CN117533134A - 一种汽车双低压电源的低压控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车双低压电源的低压控制系统及方法，所述系统包括为车载低压用电负载供电的第一蓄电池、第二蓄电池，所述第一蓄电池、第二蓄电池并联后接入到双向DCDC变换器的第一端，所述双向DCDC变换器的第一端用于连接至低压用电负载；所述双向DCDC变换器的第二端连接至高压电池的供电输出端。本发明的优点在于：通过铅酸和锂电组合给车辆低压系统供电，实现电源系统的冗余备份，同时通过双向DCDC在高压回路进行预充管理，省去高压预充回路。

Description

一种汽车双低压电源的低压控制系统及方法

技术领域

本发明涉及汽车低压电源领域，特别涉及一种汽车低压双电源的控制系统及方法。

背景技术

电动汽车中存在两种电源：高压动力电池和低压的蓄电池；动力电池通过电机控制器将高压电为电机控制器供电进而为电机提供电源，实现车辆的驱动；低压蓄电池则为整车的低压用电器、低压负载、低压的ECU等供电。随着电动汽车的发展，智能化、娱乐化的低压用电器越来越多的集成在的车辆中，在一定程度上增加了车辆的娱乐性，提高了用户体验，但是随着低压用电器的越来越多造成了车辆安全功能所需的低压蓄电池的供电稳定性不足，如高级别自动驾驶领域，就需要低压蓄电池的稳定供电，如果低压蓄电池电量低就会造成自动驾驶无法使用甚至出现自动驾驶功能异常等安全风险。、

现有技术解决低压蓄电池馈电的一个方向就是对低压蓄电池的电量进行监控，当电量较低时给出提醒或通过设计的控制电路自动的为低压蓄电池充电，但是现有技术的低压供电控制系统仍然存在诸多不足。如采用铅酸蓄电池导致低压蓄电池能量密度较低且铅酸蓄电池更重，导致了车辆重量更重。因此单一的铅酸电池的低压控制系统无法满足低压系统的供电要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种汽车低压双电源的控制系统及方法，针对现有技术但低压电池存在的低压供电不稳定的缺陷设计一种双低压蓄电池系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种汽车双低压电源的低压控制系统，所述系统包括为车载低压用电负载供电的第一蓄电池、第二蓄电池，所述第一蓄电池、第二蓄电池并联后接入到双向DCDC变换器的第一端，所述双向DCDC变换器的第一端用于连接至低压用电负载；所述双向DCDC变换器的第二端连接至高压电池的供电输出端。

所述控制系统还包括控制单元、高压上电状态采集模块，所述高压上电状态采集模块用于采集车辆的高压上电状态，其输出端连接至控制单元，所述控制单元的输出端连接至双向DCDC变换器，用于根据高压上电状态对双向DCDC变换器进行控制。

所述第一蓄电池、第二蓄电池分别为低压锂电池、低压铅酸电池。

高压电池经过总正继电器引出端子连接至双向DCDC变换器第二端的正极；所述的高压电池经过总负继电器引出端子连接至双向DCDC变换器的第二端的负极；高压电池经过总正继电器、总负继电器引出端子经驱动控制器连接高压负载；所述控制单元的输出端分别连接至总正继电器、总负继电器，在高压上电时，所述控制单元驱动总正继电器、总负继电器保持断开，所述控制单元驱动控制双向DCDC变换器工作将第一蓄电池、第二蓄电池中锂电池输出电压进行升压后为驱动控制器中的预充电容充电以实现上电预充，在预充结束后进入高压上电状态，此时控制单元驱动总正继电器、总负极继电器闭合同时控制双向DCDC变换器断开。

所述控制系统还包括锂电保护板，所述锂电池保护板集成在锂电池中，用于对锂电池的工作状态进行监控保护，其输出端连接至控制单元，用于上传锂电池的监控保护数据。

所述低压控制系统还包括温度传感器，所述温度传感器用于检测低压蓄电池所处的环境温度数据，其输出端连接至控制单元，所述控制单元的输出端连接至低压锂电池，用于在低温状态下关断低压锂电池的供电输出。

