CN116653603A - 一种车辆低压供电系统及电动汽车 - 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低压供电系统及电动汽车。本方案包括蓄电池和DC/DC，DC/DC的一端用于连接动力电池，另一端与蓄电池和低压负载连接，用于为蓄电池充电以及为低压负载供电，蓄电池通过低压供电电路用于连接应急负载和24h常电设备，若动力电池和DC/DC均正常，则由DC/DC将动力电池的高压直流电转换为低压直流电为低压负载供电；若动力电池或DC/DC故障，则由蓄电池为应急负载和24h常电设备供电。本方案不仅能够确保为车辆的应急负载和24h常电设备正常供电，保障车辆低压供电的稳定性和可靠性，而且系统成本低、结构简单。
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低压供电系统及电动汽车。
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。
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，包含有低压电源，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分别给蓄电池和车辆外部低压电路可靠供电，将蓄电池保持在一个健康的水平。该方案可以为电动车辆提供更加稳定、可靠和持久的低压供电，但是附加的DC/DC提高了低压电源供电系统的成本和结构复杂性。
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低压供电系统成本高、结构复杂的问题；还提供一种电动汽车，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，包括蓄电池和DC/DC，DC/DC的一端用于连接动力电池，另一端与蓄电池和低压负载连接，用于为蓄电池充电以及为低压负载供电，蓄电池通过低压供电电路用于连接应急负载和24h常电设备，若动力电池和DC/DC均正常，则由DC/DC将动力电池的高压直流电转换为低压直流电为低压负载供电；若动力电池或DC/DC故障，则由蓄电池为应急负载和24h常电设备供电。
有益效果：本发明的车辆低压供电系统在DC/DC正常工作时，由DC/DC将动力电池的高压直流电转换为低压直流电为低压负载供电；在动力电池或DC/DC故障时，由低压电源为应急负载和24h常电设备供电，如此，不仅能够确保为车辆的应急负载和24h常电设备正常供电，保障车辆低压供电的稳定性和可靠性；而且相比于现有技术中增加额外的DC/DC，本发明的低压供电系统的成本较低而且结构简单。
进一步地，蓄电池和24h常电设备之间的低压供电电路上设置有手柄开关，用于控制蓄电池与应急负载和24h常电设备之间供电电路的通断，手柄开关和应急负载之间还设置有总火开关，用于控制应急负载供电电路的通断。
有益效果：本发明通过设置总火开关，能够满足为应急负载和24h常电设供电的需求；通过设置应急开关，能够及时断开与应急负载相连的低压电路，以使蓄电池存储的有限的电量保障24h常电设备的供电需求。
进一步地，当总火开关下电后，蓄电池继续为24h常电设备供电，直至总火开关断开的时间超过设定时间阈值。
有益效果：当总火开关下电后，蓄电池继续为24h常电设备供电，能够确保车辆安全、正常运行，又能确保停车后监控数据能够持续传送到后台，使整车处于可监控状态；当总火开关断开的时间超过设定时间阈值，控制蓄电池停止对外供电，从而防止出现蓄电池亏电的情况，避免给蓄电池造成损伤。
进一步地，蓄电池上设置有电子开关，用于在车辆启动前且检测到手柄开关闭合后导通，为DC/DC提供激活信号；同时控制蓄电池充、放电。
进一步地，还包括用于检测蓄电池温度的温度检测模块和加热模块，若检测到蓄电池的温度小于设定温度阈值，则蓄电池不进行充、放电。
有益效果：由于锂电池在低温状态下，电解液的粘度降低，导电性下降，充、放电会提前终止，本发明在检测到蓄电池的温度小于设定温度阈值时，蓄电池不进行充、放电，以避免对电池造成不可逆转的损伤，从而延长蓄电池的使用寿命，而且能够及时为蓄电池加热，提高蓄电池的工作性能。
进一步地，蓄电池是多个电池单体构成的锂电池。
有益效果：和铅酸电池相比，锂电池具有环保、占用空间小，电池能量密度大，续航能力长，温度性能良好，使用寿命长的优点。
进一步地，蓄电池由耐撞击的金属或非金属材料制成的壳体密封，壳体内设置有防火材料。
有益效果：蓄电池由耐撞击的金属或非金属材料制成的壳体密封，能够确保蓄电池在有撞击的情况下正常使用；壳体内设置的防火材料，能够避免蓄电池在自身温度较高的情况下对外部设备造成影响，同时也能够在外部出现失火情况时蓄电池仍然可以正常使用。
进一步地，电池单体之间灌封有导热胶。
