CN216069628U - 一种用于电动汽车的备用电源装置及其系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于电动汽车的备用电源装置及其系统，该装置包括高功率备用电池单元、DC/DC单元，耐低温型启动电池以及电池包断路单元，高功率备用电池单元分别与电池包断路单元、DC/DC单元，耐低温型启动电池电连接，高功率备用电池单元用于为低压系统提供低压电源，以及为动力系统提供高压电源，DC/DC单元用于将高功率备用电池组的高电压信号转换成低电压信号，耐低温型启动电池用于提供输出低温启动电压。本实用新型用于为电动汽车原有的主电池包提供备用电源，同时为铅酸电池做备用电源，有效解决了现有技术中，主电池包故障、电量不足后无法行驶，以及铅酸电池亏电后车辆无法正常启动的问题。

Description

一种用于电动汽车的备用电源装置及其系统

技术领域

本实用新型涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种用于电动汽车的备用电源装置以及应用于该装置的备用电源系统。

背景技术

我国电动汽车行业快速发展，电动汽车保有量持续增长，其中纯电动汽车车(BEV)占据主导地位。目前，纯电动汽车的电源结构，都是主电池包+铅酸蓄电池的组合形式，其中主电池包用于汽车启动后整车高低压负载供电，铅酸蓄电池用于汽车启动前的低压负载供电，并确保汽车可以完成高压上电。

另外，电动汽车日趋于智能化，整车搭载的激光雷达、视觉模块、导航模块等日益增多，部分系统要求在整车停车时也可以使用，比如停车监控、GPS定位、远程APP控制等功能，这些系统对低压电源的功率要求日益增加。传统铅酸电池的容量规格为40Ah-80Ah之间，其能量为480Wh～1000Wh，其电其电量已经不能满足长时间停车状态的供电需求，极易会出现铅酸电池亏电的情况，导致车辆无法启动。

实用新型内容

本实用新型提供一种用于电动汽车的备用电源装置及其系统，主要用于为电动汽车原有的主电池包提供备用电源，同时为12V铅酸电池做备用电源，有效解决了现有技术中，主电池包故障、电量不足后无法行驶，以及铅酸电池亏电后车辆无法正常启动的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种用于电动汽车的备用电源装置，其包括高功率备用电池单元、DC/DC单元，耐低温型启动电池以及电池包断路单元，所述高功率备用电池单元分别与所述电池包断路单元、DC/DC单元，耐低温型启动电池电连接；其中，所述高功率备用电池单元用于为低压系统提供低压电源，以及为动力系统提供高压电源，所述DC/DC单元用于将所述高功率备用电池组的高电压信号转换成低电压信号，所述耐低温型启动电池用于提供输出低温启动电压，所述电池包断路单元配置有电池包断路控制电路，用于对所述高功率备用电池组输出回路的电压及电流进行控制。

进一步的方案中，所述高功率备用电池单元配置有电池管理系统以及高功率备用电池组，所述电池管理系统与所述高功率备用电池组电连接。

更进一步的方案中，所述电池管理系统第一端通过CAN接口与电动汽车进行通信，所述电池管理系统第二端与所述电池包断路单元电连接，所述电池管理系统第三端与所述耐低温型启动电池电连接，所述电池管理系统第四端与所述高功率备用电池组电连接，所述高功率备用电池组正极端连接至节点B+，所述高功率备用电池组负极端连接至节点B-。

更进一步的方案中，所述DC/DC单元第一输入端连接至节点B+，所述DC/DC单元第二输入端连接至节点B-，所述DC/DC单元输出端输出低电压信号。

更进一步的方案中，所述电池包断路单元包括第一继电器、第二继电器、预充电阻以及电流传感器，所述第一继电器常开触点的一端连接至所述节点B+，所述第一继电器的线圈端、第二继电器的线圈端、电流传感器分别连接至所述电池管理系统第二端，所述第二继电器常开触点的一端连接至所述节点B+，所述第二继电器常开触点的另一端与所述预充电阻一端连接，所述预充电阻另一端连接在所述第一继电器常开触点的另一端与所述电流传感器之间。

