CN206060330U - 车载dc/dc转换器和车载低压供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种车载DC/DC转换器以及车载低压供电系统，其中，DC/DC转换器具有电压输入端、电压输出端、负载监控端和检测端，该DC/DC转换器包括：直流电压变换电路，将电压输入端的输入电压变换为电压输出端的输出电压，以向低压负载和储能设备供电；检测电路，经由检测端来检测储能设备的电气特性；控制器，被配置为经由负载监控端来监控低压负载的功率，根据功率和电气特性来调节输出电压，以及根据电气特性来获取储能设备的荷电状态，在荷电状态小于安全阈值时，输出对低压负载进行屏蔽的信号。通过该方案，简化了车辆中的布线结构，降低了总线负载，具有更高的稳定性。

Description

车载DC/DC转换器和车载低压供电系统

技术领域

本实用新型涉及动力系统领域，具体涉及一种车载DC/DC转换器和车载低压供电系统。

背景技术

由于节能、低排放等方面的优势，电动汽车和混合动力汽车越来越常见。

目前，在电动汽车以及混合动力汽车中，一般都通过整车控制系统中的控制部件(例如，PMU等)来监测储能设备(例如，蓄电池)的电压、电流等电气特性，并根据这些电气特性获取储能设备的状态，进而对DC/DC转换器的输出电压进行调整，实现低压供电控制。

然而，在实际中，采用PMU进行低压供电控制存在效率和稳定性不高的问题。

实用新型内容

鉴于上述问题，提出了本实用新型以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的车载DC/DC转换器和车载低压供电系统。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种车载DC/DC转换器，具有电压输入端、电压输出端、负载监控端和检测端，该DC/DC转换器包括：直流电压变换电路，将所述电压输入端的输入电压变换为所述电压输出端的输出电压，以向低压负载和储能设备供电；检测电路，通过检测端来检测储能设备的电气特性；控制器，被配置为通过负载监控端来监控低压负载的功率，根据功率和电气特性来调节输出电压，以及根据电气特性来获取储能设备的荷电状态，在荷电状态小于安全阈值时，输出对低压负载进行屏蔽的信号。

其中，所述检测电路包括：电压采集电路，用于采集所述储能设备的端电压。

其中，所述检测电路包括：电流传感器，用于检测所述储能设备的充电电流和/或放电电流。

其中，所述控制器所述电压采集电路采集的所述储能设备的端电压，和/或所述电流传感器检测的所述充电电流和/或放电电流计算所述储能设备的荷电状态的值。

其中，所述控制器在所述低压负载的功率需求不超过预设功率时，根据所述电流传感器检测的充电电流调整所述直流电压变换电路的输出电压，以对所述储能设备进行恒流充电。

其中，所述控制器还被配置为：在上电期间，若所述电压采集电路采集的所述储能设备的端电压低于预设电压，则降低所述直流电压变换电路的输出电压。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种车载低压供电系统，包括上述的DC/DC转换器，还包括：储能设备，与所述DC/DC转换器的低压输出端以及负载监控端相连；以及，低压负载，与所述DC/DC转换器的低压输出端以及检测端相连。

其中，所述储能设备包括蓄电池。

根据本实用新型上述各实施例，提供了一种具有低压电源管理和低压负载管理功能的车载DC/DC转换器，根据低压负载的功率需求和储能设备的电气特性来调整储能设备的充放电状态以及低压负载的用电功率。通过该方案，对低压输出的调整不需要通过电源管理单元(PMU)完成，简化了车辆中的布线结构和总线负载，具有更高的稳定性。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图用于提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，可以用于解释本实用新型，而并不构成对本实用新型的不当限定。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1示出了现有技术中的车载低压管理装置的示意图；

图2示出了根据本实用新型一个实施例的车载DC/DC转换器的结构框图；

图3示出了根据本实用新型一个实施例的车载低压供电系统的结构框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更充分地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1示出了现有技术中的车载低压管理系统的示意图。如图1所示，系统包括DC/DC转换器110、储能设备120、低压负载130、控制系统140。

