CN116653597A - 一种车辆及其低压供电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新能源汽车技术领域，特别是涉及一种车辆及其低压供电系统。本方案包括低压蓄电池和DC/DC，低压蓄电池用于通过低压供电电路在DC/DC未被激活时为部分低压负载供电；DC/DC用于在自身被激活后为低压蓄电池充电以及为所有低压负载供电低压负载包括有通过第一开关和低压蓄电池相连的VCU，并通过控制第一开关的通断来控制VCU的工作状态，进而控制DC/DC的工作状态。该方案一方面由低压蓄电池和DC/DC在不同的工况下分别为低压负载供电；另一方面由于VCU不具备低功耗模式，在VCU和低压蓄电池之间设置了第一开关，能够进一步减少VCU对低压蓄电池电量的消耗，从而延长低压蓄电池的续航里程，还能够灵活控制VCU的工作状态，提高车辆运行的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，特别是涉及一种车辆及其低压供电系统。
背景技术
目前电动汽车低压电源主要采用铅酸电池，但是铅酸电池存在环境污染、成本高、占用车内空间大以及电动汽车长时间停放后，因铅酸低压蓄电池亏电导致电动汽车无法启动的问题，因此有部分厂家为了避免这些问题选择采用锂电池作为低压电源的方案。
申请公布号为CN109624714A的中国发明专利，提出了一种电动汽车供电系统，该电池系统采用多个供电单元串联的方式组成电池箱，当整车需要低压供电时从局部供电单元中取电为低压负载供电；申请公布号为CN109050257A的中国发明专利，提出了一种新能源汽车新型低压供电系统，高压电池组由多个串并联的电池单元构成，部分串联的电池单体的两端引出低压电源接口，并通过低压电源接口为低压负载供电。这两个方案均是从电池系统的局部取电再给整车低压系统供电，虽然该方案在理论上具有可行性，且可以降本减重，但是在实际使用中，从电池组串中取电容易造成电池系统的一致性变差，影响电池系统的循环寿命，另外，低压和高压共用一套供电系统，在高压系统出现失效时，低压系统同步失效，可能造成车辆转向失灵、车门打不开等异常情况，整车的安全性能大幅下降。
针对以上两个方案中存在的缺陷，申请公布号为CN115051432A的中国发明专利，提出了一种电动车低压电源供电系统，包含有低压蓄电池，并附加了至少一个DC/DC，且附加DC/DC设置在电动车高压电池包的常闭回路中，使附加DC/DC的输出不受高压继电器的控制，即使在高压电池包下电车辆结束运行的情况下，也能根据低压负载的情况，使高压电池包通过附加DC/DC给低压蓄电池充电，以及给低压电路供电。同时，低压蓄电池能够在DC/DC未激活或故障的情况下为低压负载供电，也就是当DC/DC被激活且正常工作时优先由DC/DC为低压负载供电，而且低压负载不分供电优先级。但是由于低压负载数量繁多，如果使用大容量的低压蓄电池，那么低压蓄电池的造价会很高；如果使用小容量的低压蓄电池，则无法保证低压蓄电池能够同时为车辆的各种低压负载供电，特别是影响车辆正常运行的一些低压负载，从而导致车辆的运行存在安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车辆低压供电系统，用以解决现有技术中存在的大容量低压蓄电池的造价高而小容量的低压蓄电池不能确保为对行车安全有关键作用的低压设备供电的问题；还提供一种车辆，用以安装上述车辆低压供电系统，并实现上述系统的功能。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种车辆低压供电系统，包括低压蓄电池和DC/DC，低压蓄电池用于通过低压供电电路在DC/DC未被激活时为第一类低压负载和第二类低压负载供电；DC/DC用于在自身被激活后为低压蓄电池充电以及为第一类低压负载、第二类低压负载、第三类低压负载和第四类低压负载供电；
第一类低压负载是持续供电负载，持续供电负载指的是在行车、充电以及静置状态下都能够工作的低压设备，至少包括BCM、BMS和VCU；VCU和低压蓄电池之间的供电回路上设置有第一开关，通过控制第一开关断开来控制VCU断电；通过控制第一开关导通来控制低压蓄电池为VCU供电，从而由VCU激活DC/DC；
