如，仅从初级蓄电装置2的多个电池中的电池2a向次级蓄电装置3和外部负载供电时，电池之间的电压和荷电状态的平衡变得难以保持。因此，平衡器5执行充电和放电时间的平衡控制，以保持初级蓄电装置2中电池的电位和荷电状态的均匀性，防止电池的过充电或过放电。

实施例

在下文中，参照图1、图3以及图4详细描述锂离子电池应用于初级蓄电装置2和次级蓄电装置3的供电系统1的配置和运作。此外，参照图6描述其中电源未被多路复用的对比例。

(实施例)

如图1所示，根据本实施例的初级蓄电装置2设置有4个电池2a、2b、2c、2d，且每个电池包括四个锂离子电芯。在本实施例中，输出电压为3V的锂离子电芯应用于各蓄电装置。结果，初级蓄电装置2从高压输出端子11提供的最大输出电压为48V。同时，次级蓄电装置3从输出端子24提供的电力的电压为12V。

图3示意性地示出了初级蓄电装置2正常运作时的供电系统1的配置和运作。发电装置4按图中箭头A和箭头B所示的方向供电，且由于初级蓄电装置2与发电装置4之间的第一开关21闭合，因此，发电装置4对初级蓄电装置2进行充电。另外，根据车辆的运行状况，初级蓄电装置2和发电装置4中的任一个向请求高压电力的负载供电。

当初级蓄电装置2正常运作时，次级蓄电装置3与发电装置4之间的第二开关22断开，使得发电装置4与次级蓄电装置3之间无直接连接。同时，初级蓄电装置2的低压输出端子12与次级蓄电装置3的输出端子13之间的第三开关23闭合，且设置在次级蓄电装置的输出端子处的第四开关闭合。结果，如图中箭头C和箭头D所示，能够从初级蓄电装置2和次级蓄电装置3向请求低压电力的负载供电。另外，可以通过初级蓄电装置2对次级蓄电装置3进行充电。

当初级蓄电装置2正常运作时，即使在次级蓄电装置的输出端子处设置的第四开关断开的情况下，也可以向请求低压电力的负载供电，如第四开关闭合的情况一样。

图4示意性地示出了当初级蓄电装置2发生故障时供电系统1的配置和运作。第一开关21和第三开关23断开，使得初级蓄电装置2与供电系统1电性断开。同时，第二开关22闭合。从发电装置4向图中箭头E所示的方向供电。在这种情况下，通过逆变器41调整从发电装置4提供的电力的电压，从而能够向请求高电压的负载和请求低电压的负载双方供电。还可以从在正常运作过程中已经充电的次级蓄电装置3供电。

在根据本发明的供电系统1中，初级蓄电装置2可以正常地向请求高压电力的负载和请求低压电力的负载两者供电，而次级蓄电装置3用作备用电源。在初级蓄电装置2发生故障的情况下，能够从次级蓄电装置3和发电装置4向负载供电。以此方式，根据本发明的供电系统可以对车辆中的电源进行多路复用，并且能够可靠地分别提供高压电力和低压电力。

(对比例)

图6示出了未对电源进行多路复用的供电系统111的对比例。图6的供电系统111包括发电装置104和蓄电装置107。蓄电装置107包括串联连接的电池107a、107b、107c、107d，且在电池107a和电池107b之间设置输出端子。蓄电装置107能够通过仅从电池107a向负载106供电来提供低压电力。另外，当从所有电池107a、107b、107c、107d供电时，能够提供具有更高电压的电力。供电系统111包括与蓄电装置107的所有电池107a、107b、107c、107d并联连接以形成旁路电路的平衡器108。平衡器108控制每个电池的充电/放电，以防止蓄电装置的过充电或过放电。

对比例的供电系统111能够以简单的配置适当地提供高压电力和低压电力。然而，由于它使用单个蓄电装置供电，因此，在蓄电装置发生故障的情况下有供电延迟的风险。根据本实施例的供电系统1、61具有能够更可靠地提供电压不同的电力的特征，这是对比例所不具备的。

实施例中描述的供电系统的配置可以适当地修改。例如，可以根据所需的输出电压和电流从多个电池供电。此外，可以适当修改开关的位置和电芯的类型。

工业实用性

根据本发明的供电系统最优选地应用于车辆。此外，它可以安装在任何提供不同电压的电力的工业设备中。

附图标记说明

1,61,101,111 供电系统

2 初级蓄电装置

3 次级蓄电装置

4 发电装置

5 平衡器

2a,2b,2c,2d,31 电池

11 高压输出端子

12 低压输出端子

13 输出端子

21 第一开关

22 第二开关

23 第三开关

24 第四开关

31 发电装置

32 电容器

41 逆变器

42 发电机

Claims (8)

1.一种车载供电系统，包括：

具有高压输出端子和低压输出端子的初级蓄电装置；所述高压输出端子通过从初级蓄电装置的所有电池供电，以能够输出最大电压的供电；所述低压输出端子通过由初级蓄电装置的部分电池供电，来控制输出电压为低；

次级蓄电装置，其为能够提供低压电力作为辅助电源的蓄电装置；

被配置成向初级蓄电装置和次级蓄电装置供电的发电装置；

布置在发电装置和初级蓄电装置之间的第一开关；

布置在发电装置和次级蓄电装置之间的第二开关；以及

布置在初级蓄电装置的低压输出端子和次级蓄电装置的输出端子之间的第三开关；

其中，所述发电装置是具有逆变器的发电机，或者是能够输出可变电压的发电机；

当第三开关闭合时，所述初级蓄电装置的部分电池与次级蓄电装置并联连接。

2.根据权利要求1所述的车载供电系统，其中，所述次级蓄电装置由锂离子电池、双电层电容器或电解电容器中的任意一个构成。

3.根据权利要求1所述的车载供电系统，其中，所述车载供电系统被配置为能够并联地从初级蓄电装置的低压输出端子和次级蓄电装置向请求低压电力的负载供电。

4.根据权利要求3所述的车载供电系统，其中，第一开关闭合，第二开关断开，第三开关闭合，所述车载供电系统被配置为能够通过初级蓄电装置对次级蓄电装置进行充电。

5.根据权利要求1-4任一项所述的车载供电系统，其中，第四开关设置在次级蓄电装置的输出端子处。

6.根据权利要求5所述的车载供电系统，其中，所述车载供电系统被配置为当第四开关断开时，能够向请求低压电力的负载供电。

7.根据权利要求1-4任一项所述的车载供电系统，其中，当初级蓄电装置故障时，第一开关和第三开关断开，第二开关闭合，所述车载供电系统被配置为：能够从发电装置向请求高压电力的负载和请求低压电力的负载双方供电。

8.根据权利要求1-4任一项所述的车载供电系统，其中，当初级蓄电装置故障时，第一开关和第三开关断开，第二开关闭合，所述车载供电系统被配置为：能够从已经充电的次级蓄电装置供电。