CN211641852U - 电动汽车能量管理单元及电动汽车能量管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电动汽车能量管理单元及电动汽车能量管理系统，电动汽车能量管理单元包括管理电路，其中：管理电路的输入端用于连接直流电源，管理电路的输出端用于连接负载、车载充电机和功率变换单元；管理电路用于为负载、车载充电机和功率变换单元配电，及对负载、车载充电机和功率变换单元进行过流保护；管理电路中包括多个电控开关元件，所有的电控开关元件的第一端用于与直流电源连接，电控开关元件的第二端分别用于与负载、车载充电机及功率变换单元连接；电控开关元件被配置为，当直流电源和负载之间的电流、直流电源和车载充电机之间的电流、或者直流电源和功率变换单元之间的电流超过预设值时关断，可以实现微秒级的关断保护。

Description

电动汽车能量管理单元及电动汽车能量管理系统

技术领域

本实用新型涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种电动汽车能量管理单元及电动汽车能量管理系统。

背景技术

电动汽车采用高压电池包作为能量输出，因此较之于传统的燃油车，功率转换电路势必增多，核心的零件包括三大电：电池、电控、电机，及三小电：车载充电机(OBC)、功率变换单元(CON)、电池管理系统(BMS)。将OBC与CON集成的高压能量管理单元(Char-CON)，既可以减少车内线束布置，又能降低产品开发成本，集成化是电动汽车发展的重要方向之一。如图1所示，目前有很多原始设备制造商选择将传统高压配电盒(PDU)与车载充电机(OBC)41、功率变换单元42(CON)组成的Char-CON集成为一体，形成CHARCONPDU，其中PDU的主要功能是为高压负载电路(如电池加热器10、空调压缩机20和乘客舱加热器30)和车载充电机(OBC)、功率变换单元(CON)配电及过流保护的功能。

传统PDU内部采用保险丝F1、F2、F3和F4以及线束来实现上述功能，主要存在以下几个问题：1)保险丝选型时因为考虑到自身熔断特性，温度以及寿命衰退的影响，需要预留比较大的裕量且保险丝需要支架来固定，导致PDU体积较大，相应的线束也需要加粗，对于新能源汽车布置以及成本控制是比较大的挑战。2)保险丝只能用于毫秒级至秒级的过流保护，无法用于过载的短时保护，微秒级的过流保护。3)PDU和Char-CON集成为一体，不太方便维修。4)保险丝散差比较大，会造成误保护或保护不住的风险，使得系统的可靠性降低。5)某一负载发生故障且保险丝无法保护时，无法切断该回路，可能引起整个系统无法正常工作。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电动汽车能量管理单元及电动汽车能量管理系统，以解决现有的传统PDU存在的问题中的至少一种。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种电动汽车能量管理单元，所述管理电路的输入端用于连接直流电源，所述管理电路的输出端用于连接负载、车载充电机和功率变换单元；所述管理电路用于为所述负载、所述车载充电机和所述功率变换单元配电，及对所述负载、所述车载充电机和所述功率变换单元进行过流保护；

所述管理电路中包括多个电控开关元件，所有的所述电控开关元件的第一端用于与所述直流电源连接，所述电控开关元件的第二端分别用于与所述负载、所述车载充电机及所述功率变换单元连接；

所述电控开关元件被配置为，当所述直流电源和所述负载之间的电流、所述直流电源和所述车载充电机之间的电流、或者所述直流电源和所述功率变换单元之间的电流超过预设值时关断。

可选的，所述电动汽车能量管理单元还包括互锁电路；

所述互锁电路的输入端连接所述管理电路，所述互锁电路的输出端用于连接所述负载；所述互锁电路用于检测所述负载与所述管理电路之间的连接是否正常；

所述电控开关元件还被配置为，当所述互锁电路检测到所述负载与所述管理电路之间的连接不正常时关断。

可选的，所述电动汽车能量管理单元包括多条互锁电路；所述管理电路的输出端用于连接多个所述负载，每个所述负载通过一条所述互锁电路与所述管理电路连接，且不同的所述负载通过不同的所述互锁电路与所述管理电路连接。