更进一步的方案中，所述高功率备用电池组为高功率型三元锂电池。

更进一步的方案中，所述DC/DC单元为高压-低压DC/DC转换器。

一种用于电动汽车的备用电源系统，其包括：

整车控制器VCU、高压负载、充电系统、整车高压配电单元、整车电池PACK系统、整车DC/DC单元、整车低压配电单元、低压负载以及上述的用于电动汽车的备用电源装置，所述备用电源装置的第一个连接端与所述整车高压配电单元电连接，所述备用电源装置的第二个连接端连接在所述整车DC/DC单元输出端与所述整车低压配电单元输入端之间；所述整车控制器VCU分别与所述整车高压配电单元、整车电池PACK系统、整车低压配电单元建立网络通信连接，所述整车高压配电单元与所述整车电池PACK系统之间进行信息交互，所述充电系统输出端与所述整车高压配电单元输入端电连接，所述整车高压配电单元输出端分别与所述高压负载、整车DC/DC单元输入端电连接，所述整车DC/DC单元输出端与所述整车低压配电单元输入端电连接，所述整车低压配电单元输出端与所述低压负载电连接

进一步的方案中，所述整车高压配电单元为高压配电盒或PDU。

更进一步的方案中，所述整车低压配电单元为低压配电盒或保险盒。

由此可见，本实用新型具有以下有益效果：

1、该备用电源装置内部具有高压电池组、低压启动电池以及DC/DC，可以输出高压电源、低压电源，既可以取代传统汽车上的铅酸蓄电池输出12V电源，又可以输出高压电源让整车的电机正常运行。

2、内部高低压电池的组合，具有多重冗余的组合设计，可以确保低压的稳定输出。即使高压电池组以及备用DCDC故障，低压启动电池依旧可以输出12V电源确保整车点火成功。在整车点火成功后，整车DCDC启动工作，则全车的低压负载都可以正常工作，可以避免整车由于电池亏电无法启动的情况。

3、高低压电池均采用先进的三元锂电池，能量密度高，使用寿命长，整个电源装置的重量体积以及总电量，相对于铅酸蓄电池会有很大优势。

4、紧急情况时可短时间内代替故障的主动力电池包，为汽车动力负载持续供电，确保故障车辆可应急行驶。

附图说明

图1是现有技术中一种常规纯电动车能源系统的原理图。

图2是本实用新型一种用于电动汽车的备用电源装置实施例的原理图。

图3是本实用新型一种用于电动汽车的备用电源装置实施例的电路原理图。

图4是本实用新型一种用于电动汽车的备用电源系统实施例的原理图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图2与图3，本实用新型的一种用于电动汽车的备用电源装置10，其包括高功率备用电池单元11、DC/DC单元12，耐低温型启动电池13以及电池包断路单元14，高功率备用电池单元11分别与电池包断路单元14、DC/DC单元12，耐低温型启动电池13电连接。

其中，高功率备用电池单元11用于为低压系统提供低压电源，以及为动力系统提供高压电源，DC/DC单元12用于将高功率备用电池组的高电压信号转换成低电压信号，耐低温型启动电池13用于提供输出低温启动电压，电池包断路单元14配置有电池包断路控制电路，用于对高功率备用电池组输出回路的电压及电流进行控制。

在本实施例中，高功率备用电池单元11配置有电池管理系统BMS以及高功率备用电池组BAT-1，电池管理系统BMS与高功率备用电池组BAT-1电连接。

其中，电池管理系统BMS第一端通过CAN接口与电动汽车进行通信，电池管理系统BMS第二端与电池包断路单元14电连接，电池管理系统BMS第三端与耐低温型启动电池13电连接，电池管理系统BMS第四端与高功率备用电池组BAT-1电连接，高功率备用电池组BAT-1正极端连接至节点B+，高功率备用电池组BAT-1负极端连接至节点B-。

其中，DC/DC单元12第一输入端连接至节点B+，DC/DC单元12第二输入端连接至节点B-，DC/DC单元12输出端输出低电压信号。

在本实施例中，电池包断路单元14包括第一继电器K1、第二继电器K2、预充电阻R以及电流传感器CT，第一继电器K1常开触点的一端连接至节点B+，第一继电器K1的线圈端、第二继电器K2的线圈端、电流传感器CT分别连接至电池管理系统BMS第二端，第二继电器K2常开触点的一端连接至节点B+，第二继电器K2常开触点的另一端与预充电阻R一端连接，预充电阻R另一端连接在第一继电器K1常开触点的另一端与电流传感器CT之间。可见，本实施例的电池包断路单元14包含有继电器、预充电阻R、电流传感器CT等原件，主要用于电源装置备用电池组的充放电控制、电流监控等。