其中，DC/DC转换器110可以是常用的车载DC/DC转换器产品，通常包括直流电压变换电路和控制器。其中的直流电压变换电路将输入的较高电平的直流电压(例如，高压电源)变换为较低电平的直流电压(例如，12V直流电压)，向低压负载130和储能设备120供电。其中的控制器一般用于自身的温度补偿、过压保护、稳定输出电压等功能。

具体地，低压负载130可以是车灯、仪表等车载电器；储能设备120可以是蓄电池，例如12V蓄电池。但本实用新型对此不做限制。例如，储能设备还可以是超级电容等。

电动汽车和混合动力汽车中都提供有控制系统。控制系统用于进行各种整车方面的控制，例如，进行发动机控制、变速器控制、人机界面交互等。这些功能由控制系统中的集成或分立的一个或多个控制部件完成。同样地，在图1的方案中，对储能设备和低压负载的控制也由控制系统140完成，例如，通过控制系统中的PMU(功率管理单元)来完成。

PMU是可配置的用于电源管理的控制器，其可以用于例如检测电流、电压、负载功率，以及将DC/DC转换器提供的直流电源分配给不同的用电设备。现有的车载低压供电通常都是通过对PMU进行配置来实现的。例如，在图1中，利用控制系统140中的PMU根据检测到的储能设备(例如，蓄电池)的电压、电流等电气特性，判断蓄电池的状态，进而对DC/DC转换器110的输出电压进行调整，实现低压供电控制。

然而，上述系统中，至少存在如下问题：作为控制系统一部分的PMU控制器与DC/DC转换器之间的交互需要复杂的布线。并且，PMU与DC/DC转换器通常不在同一CAN总线上，则PMU要将向DC/DC转换器发送的电压调整信号发送给VCU(车辆控制单元)，再由VCU将该信号发送给另一条CAN总线上的DC/DC转换器。这增加了车辆中的布线成本，同时导致电压调整的效率和稳定性下降。

图2示出了根据本实用新型一个实施例的车载DC/DC转换器的结构框图。如图2所示，除了连接高压电源的电压输入端201和用于连接低压负载及储能设备的电压输出端202之外，车载DC/DC转换器200还包括额外的端口，即与低压负载连接的负载监控端203以及与储能设备连接的检测端204。DC/DC转换器200的内部包括：直流电压变换电路210，用于向低压负载和储能设备输出变换后的直流电压；检测电路220，连接到所述检测端204，以检测储能设备的电气特性；以及控制器230，用于根据低压负载的功率和储能设备的电气特性，对直流电压变换电路210的控制端2101进行控制，以输出电压。

下面对上述车载DC/DC转换器的各组成部分进行详细说明。

其中，直流电压变换电路指的是DC/DC转换器中负责电压变换的主电路，例如，其可以是对称半桥、串联谐振、buck-boost、ZVT-Boost电路、推挽、双管正激等拓扑结构的电路，本领域技术人员可以根据需要进行选取。直流电压变换电路210的控制端2101例如是一个MOS开关，控制器230通过调节开关的导通、闭合时间来改变直流电压变换电路210的输出电压。

本实用新型实施例中，对DC/DC转换器中的控制器进行重新配置，使其执行图1所述的控制系统中的PMU控制器的低压供电控制功能。即本实用新型实施例利用DC/DC转换器中的控制器来根据低压负载的功率需求和储能设备的充放电状态来调整直流电压变换电路输出的直流电压。

为获取储能设备的电气特性，本实用新型实施例的DC/DC转换器利用其中的检测电路来检测储能设备的电压、电流等电气特性。

在本实用新型实施例的一种实施方式中，检测电路可以是电压采集电路，采集储能设备的端电压作为电气特性。

在本实用新型实施例的另一种实施方式中，检测电路可以是电流传感器，用于检测储能设备的充电电流和/或放电电流。

下文中以蓄电池作为储能设备的示例进行说明。上述采集的电压、电流能够表示出蓄电池的充放电状态。例如，在蓄电池将要放电完成或刚开始充电时，端电压较低，而当蓄电池充电将要完成时，端电压较高。