可选的，所述管理电路包括信号交互端，所述管理电路用于通过所述信号交互端向所述互锁电路输出一检测信号，并检测所述检测信号经由所述互锁电路和所述负载的反馈信号；

所述电控开关元件还被配置为，当所述反馈信号在预设范围外时关断。

可选的，所述检测信号和/或所述反馈信号包括PWM信号。

可选的，所述管理电路还包括电流采样电路、过流保护电路、控制单元和驱动电路，其中：

所述电流采样电路用于对所述直流电源和所述负载之间的电流、所述直流电源和所述车载充电机之间的电流、以及所述直流电源和所述功率变换单元之间的电流分别进行采样；

所述过流保护电路用于将所述电流采样电路所得到的采样结果与所述预设值比较，并将比较结果提供至所述控制单元；

所述控制单元用于基于所述比较结果向所述驱动电路发送指令；

所述驱动电路用于基于所收到的由所述控制单元发来的指令，驱动所述电控开关元件导通或关断。

可选的，所述电控开关元件包括MOSFET、IGBT以及继电器中的至少一种。

为解决上述技术问题，本实用新型还提供一种电动汽车能量管理系统，其特征在于，包括如上所述的电动汽车能量管理单元、车载充电机、功率变换单元以及至少一个负载；所述车载充电机、所述功率变换单元以及所述负载分别与所述电动汽车能量管理单元的不同的电控开关元件连接。

可选的，所述负载包括第一接插件、盒盖以及第二接插件，所述电动汽车能量管理单元的管理电路包括信号交互端，所述信号交互端的输入端、所述第一接插件的输入端、第二接插件、盒盖、第一接插件的输出端以及所述信号交互端的输出端依次连接，所述管理电路被配置为通过所述信号交互端的输入端发出一检测信号，进而通过所述信号交互端的输出端获取一反馈信号；所述电动汽车能量管理单元的电控开关元件被配置为，当所述反馈信号在预设范围外时关断。

可选的，所述电动汽车能量管理单元、所述车载充电机及所述功率变换单元集成设置。

本实用新型提供的电动汽车能量管理单元包括管理电路，其中：所述管理电路的输入端用于连接直流电源，所述管理电路的输出端用于连接负载、车载充电机和功率变换单元；所述管理电路用于为所述负载、所述车载充电机和所述功率变换单元配电，及对所述负载、所述车载充电机和所述功率变换单元进行过流保护；所述管理电路中包括多个电控开关元件，所有的所述电控开关元件的第一端用于与所述直流电源连接，所述电控开关元件的第二端分别用于与所述负载、所述车载充电机及所述功率变换单元连接；所述电控开关元件被配置为，当所述直流电源和所述负载之间的电流、所述直流电源和所述车载充电机之间的电流、或者所述直流电源和所述功率变换单元之间的电流超过预设值时关断。由于电控开关元件的关断时间极短，利用电控开关元件代替传统PDU中的保险丝，当负载发生过载和短路故障时，可以实现微秒级的关断保护。进一步的，当消除故障后，电控开关元件可便利地实现重新导通，避免了更换保险丝所带来的不便。

附图说明

图1是现有的CHARCONPDU的配电示意图；

图2是本实用新型一优选实施例提供的电动汽车能量管理单元示意图；

图3是本实用新型一优选实施例提供的电动汽车能量管理单元示意图；

图4是本实用新型一优选实施例提供的电动汽车能量管理单元示意图；

图中所示：10-电池加热器；11-第一低压接插件；12-第一高压接插件及盒盖；20-空调压缩机；21-第二低压接插件；22-第二高压接插件及盒盖；30-乘客舱加热器；31-第三低压接插件；32-第三高压接插件及盒盖；40-管理电路；41-车载充电机；42-功率变换单元；43-第四低压接插件；44-电流采样电路；45-过流保护电路；46-控制单元；47-驱动电路。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的电动汽车能量管理单元作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