有益效果：蓄电池周围灌封导热胶，能够在某个电池单体局部高温的情况下迅速将热量通过热传导的方式转移到导热胶上，避免出现电池单体局部高温甚至出现火灾的情况发生。
本发明还提供一种电动汽车，包括动力电池和低压负载，还包括上述的车辆低压供电系统。
附图说明
图1是实施例的车辆低压供电系统电气拓扑图；
图2是实施例的车辆低压供电系统原理图；
图3是实施例的电池模组外部包装结构示意图；
图4是实施例的车辆低压供电系统工作流程图。
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DC/DC和蓄电池。其中，DC/DC的一端用于连接动力电池，另一端与蓄电池和低压负载连接，用于将动力电池的高压直流电转换为低压直流电为非持续工作负载、24h常电设备和应急负载供电以及为蓄电池充电；蓄电池通过低压供电电路用于连接应急负载和24h常电设备，低压供电电路上设置有手柄开关，手柄开关用于控制低压供电电路与应急负载和24h常电设备的连通或断开。
本实施例的车辆低压供电系统原理图，如图2所示，包括DC/DC和蓄电池。其中，DC/DC的高压侧用于连接动力电池，低压侧连接蓄电池、电器盒1和电器盒2，用于为蓄电池充电，并分别通过电器盒1和电器盒2为二者所连接的低压负载供电。DC/DC和电器盒1之间的低压供电线路上设置有电流监测点1，DC/DC和电器盒2之间的低压供电线路上设置有电流监测点2，电流监测点1和电流监测点2用于检测DC/DC低压侧输出的电流大小。电器盒1与行车记录仪、常火、ABS、组合仪表、车门遥控、整车控制器(简称VCU)、放气阀以及动力电池管理系统(简称BMS)等24h常电设备，灯光仪表、前电器盒、双源转向和传统低压模块等应急负载，以及播放器、胎压监测、电子风扇和水泵等相连；电器盒2与空调控制器、空调面板/独立机组、监控主机、视频一体机、网管以及灭火控制器等非持续工作负载相连，并且应急负载与电器盒1之间、非持续工作负载与电器盒2之间均设置有保险丝，用于对应急负载和非持续工作负载做过流保护。
蓄电池上设置有电子手动开关，电子手动开关用于激活DC/DC并控制蓄电池充放电；蓄电池还通过手柄开关和电器盒1相连，进而和24h常电设备以及应急负载相连，手柄开关和应急负载之间还设置有总火开关和K2开关，总火开关用于为K2开关提供工作电源并为播放器、胎压检测仪等普通常电设备供电，K2用于控制应急负载供电电路的通断，为行车期间必须的低压负载供电；当蓄电池电量低于充电阈值(比如总电量的50％)时，会向DC/DC发出充电请求信号，并由DC/DC为其充电。整车使能信号由VCU发出，在需要行车时，由钥匙信号激活VCU，再由VCU发出的整车使能信号激活DC/DC为整车低压负载供电。
本实施例中出现的所有开关分别可以是继电器、接触器、MOS管、IGBT等电子电器控制器件的任意一种。
本实施例的选用的DC/DC的功率为6kW，作为其他实施例，DC/DC的功率大小可以根据实际情况进行调整。
本实施例配置有用于检测蓄电池温度的温度检测模块和加热模块，蓄电池是多个电池单体通过串、并联方式组成的12V或24V的锂电池模组，配置容量可小于10Ah，放电倍率至少达到5～40C的瞬间放电能力，其外部包装结构示意图如图3所示，整个锂电池模组由耐撞击的金属或非金属材料制成的壳体密封，并且壳体内壁设置有防火材料，确保蓄电池在极端工况下也能够正常使用；电池单体之间灌封有导热胶，如果出现某个电池单体局部高温的情况，能够迅速将该电池单体的热量通过热传导的方式转移到导热胶，避免出现电池单体局部高温甚至出现火灾的情况发生，提高蓄电池工作的安全性。
作为其他实施例，防火材料不局限于紧贴壳体内壁设置防火材料，防火材料与壳体之间也可以有间隙；导热胶不局限于灌封在电池单体之间，电池单体与防火材料之间也可以灌封有导热胶。
本实施例的车辆低压供电系统工作过程如图4所示，具体流程如下：
车辆运行前，手柄开关闭合，当检测到手柄开关上电信号后，电子手动开关闭合，通过整车控制器(简称VCU)发出的整车使能信号来激活DC/DC，然后蓄电池进行自检，判断状态是否异常，异常状态包括欠压、过压、低温等异常信息，若发生异常，则发出异常报警；若正常，则通过温度检测模块检测蓄电池温度，若蓄电池温度小于5℃，则断开电子手动开关，使蓄电池不再进行充、放电，并启动加热模块为蓄电池加热，直至蓄电池温度达到5℃，然后重新闭合电子手动开关；若蓄电池温度大于等于5℃，则检测蓄电池的电量是否低于充电阈值，若低于充电阈值，则向DC/DC发出充电请求信号，并由DC/DC为其充电。
车辆充电时，当BMS接收到A+信号，由BMS唤醒DC/DC，控制整车充电；当车辆处于静置状态时，由DC/DC自带的定时唤醒信号，激活DC/DC为BMS等车辆监控系统供电，确保整车在静置期间能够定时唤醒，不定期监控电池和整车的安全状态。
