CN208386183U - 车辆的用电系统和轨道车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种车辆的用电系统和轨道车辆，其中，用电系统包括：M个供电单元，M个供电单元之间并联连接，每个供电单元包括动力电池、第一供电开关和第二供电开关，其中，第一供电开关的额定电流大于第二供电开关的额定电流；N个负载单元，N个负载单元之间并联连接，各负载单元包括一负载，其中，每个动力电池通过对应的第一供电开关分别给N个负载单元供电；控制器，控制器分别通过M个第二供电开关与对应的第一供电开关相连，并分别与N个负载单元相连。该用电系统可在整车低压上电后，由控制器通过额定电流较小的第二供电开关对额定电流较大的第一供电开关进行控制，减小了对控制器的电流冲击，使控制器适用范围更广。

Description

车辆的用电系统和轨道车辆

技术领域

本实用新型涉及车辆技术领域，特别涉及一种车辆的用电系统和一种轨道车辆。

背景技术

目前，车辆的用电系统(包括配电系统、充电系统)中一般都会用到接触器来接通和断开用电回路，例如，对于配电系统而言，会通过接触器接通和断开储能部件(即动力电池)与负载(如牵引逆变器、辅助电源、车载空调等)之间的连接。然而，接触器的控制方式大都为控制器直接控制，虽然这样的控制方式连线比较简单，但由于控制接触器吸合时，需要与其吸合功率相匹配的控制器，即驱动能力小的控制器不能驱动额定电流较大的接触器。因此，对于需要用到额定电流较大的接触器的用电回路(如充电回路、牵引逆变器上电回路等)，该控制方式对于控制器的电路板承受能力及驱动能力要求很高，对电路板的制造技术依赖性也很高。另外，对额定电流较大的接触器直接控制时，会产生较大的瞬间电流，该电流可能会对控制器造成冲击损坏。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种车辆的用电系统，该用电系统对控制器的要求低，降低了对控制器所在电路板的制造技术的依赖性，且有助于控制器的保护。

为达到上述目的，本实用新型提出的一种车辆的用电系统，其特征在于，包括：M个供电单元，M个所述供电单元之间并联连接，每个所述供电单元包括动力电池、第一供电开关和第二供电开关，其中，所述第一供电开关的额定电流大于所述第二供电开关的额定电流，M≥1，且M为整数；N个负载单元，N个所述负载单元之间并联连接，每个所述负载单元包括一个负载，其中，每个所述动力电池通过对应的第一供电开关分别给N个所述负载单元供电，N≥1，且N为整数；控制器，所述控制器分别通过M个所述第二供电开关与对应的第一供电开关的控制端相连，所述控制器通过第二供电开关的接通和关断控制对应的第一供电开关对应接通和关断，以接通和关断对应的供电单元与N个所述负载单元之间的连接。

根据本实用新型的车辆的用电系统，通过控制器控制额定电流较小的第二供电开关的接通和关断，以实现对额定电流较大的第一供电开关的接通和关断控制，由此，能够在保证供电单元为负载单元提供可靠性供电的同时，降低了对控制器的要求，使控制器适用范围更广，且有助于控制器的保护。

另外，根据本实用新型上述的车辆的用电系统还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述车辆的用电系统还包括：充电单元，所述充电单元包括充电端口、第一充电开关和第二充电开关，所述充电端口通过所述第一充电开关分别与每个所述供电单元相连，其中，所述第一充电开关的额定电流大于所述第二充电开关的额定电流，所述控制器通过所述第二充电开关与所述第一充电开关的控制端相连，所述控制器通过所述第二充电开关的接通和关断控制所述第一充电开关对应接通和关断。

在一些示例中，每个所述负载单元包括：主开关，所述主开关的一端分别通过M个所述第一供电开关与对应的动力电池的一端相连，并形成第一节点，所述主开关的另一端与负载的一端相连，并形成第二节点，所述主开关的控制端与所述控制器相连，其中，所述负载的另一端分别与M个动力电池的另一端相连，所述控制器控制所述主开关接通和关断；预充电阻，所述预充电阻的一端与所述第一节点相连；

辅开关，所述辅开关的一端与所述预充电阻的另一端相连，所述辅开关的另一端与所述第二节点相连，所述辅开关的控制端与所述控制器相连，其中，所述辅开关的额定电流小于所述主开关的额定电流，所述控制器控制所述辅开关接通和关断。