一种基于汽车双低压电源的低压控制系统的控制方法，包括：

采集车辆的高压上电状态，当车辆进行上高压时，先进行预充控制，此时控制总正继电器、总负继电器保持断开状态，双向DCDC变换器将低压锂电池的供电进行升压后向高压回路放电，为高压回路中的驱动变压器中的预充电容充电，在预充结束后，控制双向DCDC变换器关闭，同时控制总正继电器、总负继电器闭合并保持，完成高压上电控制。

当检测到车辆处于高压上电完成后，控制双向DCDC变换器将高压电池的高压转换为低压电向低压负载供电以及向与双向DCDC变换器连接的低压蓄电池充电。

在检测到车辆下高压完成后，控制单元关闭双向DCDC变换器，并控制第一蓄电池、第二蓄电池为低压负载供电。

本发明的优点在于：通过铅酸和锂电组合给车辆低压系统供电，实现电源系统的冗余备份，同时通过双向DCDC在高压回路进行预充管理，省去高压预充回路。并且锂电的设计寿命远远大于铅酸电池，可在铅酸电池低于12V时，锂电给铅酸充电，防止铅酸长时间不用造成的馈电问题。可以省去高压预充回路，降低高压回路的成本。可以为低压供电提供冗余供电。锂电池的长寿命可以防止铅酸的馈电造成系统无法启动。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为现有技术低压蓄电池及高压预充原理图；

图2为本发明低压双电源的系统结构原理图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本发明的技术领域--汽车低压配电领域及系统应用于高级别自动驾驶的双电源及车辆，能确保电动车辆电源系统的稳定性，以提高行驶安全性。通过引入锂电池不仅解决电源冗余问题，同时应用到高压预充降低高压电路成本。

如图1所示，为现有技术的低压蓄电池和动力电池的系统供电原理图，低压蓄电池采用12V铅酸蓄电池为低压负载供电，而动力电池则通过总正继电器、总负继电器引出供电端子连接至电机控制器，由电机控制器将高压电转换为高压负载(如电机)等供电，在电机控制器中内置有预存电容，在总正继电器两端并联设置有串联的预充电路，预充电路包括预充电阻和预充继电器，在上高压前通过预充继电器闭合为预存电容充电后再启动上高压控制总正继电器、总负继电器闭合完成上高压。

在图1中由于只有一个低压蓄电池，且是铅酸蓄电池，不能做到低压供电的冗余和可靠，无法保证高阶自动驾驶对于低压供电的需求以及整车低压用电器的需求，基于此本申请设计了如图2所示的低压供电系统，该控制系统满足了低压供电的冗余性同时可以基于该系统实现预充充电，节约了预充电阻、预充继电器的成本，保证了低压供电的可靠，具体方案包括：

如图2所示，一种汽车双低压电源的低压控制系统，所述系统包括为车载低压用电负载供电的锂离子蓄电池、铅酸蓄电池，两个蓄电池均采用12V蓄电池。锂离子蓄电池、铅酸蓄电池的正负极并联在一起后连接至双向DCDC变换器的低压端的正负极，双向DCDC变换器的低压端的正负极用于连接至低压用电负载，用于向低压负载供电；这样就可以通过锂离子蓄电池、铅酸蓄电池共同向低压负载供电，从而起到了双冗余供电的目的保证了安全可靠性。

双向DCDC变换器的高压端正负极连接至高压电池的供电输出端。这里的高压电池的供电输出端是指高压电池的正极经总正继电器引出的端子、以及高压电池的负极经总负继电器引出的端子，高压电池经过总正继电器引出端子连接至双向DCDC变换器高压端的正极；高压电池经过总负继电器引出端子连接至双向DCDC变换器的高压端的负极；

高压电池经过总正继电器、总负继电器引出端子经驱动控制器连接高压负载，用于通过驱动控制器对高压负载供电，这里的驱动控制器包括电机控制器，其内置有预充电容，用于在上高压前进行预充充电的作用。

