CN113752969B - 车辆电源系统及包括其的车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种车辆电源系统，包括：驱动单元，其配置成输出第一功率以驱动所述车辆；第一电能存储单元，其配置成向与其电连接的设备输送电能并控制所述驱动单元的启动；第二电能存储单元，其配置成向与其电连接的设备输送电能；充电单元，其配置成根据所述驱动单元输出的第二功率生成充电功率，所述充电功率输送至所述第一电能存储单元和所述第二电能存储单元；开关单元，所述第二电能存储单元经由所述开关单元接收所述充电功率；以及控制单元，其配置成控制所述开关单元的通断。
Description
技术领域
本发明涉及车辆电源系统架构领域，具体而言，涉及一种车辆电源系统及包括其的车辆。
背景技术
传统的燃油汽车12V电源系统主要由蓄电池、发电机、控制器及其相关传感器构成，发动机起动时由蓄电池向起动机供电进而驱动发动机；发动机起动成功后发电机被拖动发电向整车供电并对蓄电池进行充电。在新能源汽车中（包括混合动力、纯电动汽车等），发电机由DC-DC替代，高压继电器将替代起动机驱动高压系统电路工作。这种12V工作机制几十年来一直在使用，随着车载电子技术的不断发展，伴随的问题也越来越显著，例如，在一些情况容易引起车载蓄电池亏电而导致后续发动机起动失败，耽误客户用车。造成车载蓄电池亏电包括如下几种典型场景。驾乘人员停车熄火忘关电器或在车内长时间使用电器，车载蓄电池将过放电而不能保证车辆的起动用电。车辆长时间停放，蓄电池自放电和电子模块的静态功耗消耗蓄电池电量，如果用户在长时间停车前没有断蓄电池同样存在亏电风险。用户购车后可以加装一些电子设备来提升驾乘体验，如果加装的电子设备接了蓄电池常电供电方式，一旦这些电子设备出现状态异常将可能在停车期间持续耗电。电子控制模块工作逻辑越来越丰富复杂，车辆熄火后若有模块和车载通讯网络出现异常唤醒耗电。
此外，一般发动机冷起动过程需要至少1 kW的瞬时功率，起动过程整车电压将低于9V，从而可能导致整车供电产生不稳定，电器会短时不工作，影响用户体验。其次，车辆在碰撞时容易引起供电主线束被撞断，这可能引起安全气囊控制模块、传感器和紧急远程呼叫系统等工作异常，因而传统方案需要在车辆线束走向设计和蓄电池布置时需要花费大量资源来不断完善。
发明内容
为了解决以上提出的问题中的至少一个，本发明提出了一种能够根据车辆的各种工况进行电源管理的车辆电源系统，具体而言：
根据本发明的一方面，提供一种车辆电源系统，包括：驱动单元，其配置成输出第一功率以驱动所述车辆；第一电能存储单元，其配置成向与其电连接的设备输送电能并控制所述驱动单元的启动；第二电能存储单元，其配置成向与其电连接的设备输送电能；充电单元，其配置成根据所述驱动单元输出的第二功率生成充电功率，所述充电功率输送至所述第一电能存储单元和所述第二电能存储单元；开关单元，所述第二电能存储单元经由所述开关单元接收所述充电功率；以及控制单元，其配置成控制所述开关单元的通断。
可选地，在本发明的一些实施例中，当所述驱动单元不处于工作状态时，所述控制单元将所述开关单元断开。
可选地，在本发明的一些实施例中，若所述第二电能存储单元的剩余电量低于预定值，则发出提醒信号。
可选地，在本发明的一些实施例中，当所述第一电能存储单元输送电能以启动所述驱动单元时，所述控制单元将所述开关单元断开。
可选地，在本发明的一些实施例中，当所述驱动单元处于工作状态时，所述控制单元将所述开关单元闭合。
可选地，在本发明的一些实施例中，当所述驱动单元处于工作状态且所述充电单元的电压大于等于所述第二电能存储单元的充电电压时，所述控制单元将所述开关单元闭合。
可选地，在本发明的一些实施例中，所述驱动单元包括内燃机，所述充电单元包括发电机。
可选地，在本发明的一些实施例中，所述驱动单元包括内燃机、电池单元，所述充电单元包括发电机、DC-DC变换器。
可选地，在本发明的一些实施例中，所述驱动单元包括电池单元，所述充电单元包括DC-DC变换器。
根据本发明的一方面，提供一种车辆，所述车辆包括如上文所述的任意一种车辆电源系统。
附图说明
从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其他目的及优点更加完整清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。
图1图示了根据本发明的一个实施例的车辆电源系统。
图2图示了根据本发明的一个实施例的车辆电源系统。
图3图示了根据本发明的一个实施例的车辆电源系统。
图4图示了根据本发明的一个实施例的车辆电源系统。
图5图示了根据本发明的一个实施例的车辆电源系统的工作状态转换图。
