CN209813741U - 新能源汽车用具有预充、放电及稳压功能的电源分配电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新能源汽车用具有预充、放电及稳压功能的电源分配电路，为解决高压下电时，电机控制器MCU及高压系统负载内置的前端电容内仍存储电量这一问题，本实用新型在现有电源分配单元的基础上增加一个放电电路，以在车辆停止，进行高压下电操作时放掉电机控制器MCU及高压系统负载内置的前端电容内存储的电量；为解决燃料电池发动机系统启动及负载迅速发生变化时，超级电容SC和DC/DC响应不及时，导致母线电压不稳定这一问题，本实用新型在现有电源分配电路的基础上，在母线上并联两个大容量电容C1、C2，通过大容量电容的充、放电来达到稳定高压系统回路母线电压的目的；同时本实用新型结构简单，成本低。

Description

新能源汽车用具有预充、放电及稳压功能的电源分配电路

技术领域

本实用新型涉及新能源汽车领域，更具体地说，涉及一种新能源汽车用具有预充、放电及稳压功能的电源分配电路。

背景技术

随着日益严重的环境问题以及能源危机，新能源汽车在此背景下应运而生。新能源汽车主要由动力电池提供主要能源，动力电池的能源传输由高压电气系统负责传输，而电源分配电路又是高压电气系统的核心控制模块。

电机控制器MCU用于对输入的高压电进行处理以控制电机的运行状态，普遍在电机控制输入端设置多个并联的大容量电容，该些大容量电容即为输入前置电容，用于滤波及稳定电机的输入电压。车辆中的其他高压系统负载，如空调压缩机等，同样内置有前端电容。当车辆启动，进行高压上电操作时，高压系统母线中会产生较大的冲击电流，冲击电流会损坏高压接触器和熔断器、击穿前端电容及加速电池老化。因而现有技术中的电源分配单元(图1)会在电池系统和高压负载之间配置预充电电路(图2)。

但是，当在车辆停止，进行高压下电操作时，电机控制器MCU及高压系统负载等内置的前端电容内仍存储一定的电量，这会给车辆及人员等造成一定的安全威胁。另外，在氢能源汽车中，燃料电池FC具有启动时间长，动态响应速度慢等缺点，因而在发电系统中引入超级电容SC作为能量缓冲单元。再者，燃料电池发动机FC在供电过程中电压不稳定，同时在燃料电池发动机FC 后端增加DC/DC来控制输出电压。理论上，在燃料电池发动机系统启动及高压负载迅速发生变化时，通过超级电容SC的充、放电和DC/DC的控制就能稳定母线电压。但在实际工作中，超级电容SC和DC/DC的控制并不能完全保证可以达到理想的响应速度，因而母线电压仍存在发生震荡的可能。以上问题，现有技术中的电源分配技术将无法解决。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述的技术缺陷，提供一种新能源汽车用的电源分配电路，该电路具有预充、放电及稳压功能的电源分配电路。

本实用新型为解决其技术问题，所提供的新能源汽车用的电源分配电路包括：

新能源燃料电池；

单向DC/DC转换器，输入端连接所述新能源燃料电池的输出端；

双向DC/DC转换器，第一组连接端的正输出端和负输出端分别连接在单向DC/DC转换器的正输出端和负输出端上；

超级电容，串联在双向DC/DC转换器的第二组连接端的正输出端和负输出端之间；

预充电控制电路，包括第一常开型受控开关、第二常开型受控开关以及限流电阻，第一常开型受控开关与限流电阻串联后与第二常开型受控开关并联，两个并联点分别作为第一连接端和第二连接端，第一连接端连接单向DC/DC 转换器的正输出端；

第三常开型受控开关，一个开关连接端连接单向DC/DC转换器的负输出端；

放电电路，包括第四常开型受控开关以及放电电阻，第四常开型受控开关与放电电阻串联后连接在预充电控制电路的第二连接端以及第三常开型受控开关的另一开关连接端上；

电机控制器MCU，正输入端连接预充电控制电路的第二连接端，负输入端连接第三常开型受控开关的所述另一开关连接端上，电机控制器MCU的正输入端和负输入端之间并联有前置输入电容；