第二类低压负载是常电设备，常电设备指的是在行车和车辆启动状态下能够工作的低压设备；
第三类低压负载和第四类低压负载是除第一类低压负载和第二类低压负载之外，其它的低压负载。
有益效果：本发明的车辆低压供电系统由低压蓄电池和DC/DC为低压负载供电，并且在DC/DC被激活后，优先由DC/DC为低压负载供电，以确保车辆的所有低压负载均能正常工作；在DC/DC未被激活的情况下，由低压蓄电池为持续供电负载和常电设备供电，以使低压蓄电池利用有限的电量给对行车安全有关键作用的低压设备供电，以确保车辆安全运行；由于VCU不具备低功耗模式，在VCU和低压蓄电池之间设置了第一开关，不仅能够减少VCU对低压蓄电池电量的消耗，延长低压蓄电池的续航里程，而且能够通过控制第一开关的通断来控制VCU的工作状态，灵活方便。
进一步地，当DC/DC或者动力电池故障时，切换至由低压蓄电池为第一类低压负载和第二类低压负载供电，并停止为其余低压负载供电。
有益效果：在DC/DC故障的情况下，由低压蓄电池为一部分低压负载供电，以使低压蓄电池利用有限的电量给对行车安全有关键作用的低压设备供电，以确保车辆安全运行。
进一步地，驱动第一开关闭合的方式包括有：
在车辆处于行车模式下，若BCM启动，则由BCM驱动第一开关闭合；或者，若ON火开闭合，则利用Key on激活信号激活BMS，再由BMS驱动第一开关闭合；
在充电模式下，若充电桩输出A+信号，则由A+信号唤醒BMS，再由BMS驱动第一开关闭合；
在BMS自唤醒/24H监控模式下，若BMS通过RTC自唤醒从休眠状态进入工作状态，则由BMS驱动第一开关闭合。
有益效果：在VCU不具备低功耗模式的情况下，通过在低压蓄电池和VCU之间设置开关器件来避免VCU一直处于得电状态消耗太多电量；并且由BCM、BMS或ON火开关驱动开关器件使得VCU在需要激活DC/DC工作时，及时导通低压蓄电池和VCU之间的低压供电电路，如此，既能减少电量消耗，又能确保低压负载正常工作。
进一步地，若在充电模式下A+信号从有效变为无效或者在BMS自唤醒/24H监控模式下BMS自唤醒工作时间达标，则BMS下电前反向唤醒VCU信号置无效，VCU检测到所有激活信号均无效且整车满足下电条件后，解锁低压供电自锁电路，由低压蓄电池仅为第一类低压负载供电。
有益效果：通过反向唤醒模式，可以实现关断所有除第一类设备的其他低压负载供电，防止因其他低压设备未关断，造成低压蓄电池待机时间变短或过放。
进一步地，低压蓄电池配置有充放电保护模块，设置在DC/DC与低压蓄电池之间的低压供电电路之间，用于对低压蓄电池进行过温、低温、过压和欠压保护。
有益效果：充放电保护模块能够在DC/DC为低压蓄电池充电过程中，对低压蓄电池进行过温、低温、过压和欠压保护，不仅有利于确保充电过程的安全性，而且有利于维持低压蓄电池的性能，延长使用寿命。
进一步地，低压蓄电池配置有充电模块，设置在DC/DC与低压蓄电池之间的低压供电电路之间，用于将DC/DC输出的电压经过转换之后，为低压蓄电池组进行恒流恒压充电。
有益效果：充电模块在DC/DC为低压蓄电池充电电路中间，DC/DC输出的电压经过充电模块的升压电路，为低压蓄电池组进行恒流恒压充电,确保低压蓄电池能够充满，并防止DC/DC输出的电压与低压蓄电池组电压差值较大，损坏充放电保护模块和低压蓄电池。
本发明还提供一种车辆，包括动力电池和低压负载，还包括上述任一项所述的车辆低压供电系统。
附图说明
图1是本发明的车辆低压供电系统电气拓扑图；
图2是本发明的车辆低压供电系统原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明技术原理及实际应用进行进一步详细说明。
车辆低压供电系统实施例：
本实施例的车辆低压供电系统电气拓扑图，如图1所示，包括低压蓄电池和DC/DC。DC/DC的一端用于通过多合一控制器连接动力电池系统，另一端通过充电模块与低压蓄电池连接，以及通过开关K1与持续供电负载连接，通过开关K1和ON火开关与ON火设备连接，还通过开关K1、ON火开关和开关K2与一般设备连接，用于在自身被激活后将动力电池系统的高电压转换为低电压后为低压蓄电池充电以及为低压设备供电。