在本实施例中，高功率备用电池组BAT-1为高功率型三元锂电池。可见，高功率备用电池组BAT-1是备用电源装置10的主要电池系统，负责为低压系统提供持续的供电，并且在整车主电池包故障时为动力系统提供高压电源。

另外，根据匹配纯电动汽车的规格不同，备用电池组采用高功率型三元锂电池，电池组电量在3kWh-5kWh之间(可确保使用备用电池组时整车可以按60km/h速度行驶≥30min)，工作电压范围250V～420V之间。为了保证电池组良好的运行状态，高功率备用电池单元11内部还具有电池管理系统BMS，主要负责电池状态监控、单体均衡、阈值保护、启停控制等，且与整车通过CAN接口进行通讯，从而实现系统协调控制。

作为优选，DC/DC单元12为高压-低压DC/DC转换器。可见，本实施例的DC/DC单元12为备用电源装置10的高低压装换器件，将备用电池组的高电压转换成低电压，从而给低压负载供电。该DC/DC单元12为24h连续运行,可持续输出低压电源(12V)，尤其是在整车停车时，可以持续为停车监控、GPS定位、远程控制等系统提供电源，以满足智能汽车的使用需求。

具体的，本实施例的耐低温型启动电池13(BAT-2)，是备用电源装置10的低压备用电池，其主要功能是在备用电源装置10由于极度低温、亏电、备用DCDC故障等造成的低压输出异常时，可以提供少量电量给整车控制器(VCU)和整车PACK的BMS，确保整车可以点火启动，从而启动整车原有的高低压系统，使车辆完成高低压上电。

作为优选，耐低温型启动电池13为耐低温型三元锂电池，可以确保在-40℃时正常使用，电池工作电压范围11V-16.8V，根据匹配纯电动汽车的要求不同，电池电量在40Wh-100Wh之间。启动电池内部安装有电池保护板(BPB)，主要用于电池单体均衡、过充过放保护等。

所以，本实用新型可以避免铅酸蓄电池亏电导致的车辆无法启动；可以避免整车主PACK电池包电量耗尽、故障导致的整车无法行驶，可以使用该备用电源应急行驶30min左右；锂电池寿命远高于铅酸蓄电池。

一种用于电动汽车的备用电源系统实施例：

如图4所示，一种用于电动汽车的备用电源系统，其包括：整车控制器VCU21、高压负载22、充电系统23、整车高压配电单元24、整车电池PACK系统35、整车DC/DC单元26、整车低压配电单元27、低压负载28以及上述实施例的用于电动汽车的备用电源装置10，备用电源装置10的第一个连接端与整车高压配电单元24电连接，备用电源装置10的第二个连接端连接在整车DC/DC单元26输出端与整车低压配电单元27输入端之间。

在本实施例中，整车控制器VCU21分别与整车高压配电单元24、整车电池PACK系统35、整车低压配电单元27建立网络通信连接，整车高压配电单元24与整车电池PACK系统35之间进行信息交互，充电系统23输出端与整车高压配电单元24输入端电连接，整车高压配电单元24输出端分别与高压负载22、整车DC/DC单元26输入端电连接，整车DC/DC单元26输出端与整车低压配电单元27输入端电连接，整车低压配电单元27输出端与低压负载28电连接。

其中，整车高压配电单元24为高压配电盒或PDU。可见，本实施例的整车高压配电单元24，一般称为高压配电盒或PDU，主要功能是将整车电池PACK的高压回路进行支路分配、控制和保护，例如将电池能量分配给驱动电机、空调、PTC加热器、DCDC等，该单元内部一般包含高压继电器、熔断器等元器件。

其中，整车低压配电单元27为低压配电盒或保险盒。可见，本实施例的低压配电单元，一般称为低压配电盒或保险盒，主要功能是对整车的12V低压供电进行支路分配、控制和保护，例如将低压12V分配给中控仪表、灯光、助力转向等支路，该单元内部一般包含低压继电器、熔断器等元器件。