本实用新型的核心思想在于提供一种电动汽车能量管理单元，以解决现有的传统PDU存在的问题中的至少一种。

为实现上述思想，本实用新型提供了一种电动汽车能量管理单元及电动汽车能量管理系统，所述电动汽车能量管理单元包括管理电路，其中：所述管理电路的输入端用于连接直流电源，所述管理电路的输出端用于连接负载、车载充电机和功率变换单元；所述管理电路用于为所述负载、所述车载充电机和所述功率变换单元配电，及对所述负载、所述车载充电机和所述功率变换单元进行过流保护；所述管理电路中包括多个电控开关元件，所有的所述电控开关元件的第一端用于与所述直流电源连接，所述电控开关元件的第二端分别用于与所述负载、所述车载充电机及所述功率变换单元连接；所述电控开关元件被配置为，当所述直流电源和所述负载之间的电流、所述直流电源和所述车载充电机之间的电流、或者所述直流电源和所述功率变换单元之间的电流超过预设值时关断。由于电控开关元件的关断时间极短，利用电控开关元件代替传统PDU中的保险丝，当负载发生过载和短路故障时，可以实现微秒级的关断保护。进一步的，当消除故障后，电控开关元件可便利地实现重新导通，避免了更换保险丝所带来的不便。

请参考图2至图4，其中，图2是本实用新型一优选实施例提供的电动汽车能量管理单元示意图；图3是本实用新型一优选实施例提供的电动汽车能量管理单元示意图；图4是本实用新型一优选实施例提供的电动汽车能量管理单元示意图。

本实用新型一优选实施例提供一种电动汽车能量管理单元，如图2所示，所述电动汽车能量管理单元包括管理电路40，其中：所述管理电路40的输入端用于连接直流电源(T+、T-)，所述管理电路40的输出端用于连接负载(未图示)、车载充电机41(OBC)和功率变换单元42(CON)；所述管理电路40用于为所述负载、所述车载充电机41和所述功率变换单元42配电，及对所述负载、所述车载充电机41和所述功率变换单元42进行过流保护；所述管理电路40中包括多个电控开关元件，所有的所述电控开关元件的第一端用于与所述直流电源连接，所述电控开关元件的第二端分别用于与所述负载、所述车载充电机41及所述功率变换单元42连接；所述电控开关元件被配置为，当所述直流电源和所述负载之间的电流、所述直流电源和所述车载充电机41之间的电流、或者所述直流电源和所述功率变换单元42之间的电流超过预设值时关断。

基于上述电动汽车能量管理单元，本实用新型一优选实施例还提供一种电动汽车能量管理系统，其包括如上所述的电动汽车能量管理单元、车载充电机41、功率变换单元42以及至少一个负载；所述车载充电机41、所述功率变换单元42以及所述负载分别与所述电动汽车能量管理单元的不同的电控开关元件连接。

在一个示范性的实施例中，所述管理电路40的输入端连接高压直流电源，所述管理电路40的输出端连接高压负载。需理解，这里的高压，主要指电动汽车上，与动力电池相匹配的电压，其一般在数百伏特，而高压负载如电池加热器10、空调压缩机20、乘客舱加热器30等较大功率的负载，为了降低其工作电流，一般这些高压负载采用与动力电池相匹配的电压。电控开关元件为MOSFET，其中第一MOSFET管M1连接在高压直流电源的正端T+和所述电池加热器10之间，第二MOSFET管M2连接在所述高压直流电源的正端T+和所述空调压缩机20之间，第二MOSFET管M2同时也连接在所述高压直流电源的正端T+和所述乘客舱加热器30之间，第三MOSFET管M3连接在高压直流电源的正端T+和所述功率变换单元42(CON)之间，第四MOSFET管M4连接在高压直流电源的正端T+和所述车载充电机41(OBC)之间，所述MOSFET用于所述高压直流电源和所述高压负载、车载充电机41(OBC)、功率变换单元42(CON)之间的电流超过一预设值(如一预设的阈值电流)时关断。需理解，高压负载并不限于如上所述的几种，还可以是电动汽车上任何其他类型的高压负载。