本方案中设置有控制单元，控制单元主要启动的控制和处理的作用，其可以集成在电池管理系统BMS中来实现。控制单元的输出端分别连接至总正继电器、总负继电器；控制系统包括控制单元、高压上电状态采集模块，高压上电状态采集模块用于采集车辆的高压上电状态，其输出端连接至控制单元，控制单元的输出端连接至双向DCDC变换器，用于根据高压上电状态对双向DCDC变换器进行控制。上高压状态采集模块可以采用整车的高压状态信号可以通过CAN从整车控制器VCU中读取。

其工作原理包括：在高压上电时，控制单元接收到VCU发来的上高压指令，控制单元驱动总正继电器、总负继电器保持断开，然后控制单元驱动控制双向DCDC变换器工作再升压模式将锂电池输出电压进行升压后向高压端输出电压电源，从而向电机控制器的供电回路中供电进而为驱动控制器中的预充电容充电以实现上电预充，在预充结束后进入高压上电状态，此时控制单元驱动总正继电器、总负极继电器闭合同时控制双向DCDC变换器断开，完成预充的目的，这样就可以实现采用低压锂电池进行预充充电功能的实现，可以节约或节省预充电路，不需要预充电路节省了成本。

在本申请的一个优选的实施例中，控制系统还包括锂电保护板，锂电池保护板集成在锂电池中，用于对锂电池的工作状态进行监控保护，其输出端连接至控制单元，用于上传锂电池的监控保护数据。锂电池保护板中集成有保护电路和监控电路，从而对锂电池进行安全功能的监控。同时将监控的数据上传至控制单元中，由控制单元将监控数据上传至车辆的VCU或仪表等系统中，从而实现对于其监控目的和提醒显示功能。

在低压蓄电池上设置有环境温度传感器，温度传感器用于检测低压蓄电池所处的环境温度数据，其输出端连接至控制单元，控制单元的输出端连接至低压锂电池，用于在低温状态下关断低压锂电池的供电输出，对锂电池的的供电输出控制以通过设置在锂电池输出端的继电器开关来实现对于锂电池输出的关断的目的，在低温度时关断锂电池，避免锂电池低温下工作造成的寿命的减少以及电量的减少。

本申请还提供一种基于汽车双低压电源的低压控制系统的控制方法，包括：采集车辆的高压上电状态，当车辆进行上高压时，先进行预充控制，此时控制总正继电器、总负继电器保持断开状态，双向DCDC变换器将低压锂电池的供电进行升压后向高压回路放电，为高压回路中的驱动变压器中的预充电容充电，在预充结束后，控制双向DCDC变换器关闭，同时控制总正继电器、总负继电器闭合并保持，完成高压上电控制。

当检测到车辆处于高压上电完成后，控制双向DCDC变换器将高压电池的高压转换为低压电向低压负载供电以及向与双向DCDC变换器连接的低压蓄电池充电。在检测到车辆下高压完成后，控制单元关闭双向DCDC变换器，并控制锂离子电池、铅酸蓄电池为低压负载供电。

本发明通过铅酸和锂电组合给车辆低压系统供电，实现电源系统的冗余备份，同时通过双向DCDC在高压回路进行预充管理，省去高压预充回路。并且锂电的设计寿命远远大于铅酸电池，可在铅酸电池低于12V时，锂电给铅酸充电，防止铅酸长时间不用造成的馈电问题。本方案还可以省去高压预充回路，降低高压回路的成本、可以为低压供电提供冗余供电、锂电池的长寿命可以防止铅酸的馈电造成系统无法启动。

本申请的双低压电源的系统具有：

(1)将12V铅酸电池和12V锂电池并联在具有双向DCDC的后端为车辆提供双路低压电源供电。

(2)基于锂电池的电源回路其放电能力强，配合双向DCDC给高压回路进行预充管理，从而替代高压预充回路(如附图虚线框内电路)，节约高压回路成本。

(3)高压上电时，12V锂电池通过DCDC反向升压功能向高压回路的电容进行预充，因DCDC可控电压变化速率以适应高压回路中电容的变化，可以在多电驱的应用场景下无需预充电路，更不需要多套预充回路切换以保证预充的安全，进而有效精准缩短汽车的上电时间。