在一些示例中，所述负载单元还包括负载开关，其中，所述负载开关的额定电流小于所述主开关的额定电流，所述控制器通过所述负载开关与所述主开关的控制端相连。

在一些示例中，每个所述负载单元还包括一个负载熔断器，所述负载熔断器与对应的负载串联连接。

在一些示例中，每个所述供电单元还包括负极熔断器，所述负极熔断器的一端与对应的动力电池的负极相连，所述负极熔断器的另一端分别与每个所述负载的另一端相连。

在一些示例中，每个所述动力电池包括m个串联连接的电池模组，每个所述供电单元还包括m-1个开关模块，两个相邻的电池模组之间串联一个开关模块，每个所述开关模块包括第一可控开关和第二可控开关，其中，所述第二可控开关的额定电流小于所述第一可控开关的额定电流，每个所述第一可控开关的控制端通过对应的第二可控开关与所述控制器相连，m≥2，且m为整数。

在一些示例中，所述第一供电开关、所述第二供电开关、所述第一充电开关、所述第二充电开关、所述主开关、所述辅开关、所述负载开关、所述第一可控开关和所述第二可控开关均为常开式电磁接触器。

在一些示例中，所述控制器采用单片机。

为达到上述目的，本实用新型第二方面提出了一种轨道车辆，其包括上述的车辆的用电系统。

本实用新型实施例的轨道车辆，采用上述车辆的用电系统，在对额定电流较大的开关进行控制时，对控制器的要求低，使控制器适用范围更广，且有助于控制器的保护。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是根据本实用新型一个实施例的车辆的用电系统的结构示意图；

图2是根据本实用新型一个具体示例的车辆的用电系统的电路图；

图3是根据本实用新型一个具体实施例的车辆的用电系统的工作流程图；

图4是根据本实用新型另一个实施例的车辆的用电系统的结构示意图；

图5是根据本实用新型一个示例的负载单元的结构示意图；

图6是根据本实用新型另一个示例的负载单元的结构示意图；

图7是根据本实用新型实施例的轨道车辆的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

目前，车辆如轨道车辆的用电系统中，有的控制线路负荷较大，需要额定电流较大的接触器进行控制，而额定电流较大的接触器驱动所需的电流较大，因此对驱动其的控制器的驱动能力、所在电路板的设计制造等要求较高，使得车辆的用电系统成本较高，且直接驱动额定电流较大的接触器对控制器的损害也较大。为此，本实用新型提出的车辆的用电系统，在控制线路中使用额定电流较小的接触器，如中间继电器，来控制额定电流较大的接触器，即控制器直接驱动额定电流较小的接触器，通过额定电流较小的接触器的通断对额定电流较大的接触器进行控制，以提高控制器的通用性，减少或避免对控制器的损害，降低车辆的用电系统的成本。

下面参考附图描述本实用新型实施例的车辆的用电系统和轨道车辆。

图1是根据本实用新型一个实施例的车辆的用电系统的结构示意图。如图1所示，该车辆的用电系统100包括：M个供电单元110(图1中M＝1)、N个负载单元120和控制器130。

其中，参照图2，M个供电单元110之间并联连接(图2中M＝2)，每个供电单元110包括动力电池111、第一供电开关112和第二供电开关113，第一供电开关112的额定电流大于第二供电开关113的额定电流，其中，M≥1，且M为整数。N个负载单元120之间并联连接，每个负载单元120包括一个负载，其中，每个动力电池111通过对应的第一供电开关112给N个负载单元120供电，其中，N≥1，且N为整数。控制器130分别通过M个第二供电开关113与对应的第一供电开关112的控制端相连，控制器130分通过第二供电开关113的接通和关断控制对应的第一供电开关112对应接通和关断，控制器130还分别与N个负载单元120相连，用以对每个负载121进行上电控制。

在该实施例中，控制器130可采用单片机，其体积小，质量轻，处理速度快。为便于线路的连接，可将控制器130焊接在相应的电路板上。

需要说明的是，当M≥2时，为了减少冲击电流的幅值，降低冲击电流对控制器130及其电路板的损害，对M个第一供电开关112采取顺序控制，即同一时刻只控制一个第一供电开关112接通。

具体地，参照图2、图3，以M＝2、N＝2为例，“电池总线1正”端口和“电池总线1负”端口之间可接1#动力电池，“电池总线2正”端口和“电池总线2负”端口之间可接2#动力电池(图2中未示出)。当整车低压上电成功后，可通过车辆的BMS(Battery Management System，电池管理系统)检测每个供电单元110中动力电池111的状态，如果动力电池111的SOC(State of Charge，荷电状态)、电压等满足用电需求，如SOC大于预设电量、电压大于预设电压等，BMS则向控制器130发送电池正常信号.