具体的，如图3所示，在所述的电动汽车能量管理单元中，所述管理电路40还包括电流采样电路44、过流保护电路45、控制单元46和驱动电路47，其中：所述电流采样电路44用于对高压直流电源和高压负载之间的电流、高压直流电源和车载充电机41(OBC)之间的电流、以及高压直流电源和功率变换单元42(CON)之间的电流分别进行采样，以得到采样结果；所述过流保护电路45用于将所述电流采样电路44所得到的采样结果与所述预设值比较，并将比较结果提供至所述控制单元46；所述控制单元46用于基于所述比较结果向所述驱动电路47发送指令，所述驱动电路47用于基于所收到的由所述控制单元发来的指令，驱动MOSFET导通或关断。可以理解的，所述比较结果一般包括两种：即电流采样电路44所得到的采样结果大于预设值(为便于叙述，以下称结果A)，以及电流采样电路44所得到的采样结果不大于预设值(为便于叙述，以下称结果B)。当控制单元46所收到的采样结果为结果A时，即向驱动电路47发送第一指令，驱动电路47基于该第一指令，驱动MOSFET关断，从而避免过载或短路的发生。以第一MOSFET管M1为例，第一MOSFET管M1关断后，高压直流电源的正端T+即停止向电池加热器10输出。优选的，所述管理电路40还包括通讯模块，所述通讯模块以及其低压针脚可以和Char-CON共用以节省成本。

进一步的，如图2和4所示，所述电动汽车能量管理单元还包括互锁电路，所述互锁电路的输入端连接所述管理电路40，所述互锁电路的输出端用于连接所述高压负载；所述互锁电路用于检测所述高压负载与所述管理电路40之间的连接是否正常；所述MOSFET还被配置为，当所述互锁电路检测到所述高压负载与所述管理电路40之间的连接不正常时关断。优选的，为适配于多个高压负载，所述电动汽车能量管理单元包括多条互锁电路；所述管理电路40的输出端用于连接多个高压负载，每个高压负载通过一条所述互锁电路与所述管理电路40连接，且不同的高压负载通过不同的所述互锁电路与所述管理电路40连接。

具体的，所述电池加热器10与所述管理电路40形成第一互锁电路，所述空调压缩机20与所述管理电路40形成第二互锁电路，所述乘客舱加热器30与所述管理电路40形成第三互锁电路。所述第一互锁电路由依次连接的所述管理电路40、电池加热器10构成。所述第二互锁电路由依次连接的所述管理电路40、所述空调压缩机20构成。所述第三互锁电路由依次连接的所述管理电路40、乘客舱加热器30构成。

进一步的，所述管理电路40包括信号交互端43，该信号交互端43具有输入端和输出端，以对应连接互锁电路。更进一步的，该信号交互端43包括多路输入端和输出端，以适配多条互锁电路。如图4所示，所述电池加热器10包括第一高压接插件及盒盖12、第一低压接插件11；所述空调压缩机20包括第二高压接插件及盒盖22、第二低压接插件21；所述乘客舱加热器30包括第三高压接插件及盒盖32、第三低压接插件31。