(4)双电源回路提供两路电源回路保证系统在为高阶自动驾驶提供电源冗余保证；此方案中的12V锂电含有保护板(装置)，可以有效保护12V锂电安全可靠使用；

(5)基于铅酸的良好低温性能有效保证供电低温时的稳定性，同时锂电的长寿命保证系统供电的可靠稳定。

(6)此系统中的正常高压上电后，系统低压电源由DCDC将高压电池的高压转化为14V供给低压系统，同时给铅酸和12V锂电池供电，保证铅酸和12V锂电池处于一个高电量状态，在高压下电后铅酸和12V锂电池有充足的电量为低压系统供电。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种汽车双低压电源的低压控制系统，其特征在于：所述系统包括为车载低压用电负载供电的第一蓄电池、第二蓄电池，所述第一蓄电池、第二蓄电池并联后接入到双向DCDC变换器的第一端，所述双向DCDC变换器的第一端用于连接至低压用电负载；所述双向DCDC变换器的第二端连接至高压电池的供电输出端。

2.如权利要求1所述的一种汽车双低压电源的低压控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括控制单元、高压上电状态采集模块，所述高压上电状态采集模块用于采集车辆的高压上电状态，其输出端连接至控制单元，所述控制单元的输出端连接至双向DCDC变换器，用于根据高压上电状态对双向DCDC变换器进行控制。

3.如权利要求1或2所述的一种汽车双低压电源的低压控制系统，其特征在于：所述第一蓄电池、第二蓄电池分别为低压锂电池、低压铅酸电池。

4.如权利要求3所述的一种汽车双低压电源的低压控制系统，其特征在于：

高压电池经过总正继电器引出端子连接至双向DCDC变换器第二端的正极；所述的高压电池经过总负继电器引出端子连接至双向DCDC变换器的第二端的负极；高压电池经过总正继电器、总负继电器引出端子经驱动控制器连接高压负载；所述控制单元的输出端分别连接至总正继电器、总负继电器，在高压上电时，所述控制单元驱动总正继电器、总负继电器保持断开，所述控制单元驱动控制双向DCDC变换器工作将第一蓄电池、第二蓄电池中锂电池输出电压进行升压后为驱动控制器中的预充电容充电以实现上电预充，在预充结束后进入高压上电状态，此时控制单元驱动总正继电器、总负极继电器闭合同时控制双向DCDC变换器断开。

5.如权利要求3所述的一种汽车双低压电源的低压控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括锂电保护板，所述锂电池保护板集成在锂电池中，用于对锂电池的工作状态进行监控保护，其输出端连接至控制单元，用于上传锂电池的监控保护数据。

6.如权利要求3所述的一种汽车双低压电源的低压控制系统，其特征在于：所述低压控制系统还包括温度传感器，所述温度传感器用于检测低压蓄电池所处的环境温度数据，其输出端连接至控制单元，所述控制单元的输出端连接至低压锂电池，用于在低温状态下关断低压锂电池的供电输出。

7.一种基于如权利要求1-6任一所述的汽车双低压电源的低压控制系统的控制方法，其特征在于：包括：

采集车辆的高压上电状态，当车辆进行上高压时，先进行预充控制，此时控制总正继电器、总负继电器保持断开状态，双向DCDC变换器将低压锂电池的供电进行升压后向高压回路放电，为高压回路中的驱动变压器中的预充电容充电，在预充结束后，控制双向DCDC变换器关闭，同时控制总正继电器、总负继电器闭合并保持，完成高压上电控制。

8.如权利要求7所述的一种汽车双低压电源的低压控制系统的控制方法，其特征在于：

当检测到车辆处于高压上电完成后，控制双向DCDC变换器将高压电池的高压转换为低压电向低压负载供电以及向与双向DCDC变换器连接的低压蓄电池充电。

9.如权利要求7或8所述的一种汽车双低压电源的低压控制系统的控制方法，其特征在于：

在检测到车辆下高压完成后，控制单元关闭双向DCDC变换器，并控制第一蓄电池、第二蓄电池为低压负载供电。