充放电电容，并接在电机控制器MCU的正输入端和负输入端之间。

进一步地，在本实用新型的电源分配电路中，所述电机控制器MCU的正输入端和负输入端之间还并联有负载，各负载的正输入端和负输入端之间并联有前置输入电容。

进一步地，在本实用新型的电源分配电路中，所述负载包括空调压缩机。

进一步地，在本实用新型的电源分配电路中，所述双向DC/DC转换器、所述单向DC/DC转换器、所述电机控制器MCU以及所述负载所在支路分别串联有保险丝。

进一步地，在本实用新型的电源分配电路中，第一至第四常开型受控开关的控制端分别连接至VCU。

进一步地，在本实用新型的电源分配电路中，预充电控制电路的第一连接端和第二连接端之间连接有一个电压采样电路，电压采样电路的输出端连接至 VCU。

进一步地，在本实用新型的电源分配电路中，所述充放电电容由两个电容并联组成。

进一步地，在本实用新型的电源分配电路中，第一常开型受控开关和第四常开型受控开关是继电器，第二常开型受控开关和第三常开型受控开关是接触器。

实施本实用新型的新能源汽车用的电源分配电路中，具有以下有益效果：

为解决高压下电时，电机控制器MCU及高压系统负载内置的前端电容内仍存储电量这一问题，本实用新型在现有电源分配单元的基础上增加一个放电电路，以在车辆停止，进行高压下电操作时放掉电机控制器MCU及高压系统负载内置的前端电容内存储的电量。为解决燃料电池发动机系统启动及负载迅速发生变化时，超级电容SC和DC/DC响应不及时，导致母线电压不稳定这一问题，本实用新型在现有电源分配电路的基础上，在母线上并联两个大容量电容C1、C2，通过大容量电容的充、放电来达到稳定高压系统回路母线电压的目的。同时本实用新型结构简单，成本低。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是现有技术中的电源分配电路的原理图；

图2是预充电电路的原理图；

图3是电源分配电路一实施例的电路原理图；

图4是图3中放电电路的原理图；

图5是稳压电路的原理图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

参考图3，其为本实用新型的电源分配电路一实施例的电路原理图，本实施例所提供的新能源汽车是指氢能源汽车，新能源汽车用的电源分配电路包括：

新能源燃料电池FC，即氢能源燃料电池FC；

单向DC/DC转换器，输入端连接所述新能源燃料电池FC的输出端；

双向DC/DC转换器，第一组连接端(即图中上边和下边的两个连接端) 的正输出端和负输出端分别连接在单向DC/DC转换器的正输出端和负输出端上；

超级电容SC，串联在双向DC/DC转换器的第二组连接端(即图中左边的两个连接端)的正输出端和负输出端之间；

预充电控制电路，包括第一常开型受控开关K1、第二常开型受控开关K2 以及限流电阻R1，第一常开型受控开关K1与限流电阻R1串联后与第二常开型受控开关K2并联，两个并联点分别作为第一连接端(左端)和第二连接端 (右端)，第一连接端连接单向DC/DC转换器的正输出端，即：第一连接端依次连接第一常开型受控开关K1的两个开关端、电阻R1后连接第二连接端，同时第一连接端连接第二常开型受控开关K2的两个开关端连接第二连接端；

第三常开型受控开关K3，一个开关连接端连接单向DC/DC转换器的负输出端；

放电电路，包括第四常开型受控开关K4以及放电电阻R2，第四常开型受控开关K4与放电电阻R2，串联后连接在预充电控制电路的第二连接端以及第三常开型受控开关K3的另一开关连接端上；

电机控制器MCU，正输入端连接预充电控制电路的第二连接端，负输入端连接第三常开型受控开关K3的所述另一开关连接端上，电机控制器MCU 的正输入端和负输入端之间并联有前置输入电容(图中未示出)；

充放电电容，并接在电机控制器MCU的正输入端和负输入端之间；本实施例中，充放电电容由两个电容C1、C2并联组成，这两个电容的容值较大；

负载，尤其是高压负载，如空调压缩机，电机控制器MCU的正输入端和负输入端之间并联所述负载，各负载的正输入端和负输入端之间并联有前置输入电容。

其中，第一至第四常开型受控开关的控制端分别连接至VCU(Vehicle ControlUnit)，接受VCU的控制以控制各自开关端之间的通断。

在本实用新型中，第一常开型受控开关和第四常开型受控开关是继电器，第二常开型受控开关和第三常开型受控开关是接触器。

参考图3，当车辆启动，进行高压上电操作时，由于新能源燃料电池FC启动较慢，首先由超级电容SC通过双向DC/DC转换器释放能量给电机控制器 MCU及(高压)负载内前置输入电容进行预充，预充时，VCU控制第一常开型受控开关K1、第三常开型受控开关K3闭合，此时第二常开型受控开关K2、第四常开型受控开关K4继续断开，此时超级电容SC电流流向为：SC→双向 DC/DC转化器→K1→R1→负载、MCU→K3→SC，如此前置输入电容被充电。其中，由于新能源燃料电池FC在逐渐启动的过程中，也会提供少部分的能量进行预充电。限流电阻R1的目的在于使得预充电的电流不至于过大。