除了上述的电压、电流外，蓄电池的充放电状态还可以通过荷电状态(SoC)来表示。SoC是蓄电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余电量与其完全充电状态的电量的比值，其取值范围为0～1，当SoC＝0时表示蓄电池放电完全，当SoC＝1时表示蓄电池完全充满。

作为示例，电流传感器检测充电电流和/或放电电流，控制器根据电流传感器检测的电流，利用安时积分法来计算SoC的值。或者，控制器根据电压采集电路采集的蓄电池的端电压，利用开路电压法来计算蓄电池的SOC值。当然，还可以结合安时积分法和开路电压法来计算SOC，本实用新型对此不做限定。

具体地，DC/DC转换器中的控制器可以是MCU、DSP，FPGA等通用可编程器件，则本文中所述的计算SoC值，以及根据SoC值发出控制信号，调整直流电压转换单元的过程通过对控制器的进行软件编程实现。控制器也可以是定制的专用芯片，则本实用新型实施例中的上述过程通过硬件实现。

在本实用新型实施例的一种实施方式中，控制器调整直流电压变换电路输出的直流电压可以通过脉冲宽度调制来完成。例如，直流电压变换电路中包括开关电路，例如，MOS开关，则控制器通过产生输出信号，控制MOS开关的导通和闭合时间，来调整输出的直流电压。

本实用新型实施例中，控制器根据低压负载的功率和储能设备的电气特性来调整输出电压包括以下方面中的一个或多个：

1)在低压负载用电需求较小，而蓄电池充电需求较大时，控制器接收电流传感器实时检测的蓄电池的充电电流，根据该充电电流的大小来调整直流电压变换电路的输出电压，使充电电流保持恒定。例如，对于12V铅酸蓄电池，DC/DC转换器输出电压可以在9V-16V之间，恒定充电电流可以在20A-30A之间。这种恒定电流充电的方式有利于减少充电时间。

具体地，蓄电池的充电需求可以通过蓄电池的端电压或SoC来判断。当蓄电池端电压或SoC较小时，表明蓄电池剩余电量不多，充电需求较大。相反，当蓄电池端电压或SoC较大时，表明充电需求不大。

低压负载的用电需求可以通过与DC/DC转换器的预设功率的比较完成，如果低压负载的需求功率小于预设功率则判断低压负载的用电需求较小，反之，判断用电需求较大。

2)在低压负载用电需求较小，蓄电池充电需求也较小时，控制器通过调整DC/DC转换器的直流输出电压，使DC/DC转换器工作在高效率区间，以提高能量转换效率。具体地，包括降低输出电压值并且提高输出电流。

上述两种情况中，低压负载的用电需求都小于DC/DC转换器的预设功率，即DC/DC转换器能够在为低压负载供电的同时为蓄电池充电。控制器向低压负载输出对应的管理信号，例如，低电平信号。低压负载以正常功率工作。

3)低压负载的用电需求超过DC/DC转换器的预定功率时，蓄电池需要向低压负载输出功率，以作为对DC/DC转换器输出功率的补充。这时，控制器根据电压采集电路采集的蓄电池端电压和/或电流传感器检测的充放电电流计算蓄电池的SoC值，并将计算的SoC值与安全阈值比较，若SoC值小于安全阈值，则控制器向低压负载输出对应的负载管理信号，例如，高电平信号，作为对负载进行屏蔽的信号。低压负载接收到该负载屏蔽信号后，降低自身的用电功率。例如，低压负载是车灯，在接收到负载屏蔽信号后，将功率由100W降低到50W。

通过这种方式，可以降低蓄电池的放电功率，防止蓄电池能量耗尽，避免车辆下电后无法启动的情况。

4)在上电时间，若电压采集电路采集的蓄电池的端电压低于预设电压，则降低直流电压变换电路的输出电压。作为示例，对于12V铅酸蓄电池，该预设电压可以是10V。

在上电时间，DC/DC转换器开始输出功率，若蓄电池的端电压过低，存在瞬间的输出电压和电流过冲的风险。因此，在端电压较低时，控制器使直流电压变换电路的输出电压降低，防止故障发生。