以下以对应于电池加热器10的第一互锁电路为例进行说明。所述第一互锁电路包括依次连接所述信号交互端43的第一输入端、第一低压接插件11的输入端、第一高压接插件及盒盖12、第一低压接插件11的输出端，信号交互端43的第一输出端，所述管理电路40通过所述信号交互端43的第一输入端发出一检测信号，如第一PWM信号，至所述第一互锁电路，进而通过所述信号交互端43的第一输出端获取一反馈信号；如第一PWM反馈信号，若所述第一PWM反馈信号在预设范围内，则确定所述第一互锁电路为导通状态；若所述第一PWM反馈信号在预设范围外，则确定所述第一互锁电路为断开状态，此时第一MOSFET管即关断。优选的，信号交互端43设置于电动汽车能量管理单元的盒盖上，每一个高压负载与管理电路40构成一条独立的互锁电路，该互锁电路分别经过每一个高压负载的高压接插件和盒盖、低压接插件，从而构成一条完整回路，当所述电动汽车能量管理单元的盒盖盖紧以及各高压线路接插头接插牢固的情况下，所述互锁电路形成一条导通的通路，而当电动汽车能量管理单元的盒盖或高压负载的盒盖被打开，又或高压线路接插头脱落，则所述互锁电路断路不导通。因此在信号交互端43的输入端输入检测信号，判断另一端是否有对应的反馈信号输出即可判断盒盖是否被打开以及所接高压线路接插头是否脱落。管理电路40向每条互锁电路发送PWM检测信号，当管理电路40收到的反馈信号在正常范围内，说明互锁电路是通的，当收到的信号超出正常范围，说明互锁电路发生连接问题，管理电路40会迅速控制关断该互锁电路所对应的MOSFET，确保整车其他器件可以正常运行。由此，该互锁电路还可以帮助售后维修人员快速定位故障发生的部件，便于车辆维修。

同样的，所述第二互锁电路包括依次连接所述信号交互端43的第二输入端、第二低压接插件21的输入端、第二高压接插件及盒盖22、第二低压接插件21的输出端，信号交互端43的第二输出端，所述管理电路40还用于输出第二PWM信号至所述第二互锁电路，若所述第二PWM信号的反馈信号在正常范围内，则所述第二互锁电路为导通状态，反之则第二互锁电路为断开状态。所述第三互锁电路依次连接所述信号交互端43的第三输入端、第三低压接插件31的输入端、第三高压接插件及盒盖32、第三低压接插件31的输出端，信号交互端43的第三输出端，所述管理电路40还用于输出第三PWM信号至所述第三互锁电路，若所述第三PWM信号的反馈信号在正常范围内，则所述第三互锁电路导通，反之则第三互锁电路为断开状态。

优选的，在所述的电动汽车能量管理单元中，所述管理电路40与车载充电机41和功率变换单元42集成一体设置，当然管理电路40也可以和电动汽车的其它控制器集成设置。

当然在其它的实施例中，管理电路40并不限于只能连接在高压直流电源和高压负载之间，其也可以适用于低压直流电源和低压负载之间，需理解这里的低压，一般指与车载蓄电池相适配的电压，如12V系统或24V系统的电压。另外，电控开关元件也不限于为MOSFET，还可以是IGBT或继电器等，或将几种电控开关元件组合使用，又或者利用电控开关元件和保险丝的组合使用等，本领域技术人员可根据实际进行选择和配置，本实用新型对此不限。综上，本实用新型中的电动汽车能量管理单元产品选型更容易；能有效地减小产品体积和重量；减小整车线束重量和成本；可以覆盖更多失效工况，如过载保护和更快速的短路保护(微秒级)；提高整个系统的可靠性以及安全性；产品免维护；可以在发生故障时快速切断故障电路，使得整车可以正常稳定运行；此外负载一侧无需再另加继电器(如PTC)，降低整车成本，整个系统的散差很小且在寿命周期内几乎无性能衰减现象，可靠安全。

综上，上述实施例对电动汽车能量管理单元的不同构型进行了详细说明，当然，本实用新型包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本实用新型所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种电动汽车能量管理单元，其特征在于，包括管理电路，其中：