低压蓄电池通过低压供电电路和持续供电负载连接，通过开关K1与常电设备连接，还通过ON火开关和ON火设备连接，以及通过ON火开关和开关K2与一般设备连接，用于在DC/DC未被激活时为持续供电负载和常电设备供电，并由VCU控制断开ON火设备和一般设备。
本实施例的车辆低压供电系统原理图，如图2所示，低压蓄电池和DC/DC。DC/DC的一端用于通过多合一控制器连接动力电池系统，另一端通过充电模块与低压蓄电池和低压设备连接，用于在自身被激活后将动力电池系统的高电压转换为低电压后，一方面为低压设备供电，另一方面在低压蓄电池的电量低于设定阈值(例如50％)的情况下，为低压蓄电池充电。
低压蓄电池通过低压供电电路和持续供电负载以及常电设备连接，用于为持续供电负载以及常电设备供电；并通过开关K1和VCU连接，VCU和DC/DC连接，还通过ON火开关和ON火设备连接，以及通过ON火开关和开关K2和一般设备连接。
其中，持续供电负载是指在行车、充电以及静置状态能够工作的低压设备，主要包括车身控制模块(以下简称BCM)、动力电池管理系统(以下简称BMS)、整车控制器(以下简称VCU)以及手柄开关、K1和ON火开关等；常电设备是指在行车和车辆启动状态下能够工作的低压设备，主要包括整车监控系统(ICARD)以及车辆未启动前需要工作的低压设备如电动车窗、收放机等；ON火设备是指在车辆钥匙拧到ON时能够工作的低压设备，主要包括空调面板、冷机面板、360全景摄像头、倒车雷达等；一般设备是指在车辆运行期间能够工作的低压设备，主要包括倒车雷达、碰撞预警、车道偏离等。
本实施例中，VCU不具备低功耗模式，因此为了避免VCU在得电状态下消耗太多电量，在VCU和低压蓄电池之间设置了开关K1，通过控制K1断开来控制VCU断电；当BCM、BMS或ON火开关驱动开关K1时，才能将VCU和低压蓄电池连接，使得低压蓄电池为VCU供电，并由VCU激活DC/DC为低压负载供电。这里BCM、BMS和ON火开关是分别根据不同的工况采取不同的驱动策略对开关K1进行驱动的，具体的驱动策略如下：
在车辆处于行车模式(包含车辆静止上电状态)下，驱动低压蓄电池为VCU供电的方式有两种，一种是在BCM启动后，可由BCM驱动开关K1闭合，从而由低压蓄电池为VCU提供24V常电电压，VCU上电后，激活DC/DC为低压负载供电；另一种是在ON火开关闭合后，可由ON火开关直接利用Key on激活信号激活BMS，再由BMS驱动K1闭合，使低压蓄电池为VCU供电，从而由VCU激活DC/DC为低压负载供电。
在充电模式下，若充电桩刷卡后输出A+信号，且A+信号唤醒BMS，则可由BMS驱动开关K1闭合，从而由低压蓄电池为VCU提供24V常电电压，VCU上电后，激活DC/DC为低压负载供电；若充电桩不再输出A+信号或输出的A+信号失效，则BMS从工作状态下电前将反向唤醒VCU信号置无效，低压设备进入休眠状态，然后VCU检查到所有激活信号均无效且整车满足下电条件后，解锁低压供电自锁电路为低压负载供电。
在BMS自唤醒/24H监控模式下，若BMS在满足自唤醒条件的情况下通过RTC自唤醒从休眠状态进入工作状态，则可由BMS驱动开关K1闭合，从而由低压蓄电池为VCU提供24V常电电压，VCU上电后，激活DC/DC为低压负载供电；当BMS自唤醒工作时间达标后，BMS从工作状态下电前将反向唤醒VCU信号置无效，低压设备进入休眠状态，然后VCU检查到所有激活信号均无效且整车满足下电条件后，解锁低压供电自锁电路为低压负载供电。
本实施例中的低压蓄电池配置有充放电保护模块，主要包括二极管、控制电路等，用于实现低压蓄电池组的过温、低温、过压、欠压等保护。
例如，在电池充电过程中，如果低压蓄电池的温度过低，则给低压蓄电池加热；如果低压蓄电池的温度过高，则停止充电，并在温度恢复到正常范围时判断低压蓄电池的电量是否低于设定阈值(例如50％)，若是，则给DC/DC发送充电指令，让DC/DC继续为低压蓄电池充电；如果充电电压过低或过高，均停止充电，并给充电模块发送充电电压信息，让充电模块调整输出电压，直至检测到输出电压正常时，才恢复充电。