本领域技术人员应该理解，尽管在上面的实施例中，在低压负载的用电需求超过DC/DC转换器的预定功率时，通过SoC值与安全阈值的比较来输出屏蔽信号，但本实用新型并不局限于此。在本实用新型的其他一些实施例中，可以在任何条件下将SoC值与安全阈值比较，并且输出屏蔽信号。

本实用新型实施例中的DC/DC转换器中的控制器，检测电路，以及直流电压变换电路可以分别是单独的电路模块，在相互连接后，通过对控制器进行配置实现。例如，控制器是通用的可编程MCU，直流电压变换电路是输出电压可调的变换电路。或者，本实用新型实施例中的DC/DC转换器完全以硬件方式实现，例如本实施例中的DC/DC转换器可以作为专用集成电路被提供。本领域技术人员根据实际需求选用，本实用新型实施例在此方面不受限制。

图3示出了根据本实用新型另一个实施例的车载低压供电系统。如图3所示，系统300包括：车载DC/DC转换器310；储能设备320，与DC/DC转换器310的直流电压输出端相连；以及低压负载330，其电源端与DC/DC转换器310的直流电压输出端相连，低压负载330根据DC/DC转换器310的负载管理信号调整功率。

具体地，DC/DC转换器310详见上一实施例中的描述。

储能设备320可以是蓄电池，例如12V铅酸蓄电池。

若DC/DC转换器310在低压负载330的用电功率超过DC/DC转换器310的预设功率时，输出有效的负载管理信号，例如高电平信号。则低压负载根据该信号降低用电功率。例如，低压负载是车灯，将功率由100W降低到50W，以避免蓄电池电量耗尽，整车下电后无法启动。

根据本实用新型上述实施例提供的车载DC/DC转换器和低压供电系统，对蓄电池等储能设备的充放电以及低压负载的控制而言，不需要经过PMU，降低了总线负载，简化了各设备间的布线结构，同时更加高效和稳定。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

Claims (8)

1.一种车载DC/DC转换器，具有电压输入端、电压输出端、负载监控端和检测端，所述DC/DC转换器包括：

直流电压变换电路，将所述电压输入端的输入电压变换为所述电压输出端的输出电压，以向低压负载和储能设备供电；

检测电路，经由所述检测端来检测所述储能设备的电气特性；

控制器，被配置为：

经由所述负载监控端来监控所述低压负载的功率，根据所述功率和所述电气特性来调节所述输出电压，以及

根据所述电气特性获取所述储能设备的荷电状态，在所述荷电状态小于安全阈值时，输出对所述低压负载进行屏蔽的信号。

2.根据权利要求1所述的DC/DC转换器，其中，所述检测电路包括：

电压采集电路，用于采集所述储能设备的端电压。

3.根据权利要求2所述的DC/DC转换器，其中，所述检测电路包括：

电流传感器，用于检测所述储能设备的充电电流和/或放电电流。

4.根据权利要求3所述的DC/DC转换器，其中，所述控制器根据所述电压采集电路采集的所述储能设备的端电压，和/或所述电流传感器检测的所述充电电流和/或放电电流来计算所述储能设备的荷电状态的值。

5.根据权利要求3所述的DC/DC转换器，其中，所述控制器在所述低压负载的功率需求不超过预设功率时，根据所述电流传感器检测的充电电流调整所述直流电压变换电路的输出电压，以对所述储能设备进行恒流充电。

6.根据权利要求2所述的DC/DC转换器，其中，所述控制器还被配置为：在上电时间，若所述电压采集电路采集的所述储能设备的端电压低 于预设电压，则降低所述直流电压变换电路的输出电压。

7.一种车载低压供电系统，包括权利要求1-6任一项所述的车载DC/DC转换器，还包括：

储能设备，与所述车载DC/DC转换器的低压输出端以及负载监控端相连；

低压负载，与所述DC/DC转换器的低压输出端以及检测端相连。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述储能设备包括蓄电池。