具体实施方式
根据本发明的一方面，提供一种车辆电源系统。如图1所示，车辆电源系统10包括驱动单元101、第一电能存储单元102、第二电能存储单元103、充电单元104、开关单元105以及控制单元106。图中的连线表示一种可能的耦合方式，箭头表示可能的能量或者信息流向。图中各个方框代表对应的单元模块，且出于清晰图示本发明的主要原理考虑，图中省略了车辆电源系统的一些其他单元模块。
车辆电源系统10的驱动单元101被配置成输出第一功率以驱动车辆。驱动单元101可以将诸如石化能源等的化学能转化为机械能，以用于驱动车辆。石化能源等进行能量转化时并不可能将全部能量转化为机械能，其中一部分能量在转化过程中损耗，还有一些并未转化为机械能（例如用于产生电能）。转化为机械能的部分将以第一功率驱动车辆。此外，在本发明的其他示例中，驱动单元101还可以将氢能、太阳能、电能等转化为机械能。需要指出的是，本发明的驱动单元101还包括了存储以上描述的转换前的能量的载体，例如，储油装置、储电装置等。
车辆电源系统10的第一电能存储单元102被配置成向与其电连接的设备输送电能并控制驱动单元101的启动。本发明中记载的“第一”、“第二”仅用于区分其后接的主体，并且主体可以具有相同的物理属性。第一电能存储单元102上可以耦合有大量车载单元模块，一般而言，第一电能存储单元102中存储的电能可以仅用于启动车辆（具体而言是启动驱动单元101），因而其上耦合的单元模块等用于实现车辆启动的目的。例如，第一电能存储单元102向其上耦合的起动机、控制模块供电，待控制模块发送控制起动机启动的指令后，起动机开始工作，起动机用于启动驱动单元101（具体而言，例如，可以用于起动燃油发动机）。在本发明的其他示例中，第一电能存储单元102可以向与其电连接的设备输送电能并控制其他类型的驱动单元101的启动（例如，有时表现为向驱动单元101供电）。第一电能存储单元102的容量一般而言也无需太大，其中存储的电能能够实现对驱动单元101的若干次启动即可。
车辆电源系统10的第二电能存储单元103被配置成向与其电连接的设备输送电能。第二电能存储单元103可以用于向车载娱乐系统等各种电子设备提供电能，由于车载设备耗电量较大，因而一般而言第二电能存储单元103的容量也较大，例如可以满足各种车载设备的数小时至数日运作。
充电单元104被配置成根据驱动单元101输出的第二功率生成充电功率，充电功率输送至第一电能存储单元102和第二电能存储单元103。如上文所记载的，驱动单元101输出第一功率以驱动车辆；驱动单元101输出的第二功率将用于为第一电能存储单元102和第二电能存储单元103充电。如上文所记载的，驱动单元101还包括了存储转换前的能量的载体，因而输出的第二功率可能来自载体（例如，电池），也可能来自进行能量转化的实体（例如，内燃机）。驱动单元101输出的第二功率总是大于等于充电功率，两者的差值取决于能量转化/传输/变换等过程中的损耗。
车辆电源系统10还包括开关单元105，第二电能存储单元103经由开关单元105接收充电功率。如以上所描述的，第二电能存储单元103可以用于向车载娱乐系统等各种电子设备提供电能，这些设备耗电量通常较大。如果将第一电能存储单元102和第二电能存储单元103同时连接到电路中，这些设备不仅消耗第二电能存储单元103中存储的电能，还消耗第一电能存储单元102中存储的电能。而第一电能存储单元102中存储的电能一般是供启动驱动单元101的，若出现亏电情况恐导致驱动单元101不能正常启动。开关单元105的引入可以将第二电能存储单元103及与其电连接的设备与电源系统10的其他部分隔离，闭合开关单元105则可以将它们连接到电源系统10的其他部分。以此方式，可以在例如停车等场景下仅消耗第二电能存储单元103的电能，从而保证了第一电能存储单元102中存储的电能足够用于启动驱动单元101。另一方面，在电源系统10的其他部分（除第二电能存储单元103及与其电连接的设备）电压不稳定时，开关单元105也可将其与第二电能存储单元103隔离，从而保证与第二电能存储单元103电连接的设备可以正常工作。
车辆电源系统10的控制单元106被配置成控制开关单元105的通断。上文已经记载了开关单元105根据需要闭合或断开，控制单元106可以根据预定的逻辑对开关单元105进行控制，使得开关单元105可以根据具体场景实现闭合/断开。为了获知处于何种场景，可能需要向控制单元106传输各种传感器信号或者信令。