实时监测电流监测点1和电流监测点2的电流，当检测到电流监测点1或电流监测点2的电流异常，则认为动力电池或DC/DC发生故障，切换至蓄电池为应急负载和24h常电设备供电，由于蓄电池所存储的电量有限，因此需要及时靠边停车并对车辆进行检修，在检修时需要总火开关下电。当总火开关下电后，蓄电池继续为24h常电设备供电，直至总火开关断开的时间超过设定时间阈值(例如1h)。这里设置总火开关下电后等待时间不超过1h，是为了既能确保车辆能够安全、正常运行，又能确保停车后的监控数据能够持续传送后台，使整车处于可监控状态。作为其他实施例，等待时间可根据需要进行调整，推荐等待时间范围为0.5h～120h。
本实施例以双源转向模块为例，说明整车供电系统为应急负载供电的方式，在动力电池和DC/DC正常工作的情况下，由DC/DC将动力电池的高压直流电转换为低压直流电为双源转向模块供电；在动力电池或DC/DC异常的情况下，由蓄电池为双源转向模块供电。
本实施例设置温度阈值为5℃，防止锂电池在低于温度阈值的温度下对外供电以及DC/DC对其充电，以提高锂电池的使用寿命。作为其他实施例，蓄电池的温度阈值可以根据电池的电化学体系进行适当调整，并不局限于5℃。
综上所述，本实施例的蓄电池有三方面的作用，一是激活DC/DC，通过整车高压电池系统经过直流变换后为整车低压负载供电；二是在动力电池或DC/DC发生故障时，为整车高功耗应急负载供电，如灯光仪表、双源转向和部分传统电压设备；三是在动力电池或DC/DC发生故障时，为24小时常电设备供电，如行车记录仪、ABS、放气阀、车门遥控等。在整车动力电池和DC/DC均正常的正常情况下，由整车高压电池系统经过DC/DC直流变换后为整车低压负载供电。
电动汽车实施例：
本实施例的电动汽车，包括动力电池和低压负载，还包括车辆低压供电系统，该车辆低压供电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车辆低压供电系统实施例作了详细阐述，此处不再赘述。
Claims (9)
1.一种车辆低压供电系统，包括蓄电池和DC/DC，DC/DC的一端用于连接动力电池，另一端与蓄电池和低压负载连接，用于为蓄电池充电以及为低压负载供电，其特征在于，所述蓄电池通过低压供电电路用于连接应急负载和24h常电设备，若动力电池和DC/DC均正常，则由DC/DC将动力电池的高压直流电转换为低压直流电为低压负载供电；若动力电池或DC/DC故障，则由蓄电池为应急负载和24h常电设备供电。
2.根据权利要求1所述的车辆低压供电系统，其特征在于，所述蓄电池和所述24h常电设备之间的低压供电电路上设置有手柄开关，用于控制蓄电池与应急负载和24h常电设备之间供电电路的通断，手柄开关和应急负载之间还设置有总火开关，用于控制应急负载供电电路的通断。
3.根据权利要求2所述的车辆低压供电系统，其特征在于，当总火开关下电后，所述蓄电池继续为24h常电设备供电，直至总火开关断开的时间超过设定时间阈值。
4.根据权利要求2所述的车辆低压供电系统，其特征在于，所述蓄电池上设置有电子开关，用于在车辆启动前且检测到手柄开关闭合后导通，为DC/DC提供激活信号；同时控制蓄电池充、放电。
5.根据权利要求1-4任一项所述的车辆低压供电系统，其特征在于，还包括用于检测所述蓄电池温度的温度检测模块和加热模块，若检测到所述蓄电池的温度小于设定温度阈值，则蓄电池不进行充、放电。
6.根据权利要求5所述的车辆低压供电系统，其特征在于，所述蓄电池是多个电池单体构成的锂电池。
7.根据权利要求6所述的车辆低压供电系统，其特征在于，所述蓄电池由耐撞击的金属或非金属材料制成的壳体密封，所述壳体内设置有防火材料。
8.根据权利要求7所述的车辆低压供电系统，其特征在于，所述电池单体之间灌封有导热胶。
9.一种电动汽车，包括动力电池和低压负载，其特征在于，还包括车辆低压供电系统，所述车辆低压供电系统包括如权利要求1-8任一项所述的结构并能够实现对应的功能。
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| CN118508596A (zh) * | 2024-07-17 | 2024-08-16 | 深圳市南霸科技有限公司 | 车辆的应急供电方法、装置、计算机设备和存储介质 |
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2023
- 2023-01-17 CN CN202310062422.0A patent/CN116653603A/zh active Pending
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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