进一步地，控制器130在接收电池正常信号后，通过1#正极接触器继电器KM1(即1#动力电池所在供电单元110的第二供电开关113)控制1#正极接触器SQ1(即1#动力电池所在供电单元110的第一供电开关112)接通。当SQ1接通的持续时间大于1s时，控制器130控制通过2#正极接触器继电器KM2(即2#动力电池所在供电单元110的第二供电开关113)控制2#正极接触器SQ2(即2#动力电池所在供电单元110的第一供电开关112)接通，且SQ2接通的持续时间大于1s。此时，实现了1#动力电池和2#动力电池两个负载单元120(即牵引逆变器所在负载单元120和DC-DC变换器所在负载单元120)供电。需要说明的是，图2中的IN端口为与控制器130相连的端口。

由此，该用电系统在保证动力电池为负载单元提供可靠性供电的同时，降低了对控制器的要求，使控制器的适用范围更广，且有助于控制器的保护。

在该实施例中，为便于说明，可将控制端与控制器130直接相连的开关定义为第二类接触器(包括第二供电开关113)，将控制端通过第二类接触器与控制器130相连的开关定义为第一类接触器(包括第一供电开关112)。其中，第一类接触器的额定电流大于第二类接触器的额定电流，第一类接触器和第二类接触均为直流接触器且均为常开式电磁接触器，其包括线圈和两个触点(静触点和动触点)。

可选地，第一类接触器的额定电流的取值可为150～450A，如300A；第二类接触器的额定电流的取值可为5～150A，如10A。假定供电电压为24V，对于额定电流为300A的第一类接触器，其吸合瞬间功率为44.4W；对于额定电流10A的第二类接触器，吸合瞬间功率为3.8W,二者在吸合瞬间产生的冲击电流分别是1.8A和0.158A。因此，对于第一类接触器，由控制器130通过第二类接触器对其进行控制，以减小回路冲击电流；对于第二类接触器，控制器130则直接对其进行控制。

在本实用新型的一个实施例中，如图4所示，车辆的用电系统100还包括充电单元140，充电单元140包括充电端口141、第一充电开关142和第二充电开关143，充电端口141通过第一充电开关142分别与每个供电单元110相连，其中，第一充电开关142的额定电流大于第二充电开关143的额定电流，控制器130通过第二充电开关143与第一充电开关142的控制端相连，控制器130通过第二充电开关143的接通和关断控制第一充电开关142对应接通和关断。在该实施例中，第二充电开关143为第二类接触器，第一充电开关142为第一类接触器。

具体地，参照图2、图3，充电端口141包括“充电正”端口、“充电负”端口，两者之间可接充电装置。在SQ1、SQ2顺次接通，且持续时间均大于1s后，如果接收到充电指令，控制器130则通过控制充电接触器继电器KM3(即第二充电开关)接通，使充电接触器SQ3接通，此时，1#动力电池和2#动力电池的充电回路导通，充电装置可给动力电池进行充电。

在本实用新型的一个示例中，如图5所示(以M＝1为例)，负载单元120可包括主开关122、预充电阻R和辅开关123。

其中，主开关122的一端分别通过M个第一供电开关112与对应的动力电池111的一端相连，并形成第一节点a1，主开关122的另一端与负载121的一端相连，并形成第二节点a2，主开关122的控制端(IN端口)与控制器130相连，其中，负载121的另一端分别与M个动力电池111的另一端相连，控制器130控制主开关122接通和关断。预充电阻R的一端与第一节点a1相连。辅开关123的一端与预充电阻R的另一端相连，辅开关123的另一端与第二节点a2相连，辅开关123的控制端(IN端口)与控制器130相连，其中，辅开关123的额定电流小于主开关122的额定电流，控制器130控制辅开关123接通和关断。在该示例中，主开关122和辅开关123均为第二类接触器。

进一步地，在另一个示例中，如图6所示，负载单元120还包括负载开关124，其中，负载开关124的额定电流小于主开关122的额定电流，控制器130通过负载开关124与主开关122的控制端相连。在该示例中，主开关122为第一类接触器，辅开关123和负载开关均为第二类接触器。