图2示出了一种车辆电源系统20，其包括发动机201、起动机202、发电机203、起动系统相关电器模块204、保险丝205、蓄电池1（起动电池）206、充电开关207、车身控制器208（集成主被动安全模块）、保险丝209、蓄电池2（供电电池）210以及车载电器211。图5图示了根据本发明的一个实施例的车辆电源系统的工作状态转换图，以下将结合图2示出的具体示例来描述各个状态之间的转换条件，这些条件可以用于设定车身控制器208对充电开关207的控制逻辑。
在本发明的一些实施例中，当驱动单元101不处于工作状态时，控制单元106将开关单元105断开。具体而言，在状态51下，发动机201熄火并保持充电开关207断开。熄火状态下，应该为蓄电池1（起动电池）206保留足够的电量用于下次起动，因而需要将蓄电池1（起动电池）206与其右侧电路断开，防止车载电器211利用蓄电池1（起动电池）206中存储的电能工作。在断开充电开关207后，车载电器211仅由蓄电池2（供电电池）210供电，即使其中的电量耗尽，在发电机203工作后也可以为其重新充电。
在本发明的一些实施例中，若第二电能存储单元103的剩余电量低于预定值，则发出提醒信号。具体而言，大容量的蓄电池2（供电电池）210例如可能会有诸如记忆特性等的物理属性，若将其电路耗尽将缩短其工作寿命。此外，车载电器211中的一些至关重要的设备也不宜断电。因此，有必要在蓄电池2（供电电池）210的剩余电量低于预定值时发出提醒。用户可以根据此提醒信息断开车载电器211中的高能耗设备，还可以起动发动机201，从而带动发电机203对蓄电池2（供电电池）210等进行充电。
在本发明的一些实施例中，当第一电能存储单元102输送电能以启动驱动单元101时，控制单元106将开关单元105断开。具体而言，若车辆的车身控制器208接收到起动信号则从状态51转至状态52。在状态52下，发动机201起动，此时车身控制器208控制将充电开关207保持断开。以此方式，可以使得起动期间车载电器211不受单电池系统的电压瞬时跌落脉冲，避免了电器短时不工作问题，从而可以改善用户体验。
在本发明的一些实施例中，当驱动单元101处于工作状态时，控制单元106将开关单元105闭合。亦即，在发动机201开始工作时，可以将充电开关207闭合，使得蓄电池2（供电电池）210接入左侧电路。
在本发明的其他实施例中，当驱动单元101处于工作状态且充电单元104的电压大于等于第二电能存储单元103的充电电压时，控制单元106将开关单元105闭合。若车辆的车身控制器208接收到发动机运转信号则从状态52转至状态53。在状态53下，发动机201开始运转，但仍然保持充电开关207断开，此时若发动机运转信号为否（例如，未能正常起动），则从状态53返回至状态51。若在状态53下车辆的车身控制器208接收到发动机运转信号且发电机203产生的电压大于等于蓄电池2（供电电池）210的充电电压（例如，充电电压可以为蓄电池2的自身的电压），则转入状态54。此时，车身控制器208可以控制充电开关207闭合，从而使得蓄电池2（供电电池）210以及与其连接的车载电器211接入到左侧电路。
若在状态54下车辆的车身控制器208接收到的发动机运转信号为否，此时将转入状态51，充电开关207也随之断开。这种情况对应的场景可能是驾乘人员停车熄火。
在本发明的一些实施例中，车辆可以为传统动力汽车，此时，驱动单元101包括内燃机，所述充电单元104包括发电机。如图2所示，其中的驱动单元包括了发动机201和储油载体（未示出）。其中，发动机201熄火期间，用户使用的车载电器211由蓄电池2（210）进行供电，不消耗蓄电池1（206）的电量，不影响后续发动机起动。起动发动机201期间，车载电器211由蓄电池2（210）供电，不受短时电压降低脉冲，不影响车载电器211正常使用。发动机201运转期间，发电机203发电，车身控制器208控制驱动充电开关207闭合，蓄电池1（206）和蓄电池2（210）进行充电。当车辆发生碰撞时，如果某一只蓄电池或其供电线路被撞破，另外一只蓄电池可以不间断地向车身控制器208所集成的主被动安全模块供电，从而增强整车安全功能稳健性。
在本发明的一些实施例中，车辆可以为微混汽车。图3图示了根据本发明的一个实施例的车辆电源系统，如图所示，车辆电源系统30包括发动机301、起动机302、电机发电单元MGU 303、DC-DC变换器304、48V电池305、起动系统相关电器模块306、保险丝307、蓄电池1（起动电池）308、充电开关309、车身控制器310（集成主被动安全模块）、保险丝311、蓄电池2（供电电池）312以及车载电器313。其中与图2所示实施例中相同的单元模块在图3所示实施例中起到相同或相近的作用。驱动单元101包括内燃机（发动机301）、电池单元（48V电池305），此二者按照实际工况向车辆提供驱动力。