当预充完成之后，VCU控制第二常开型K2受控开关闭合，此时第四常开型受控开关K4继续断开(第一常开型受控开关K1既可以断开也可以继续闭合，闭合时K1所在支路被K2短路，电流不会流进K1所在支路)。作为本实用新型的一种优选方式，预充电控制电路的第一连接端和第二连接端之间连接有一个电压采样电路，电压采样电路的输出端通过CAN连接至VCU，VCU 进行下述判断：当电压采样电路的两端电压相等或两端电压差值小于等于某一设定值时时，说明预充电完成，否则预充电未完成。

同时参考图5，而后，新能源燃料电池FC的电能已经足够大，此时主要由新能源燃料电池FC给电机控制器MCU及(高压)负载供电，车辆启动，在车辆启动时，若电机控制器MCU或者(高压)负载输入电压出现波动，稳压电路的电容C1、C2会通过迅速充、放电的方式来稳定母线电压。这个过程中，新能源燃料电池FC会同时通过双向DC/DC转换器给超级电容SC充电，以备下次预充电。

同时参考图4，当车辆停止，进行高压下电操作时，VCU控制第四常开型受控开关K4闭合，第三常开型受控开关K3断开，且常开型受控开关K1、 K2全部断开，对电机控制器MCU、(高压)负载及充放电电容内的电容C1、 C2进行放电。当放电电路系统放电完成，VCU控制放电受控开关K4断开，完成整车下电。

在本实用新型的其他一些实施例中，所述双向DC/CD转换器、所述单向 DC/DC转换器、所述电机控制器MCU以及所述负责所在支路分别串联有保险丝，即图中所示的Fuse(图中仅仅标识出一处)。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (8)

1.一种新能源汽车用具有预充、放电及稳压功能的电源分配电路，其特征在于，包括：

新能源燃料电池；

单向DC/DC转换器，输入端连接所述新能源燃料电池的输出端；

双向DC/DC转换器，第一组连接端的正输出端和负输出端分别连接在单向DC/DC转换器的正输出端和负输出端上；

超级电容，串联在双向DC/DC转换器的第二组连接端的正输出端和负输出端之间；

预充电控制电路，包括第一常开型受控开关、第二常开型受控开关以及限流电阻，第一常开型受控开关与限流电阻串联后与第二常开型受控开关并联，两个并联点分别作为第一连接端和第二连接端，第一连接端连接单向DC/DC转换器的正输出端；

第三常开型受控开关，一个开关连接端连接单向DC/DC转换器的负输出端；

放电电路，包括第四常开型受控开关以及放电电阻，第四常开型受控开关与放电电阻串联后连接在预充电控制电路的第二连接端以及第三常开型受控开关的另一开关连接端上；

电机控制器MCU，正输入端连接预充电控制电路的第二连接端，负输入端连接第三常开型受控开关的所述另一开关连接端上，电机控制器MCU的正输入端和负输入端之间并联有前置输入电容；

充放电电容，并接在电机控制器MCU的正输入端和负输入端之间。

2.根据权利要求1所述的电源分配电路，其特征在于，所述电机控制器MCU的正输入端和负输入端之间还并联有负载，各负载的正输入端和负输入端之间并联有前置输入电容。

3.根据权利要求2所述的电源分配电路，其特征在于，所述负载包括空调压缩机。

4.根据权利要求2所述的电源分配电路，其特征在于，所述双向DC/DC转换器、所述单向DC/DC转换器、所述电机控制器MCU以及所述负载所在支路分别串联有保险丝。

5.根据权利要求1所述的电源分配电路，其特征在于，第一至第四常开型受控开关的控制端分别连接至VCU。

6.根据权利要求5所述的电源分配电路，其特征在于，所述预充电控制电路的第一连接端和第二连接端之间连接有一个电压采样电路，电压采样电路的输出端连接至VCU。

7.根据权利要求1所述的电源分配电路，其特征在于，所述充放电电容由两个电容并联组成。

8.根据权利要求1所述的电源分配电路，其特征在于，第一常开型受控开关和第四常开型受控开关是继电器，第二常开型受控开关和第三常开型受控开关是接触器。