需要说明的是，图5、图6中的IN端口连接控制器。

具体地，参照图2、图3，N＝2，负载121分别是DC-DC变换器和牵引逆变器，且牵引逆变器所在负载单元120包括牵引主接触器继电器KM4(即牵引逆变器所在负载单元的负载开关124)。在SQ1、SQ2顺次接通，且持续时间均大于1s后，如果接收到上电指令，且BMS检测到动力电池111的电量充足，控制器130则先判断负载121的等级，并按照等级优先级对负载121进行上电控制，以便故障查找，以及减小第二类接触器接通时产生的冲击电流。

例如，牵引逆变器的优先级高于DC-DC变换器的优先级，控制器130则先对牵引逆变器进行上电控制。控制器130先控制牵引预充接触器SQ5(即牵引逆变器所在负载单元的辅开关123接通)，此时牵引主接触器SQ4(即牵引逆变器所在负载单元的主开关122)处于关断状态。当牵引逆变器两端的电压满足预设要求(如大于一定值)时，控制器130控制牵引预充接触器SQ5关断，并控制牵引主接触器继电器KM4接通，以接通牵引主接触器SQ4。SQ4接通后，即可判断牵引逆变器上电成功。

在牵引逆变器上电成功后，控制器130控制DC预充接触器SQ7(即DC-DC变换器所在负载单元的辅开关123)接通，此时DC主接触器SQ6(即DC-DC变换器所在负载单元的主开关122)处于关断状态。当DC-DC变换器两端的电压满足预设要求(如大于一定值)时，控制器130控制DC预充接触器SQ7关断，并控制DC主接触器SQ6接通。SQ6接通后，即可判断DC-DC变换器上电成功。

需要说明的是，如果用电系统100还包括其他负载，如车载空调、电池冷却装置等，控制器130可继续根据动力电池111的电量和负载的优先级依次对负载进行上电处理。

进一步地，参照图2，每个负载单元120还包括一个负载熔断器FU，负载熔断器FU与对应的负载121串联连接，以对相应的负载单元120进行过流保护，避免或减少负载121的损坏。

更进一步地，其特征在于，每个供电单元110还包括负极熔断器FU-，负极熔断器FU-的一端与对应的动力电池111的负极相连，负极熔断器FU-的另一端分别与每个负载单元120的另一端相连，以对相应的供电单元110进行过流保护，避免或减少动力电池的损坏。

当然，为保证充电的安全性，还可以在充电单元140中设置熔断器FU，该熔断器FU与第一充电开关142串联连接。

在本实用新型的一个示例中，为提高供电单元110的供电能力或储能能力，每个动力电池111包括m个串联连接的电池模组，每个供电单元110还包括m-1个开关模块，两个相邻的电池模组之间串联一个开关模块，其中，每个开关模块包括第一可控开关和第二可控开关，每个第一可控开关通过第二可控开关与控制器130相连，m≥2，且m为整数。

其中，第一可控开关为第一类接触器，第二可控开关为第二类接触器。

可选地，在整车低压上电成功后，为减少冲击电流的幅值，降低电流冲击对控制器130及其所在电路板的损坏，控制器130可依次(次序可随机)通过第二可控开关控制第一可控开关接通，在所有第一可控开关接通后，可依次(次序可随机)通过第二供电开关113控制第一供电开关112接通。

另外，参照图2，第二类接触器的线圈的一端与预设电源的正极(即24V正)相连，第二类接触器的线圈的另一端(IN端口)与控制器130相连，第一类接触器的线圈与对应的第二类接触器的触头串联在预设电源的正极(即24V正)和预设电源的负极(即24V负)之间，第一类接触器的触头串联在对应单元的主电路中。

基于上述说明，由于第二类接触器的吸合功率小，所以在得电瞬间产生的冲击电流小，对于控制端的控制器130来讲，冲击电流越小越好。而如果采用控制器130直接控制第一类接触器线圈得电，第一类接触器线圈的吸合瞬间功率大，产生的瞬间冲击电流在1～2A之间甚至更大，这个冲击电流对于控制器130的电路板来说一般是无法承受的，同时这么大功率也是控制器130无法驱动的。因此，本实用新型采用额定电流较小的第二类接触器的触头来控制额定电流较大的第一类接触器线圈得电，从而控制第一类接触器的触点吸合，使主电路接通。由此，本实用新型实施例的用电系统可在不提高控制器所在电路板的承受能力及驱动能力的情况下，实现对第一类接触器的经济、有效控制。