充电单元104包括发电机（电机发电单元MGU303）和DC-DC变换器304，其中DC-DC变换器304用于将电机发电单元MGU 303生成的电功率转换成供给蓄电池1（308）和蓄电池2（312）的充电功率。发动机301熄火期间，用户使用的车载电器313由蓄电池2（312）进行供电，不消耗蓄电池1（308）的电量，不影响后续发动机起动。起动发动机301期间，车载电器313由蓄电池2（312）供电，不受短时电压降低脉冲，不影响车载电器313正常使用。发动机301运转期间，电机发电单元MGU 303发电，车身控制器310控制驱动充电开关309闭合，蓄电池1（308）和蓄电池2（312）进行充电。当车辆发生碰撞时，如果某一只蓄电池或其供电线路被撞破，另外一只蓄电池可以不间断地向车身控制器310所集成的主被动安全模块供电，从而增强整车安全功能稳健性。
在本发明的一些实施例中，车辆可以为混动/纯电动汽车。图4图示了根据本发明的一个实施例的车辆电源系统，如图所示，车辆电源系统40包括高压电池401、混合动力总成控制器（HCU）402、DC-DC变换器403、高压继电器404、起动系统相关电器模块405、保险丝406、蓄电池1（起动电池）407、充电开关408、车身控制器409（集成主被动安全模块）、保险丝410、蓄电池2（供电电池）411以及车载电器412。其中与图2或图3所示实施例中相同的单元模块在图4所示实施例中起到相同或相近的作用。驱动单元101包括电池单元（高压电池401），所述充电单元104包括DC-DC变换器403。高压电池401在高压继电器404导通的情况下向车辆提供驱动力，并且DC-DC变换器404用于将高压电池401输出的一部分电功率转换成供给蓄电池1（308）和蓄电池2（312）的充电功率。车辆熄火期间，用户使用的车载电器412由蓄电池2（411）进行供电，不消耗蓄电池1（407）的电量，不影响后续的车辆启动，保留足够电量可以控制高压继电器404的断开/闭合。闭合高压继电器404期间，车载电器412由蓄电池2（411）供电，不受短时电压降低脉冲，不影响车载电器412正常使用。高压电池401正常运转输出功率期间，DC-DC变换器403将一部分输出功率用作充电，车身控制器409控制驱动充电开关408闭合，蓄电池1（407）和蓄电池2（411）进行充电。当车辆发生碰撞时，如果某一只蓄电池或其供电线路被撞破，另外一只蓄电池可以不间断地向车身控制器409所集成的主被动安全模块供电，从而增强整车安全功能稳健性。
根据本发明的一方面，提供一种车辆（例如，可以为传统燃油车、微混汽车、混动汽车或纯电动汽车），其包括如上文所述的任意一种车辆电源系统。
以上例子主要说明了本发明的车辆电源系统及包括其的车辆，该系统以及包括其的车辆可以实现对内部电能存储设备的高效管理，避免电源系统电能储存不足或冗余不够灯造成的故障。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。
Claims (8)
1.一种车辆电源系统，其特征在于，所述系统包括：
驱动单元，其配置成输出第一功率以驱动所述车辆；
第一电能存储单元，其配置成向与其电连接的设备输送电能并控制所述驱动单元的启动；
第二电能存储单元，其配置成向与其电连接的设备输送电能；
充电单元，其配置成根据所述驱动单元输出的第二功率生成充电功率，所述充电功率输送至所述第一电能存储单元和所述第二电能存储单元；
开关单元，所述第二电能存储单元经由所述开关单元接收所述充电功率；以及
控制单元，其配置成控制所述开关单元的通断，其中，
当所述驱动单元不处于工作状态时，所述控制单元将所述开关单元断开，
当所述第一电能存储单元输送电能以启动所述驱动单元时，所述控制单元将所述开关单元断开。
2.根据权利要求1所述的系统，若所述第二电能存储单元的剩余电量低于预定值，则发出提醒信号。
3.根据权利要求1所述的系统，当所述驱动单元处于工作状态时，所述控制单元将所述开关单元闭合。
4.根据权利要求1所述的系统，当所述驱动单元处于工作状态且所述充电单元的电压大于等于所述第二电能存储单元的充电电压时，所述控制单元将所述开关单元闭合。
5.根据权利要求1所述的系统，所述驱动单元包括内燃机，所述充电单元包括发电机。
6.根据权利要求1所述的系统，所述驱动单元包括内燃机、电池单元，所述充电单元包括发电机、DC-DC变换器。
7.根据权利要求1所述的系统，所述驱动单元包括电池单元，所述充电单元包括DC-DC变换器。
8.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求1-7任一项所述的车辆电源系统。
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