本实施例中的低压蓄电池还配置有充电模块，主要包括电阻、电容、电感、二极管、开关管等器件，充电模块由动力电池系统经DC/DC降压后输出的电压经过充电模块的升压电路，为低压蓄电池进行恒流恒压充电，确保低压蓄电池能够充满，并防止DC/DC输出的电压与低压蓄电池组电压差值较大，损坏充放电保护模块和低压蓄电池。
本实施例中的低压蓄电池的输出端配置有防倒灌二极管，以防在没有管理和控制的情况下，由动力电池系统经DC/DC降压后输出的电压为低压蓄电池充电。
本实施例中的开关器件可以是继电器、接触器、MOS管、IGBT、MOSFET、钥匙开关或按钮开关等所有开关类器件。
本实施例中将低压负载分为了四类，作为其他实施例，低压负载的分类方式可根据客户的实际使用需求进行供电分配。
车辆实施例：
本实施例的车辆，包括动力电池和低压负载，还包括上述实施例中的车辆低压供电系统，该系统所包含的结构单元及其各个结构单元所能够实现的功能均已在上述实施例作了详细阐述，此处不再赘述。
Claims (7)
1.一种车辆低压供电系统，包括低压蓄电池和DC/DC，其特征在于，所述低压蓄电池用于通过低压供电电路在所述DC/DC未被激活时为第一类低压负载和第二类低压负载供电；所述DC/DC用于在自身被激活后为低压蓄电池充电以及为第一类低压负载、第二类低压负载、第三类低压负载和第四类低压负载供电；
所述第一类低压负载是持续供电负载，持续供电负载指的是在行车、充电以及静置状态下都能够工作的低压设备，至少包括BCM、BMS和VCU；所述VCU和所述低压蓄电池之间的供电回路上设置有第一开关，通过控制所述第一开关断开来控制VCU断电；通过控制所述第一开关导通来控制低压蓄电池为VCU供电，从而由VCU激活DC/DC；
所述第二类低压负载是常电设备，常电设备指的是在行车和车辆启动状态下能够工作的低压设备；
所述第三类低压负载和第四类低压负载是除第一类低压负载和第二类低压负载之外，其它的低压负载。
2.根据权利要求1所述的车辆低压供电系统，其特征在于，当所述DC/DC或者动力电池故障时，切换至由所述低压蓄电池为第一类低压负载和第二类低压负载供电，并停止为其余低压负载供电。
3.根据权利要求1或2所述的车辆低压供电系统，其特征在于，驱动所述第一开关闭合的方式包括有：在车辆处于行车模式下，若所述BCM启动，则由BCM驱动第一开关闭合；或者，若ON火开闭合，则利用Key on激活信号激活BMS，再由BMS驱动第一开关闭合；
在充电模式下，若充电桩输出A+信号，则由A+信号唤醒所述BMS，再由BMS驱动第一开关闭合；
在BMS自唤醒/24H监控模式下，若所述BMS通过RTC自唤醒从休眠状态进入工作状态，则由BMS驱动第一开关闭合。
4.根据权利要求3所述的车辆低压供电系统，其特征在于，若在充电模式下所述A+信号从有效变为无效或者在BMS自唤醒/24H监控模式下所述BMS自唤醒工作时间达标，则BMS下电前反向唤醒VCU信号置无效，VCU检测到所有激活信号均无效且整车满足下电条件后，解锁低压供电自锁电路，由低压蓄电池仅为第一类低压负载供电。
5.根据权利要求4所述的车辆低压供电系统，其特征在于，所述低压蓄电池配置有充放电保护模块，设置在DC/DC与低压蓄电池之间的低压供电电路之间，用于对低压蓄电池进行过温、低温、过压和欠压保护。
6.根据权利要求5所述的车辆低压供电系统，其特征在于，所述低压蓄电池配置有充电模块，设置在DC/DC与低压蓄电池之间的低压供电电路之间，用于将DC/DC输出的电压经过转换之后，为低压蓄电池组进行恒流恒压充电。
7.一种车辆，包括动力电池和低压负载，其特征在于，还包括如权利要求1-6任一项所述的车辆低压供电系统。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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