所述管理电路的输入端用于连接直流电源，所述管理电路的输出端用于连接负载、车载充电机和功率变换单元；所述管理电路用于为所述负载、所述车载充电机和所述功率变换单元配电，及对所述负载、所述车载充电机和所述功率变换单元进行过流保护；

所述管理电路中包括多个电控开关元件，所有的所述电控开关元件的第一端用于与所述直流电源连接，所述电控开关元件的第二端分别用于与所述负载、所述车载充电机及所述功率变换单元连接；

所述电控开关元件被配置为，当所述直流电源和所述负载之间的电流、所述直流电源和所述车载充电机之间的电流、或者所述直流电源和所述功率变换单元之间的电流超过预设值时关断。

2.如权利要求1所述的电动汽车能量管理单元，其特征在于，所述电动汽车能量管理单元还包括互锁电路；

所述互锁电路的输入端连接所述管理电路，所述互锁电路的输出端用于连接所述负载；所述互锁电路用于检测所述负载与所述管理电路之间的连接是否正常；

所述电控开关元件还被配置为，当所述互锁电路检测到所述负载与所述管理电路之间的连接不正常时关断。

3.如权利要求2所述的电动汽车能量管理单元，其特征在于，所述电动汽车能量管理单元包括多条互锁电路；所述管理电路的输出端用于连接多个所述负载，每个所述负载通过一条所述互锁电路与所述管理电路连接，且不同的所述负载通过不同的所述互锁电路与所述管理电路连接。

4.如权利要求2所述的电动汽车能量管理单元，其特征在于，所述管理电路包括信号交互端，所述管理电路用于通过所述信号交互端向所述互锁电路输出一检测信号，并检测所述检测信号经由所述互锁电路和所述负载的反馈信号；

所述电控开关元件还被配置为，当所述反馈信号在预设范围外时关断。

5.如权利要求4所述的电动汽车能量管理单元，其特征在于，所述检测信号和/或所述反馈信号包括PWM信号。

6.如权利要求1所述的电动汽车能量管理单元，其特征在于，所述管理电路还包括电流采样电路、过流保护电路、控制单元和驱动电路，其中：

所述电流采样电路用于对所述直流电源和所述负载之间的电流、所述直流电源和所述车载充电机之间的电流、以及所述直流电源和所述功率变换单元之间的电流分别进行采样；

所述过流保护电路用于将所述电流采样电路所得到的采样结果与所述预设值比较，并将比较结果提供至所述控制单元；

所述控制单元用于基于所述比较结果向所述驱动电路发送指令；

所述驱动电路用于基于所收到的由所述控制单元发来的指令，驱动所述电控开关元件导通或关断。

7.如权利要求1所述的电动汽车能量管理单元，其特征在于，所述电控开关元件包括MOSFET、IGBT以及继电器中的至少一种。

8.一种电动汽车能量管理系统，其特征在于，包括如权利要求1～7中任一项所述的电动汽车能量管理单元、车载充电机、功率变换单元以及至少一个负载；所述车载充电机、所述功率变换单元以及所述负载分别与所述电动汽车能量管理单元的不同的电控开关元件连接。

9.如权利要求8所述的电动汽车能量管理系统，其特征在于，所述负载包括第一接插件、盒盖以及第二接插件，所述电动汽车能量管理单元的管理电路包括信号交互端，所述信号交互端的输入端、所述第一接插件的输入端、第二接插件、盒盖、第一接插件的输出端以及所述信号交互端的输出端依次连接，所述管理电路被配置为通过所述信号交互端的输入端发出一检测信号，进而通过所述信号交互端的输出端获取一反馈信号；所述电动汽车能量管理单元的电控开关元件被配置为，当所述反馈信号在预设范围外时关断。

10.如权利要求9所述的电动汽车能量管理系统，其特征在于，所述电动汽车能量管理单元、所述车载充电机及所述功率变换单元集成设置。

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