综上，根据本发明实施例的车辆的用电系统，对于额定电流较大的接触器，由控制器通过一额定电流较小的接触器对其进行通断控制，由此，能够降低对控制器驱动能力的要求，降低对控制器所在电路板的制造要求，且能够减少控制器的冲击和损伤。

图7是根据本实用新型实施例的轨道车辆的结构示意图。

如图7所示，该轨道车辆1000包括上述实施例的车辆的用电系统100。

在本实用新型的实施例中，轨道车辆1000可以是有轨电车，如有轨列车、空中巴士等。

本实用新型实施例的轨道车辆，采用上述车辆的用电系统，在对接触器进行控制时，对控制器的要求低，降低了对控制器所在电路板的制造技术的依赖性，且有助于控制器的保护。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种车辆的用电系统，其特征在于，包括：

M个供电单元，M个所述供电单元之间并联连接，每个所述供电单元包括动力电池、第一供电开关和第二供电开关，其中，所述第一供电开关的额定电流大于所述第二供电开关的额定电流，M≥1，且M为整数；

N个负载单元，N个所述负载单元之间并联连接，每个所述负载单元包括一个负载，其中，每个所述动力电池通过对应的第一供电开关分别给N个所述负载单元供电，N≥1，且N为整数；

控制器，所述控制器分别通过M个所述第二供电开关与对应的第一供电开关的控制端相连，用以通过第二供电开关的接通和关断控制对应的第一供电开关对应接通和关断，所述控制器还分别与所述N个负载单元相连，用以对每个所述负载进行上电控制。

2.如权利要求1所述的车辆的用电系统，其特征在于，还包括：充电单元，所述充电单元包括充电端口、第一充电开关和第二充电开关，所述充电端口通过所述第一充电开关分别与每个所述供电单元相连，其中，所述第一充电开关的额定电流大于所述第二充电开关的额定电流，所述控制器通过所述第二充电开关与所述第一充电开关的控制端相连，所述控制器通过所述第二充电开关的接通和关断控制所述第一充电开关对应接通和关断。

3.如权利要求2所述的车辆的用电系统，其特征在于，每个所述负载单元包括：

主开关，所述主开关的一端分别通过M个所述第一供电开关与对应的动力电池的一端相连，并形成第一节点，所述主开关的另一端与负载的一端相连，并形成第二节点，所述主开关的控制端与所述控制器相连，其中，所述负载的另一端分别与M个动力电池的另一端相连，所述控制器控制所述主开关接通和关断；

预充电阻，所述预充电阻的一端与所述第一节点相连；

辅开关，所述辅开关的一端与所述预充电阻的另一端相连，所述辅开关的另一端与所述第二节点相连，所述辅开关的控制端与所述控制器相连，其中，所述辅开关的额定电流小于所述主开关的额定电流，所述控制器控制所述辅开关接通和关断。

4.如权利要求3所述的车辆的用电系统，其特征在于，所述负载单元还包括负载开关，其中，所述负载开关的额定电流小于所述主开关的额定电流，所述控制器通过所述负载开关与所述主开关的控制端相连。

5.如权利要求1所述的车辆的用电系统，其特征在于，每个所述负载单元还包括一个负载熔断器，所述负载熔断器与对应的负载串联连接。

6.如权利要求3所述的车辆的用电系统，其特征在于，每个所述供电单元还包括负极熔断器，所述负极熔断器的一端与对应的动力电池的负极相连，所述负极熔断器的另一端分别与每个所述负载的另一端相连。

7.如权利要求4所述的车辆的用电系统，其特征在于，每个所述动力电池包括m个串联连接的电池模组，每个所述供电单元还包括m-1个开关模块，两个相邻的电池模组之间串联一个开关模块，每个所述开关模块包括第一可控开关和第二可控开关，其中，所述第二可控开关的额定电流小于所述第一可控开关的额定电流，每个所述第一可控开关的控制端通过对应的第二可控开关与所述控制器相连，m≥2，且m为整数。

8.如权利要求7所述的车辆的用电系统，其特征在于，所述第一供电开关、所述第二供电开关、所述第一充电开关、所述第二充电开关、所述主开关、所述辅开关、所述负载开关、所述第一可控开关和所述第二可控开关均为常开式电磁接触器。

9.如权利要求1-8中任一项所述的车辆的用电系统，其特征在于，所述控制器采用单片机。

10.一种轨道车辆，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的车辆的用电系统。