具体的，本实施例的备用电源装置10主要包含有高功率备用电池单元11、DC/DC转换器、耐低温型启动电池13以及其他附属装置。该备用电池单元除了可以提供等同常规铅酸电池的低压电源(一般为12V)，还对外提供高压电源，可在紧急情况下给高压动力系统供电，可以确保电动汽车可以持续行驶。

在实际应用中，电动汽车本身具有整车控制器VCU21和通讯控制网络，VCU相当于整车控制的大脑，通过通讯控制网络获取各零件系统的状态信息，并下达控制指令。并且本系统在整车PACK系统、备用电源装置10中均配备有电池管理系统BMS，BMS通过电压、电流、温度等信息的采集，实时监控电池状态。当整车PACK电池包的电压、电流、温度、工作状态、通讯功能等发生异常故障时，其BMS通过通讯网络向VCU发出故障信号，VCU经过数据分析后下达切换指令，由整车高压配电单元24和备用电源装置10接受指令后做出相应的动作，完成电源切换。

由此可见，本实用新型具有以下有益效果：

1、该备用电源装置10内部具有高压电池组、低压启动电池以及DC/DC，可以输出高压电源、低压电源，既可以取代传统汽车上的铅酸蓄电池输出12V电源，又可以输出高压电源让整车的电机正常运行。

2、内部高低压电池的组合，具有多重冗余的组合设计，可以确保低压的稳定输出。即使高压电池组以及备用DCDC故障，低压启动电池依旧可以输出12V电源确保整车点火成功。在整车点火成功后，整车DCDC启动工作，则全车的低压负载28都可以正常工作，可以避免整车由于电池亏电无法启动的情况。

3、高低压电池均采用先进的三元锂电池，能量密度高，使用寿命长，整个电源装置的重量体积以及总电量，相对于铅酸蓄电池会有很大优势。

4、紧急情况时可短时间内代替故障的主动力电池包，为汽车动力负载持续供电，确保故障车辆可应急行驶。

需要说明的是，以上仅为本实用新型的优选实施例，但实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型做出的非实质性修改，也均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于电动汽车的备用电源装置，其特征在于，包括：

高功率备用电池单元、DC/DC单元，耐低温型启动电池以及电池包断路单元，所述高功率备用电池单元分别与所述电池包断路单元、DC/DC单元，耐低温型启动电池电连接；

其中，所述高功率备用电池单元用于为低压系统提供低压电源，以及为动力系统提供高压电源，所述DC/DC单元用于将所述高功率备用电池组的高电压信号转换成低电压信号，所述耐低温型启动电池用于提供输出低温启动电压，所述电池包断路单元配置有电池包断路控制电路，用于对所述高功率备用电池组输出回路的电压及电流进行控制。

2.根据权利要求1所述的备用电源装置，其特征在于：

所述高功率备用电池单元配置有电池管理系统以及高功率备用电池组，所述电池管理系统与所述高功率备用电池组电连接。

3.根据权利要求2所述的备用电源装置，其特征在于：

所述电池管理系统第一端通过CAN接口与电动汽车进行通信，所述电池管理系统第二端与所述电池包断路单元电连接，所述电池管理系统第三端与所述耐低温型启动电池电连接，所述电池管理系统第四端与所述高功率备用电池组电连接，所述高功率备用电池组正极端连接至节点B+，所述高功率备用电池组负极端连接至节点B-。

4.根据权利要求3所述的备用电源装置，其特征在于：

所述DC/DC单元第一输入端连接至节点B+，所述DC/DC单元第二输入端连接至节点B-，所述DC/DC单元输出端输出低电压信号。

5.根据权利要求4所述的备用电源装置，其特征在于：

所述电池包断路单元包括第一继电器、第二继电器、预充电阻以及电流传感器，所述第一继电器常开触点的一端连接至所述节点B+，所述第一继电器的线圈端、第二继电器的线圈端、电流传感器分别连接至所述电池管理系统第二端，所述第二继电器常开触点的一端连接至所述节点B+，所述第二继电器常开触点的另一端与所述预充电阻一端连接，所述预充电阻另一端连接在所述第一继电器常开触点的另一端与所述电流传感器之间。

6.根据权利要求2所述的备用电源装置，其特征在于：

所述高功率备用电池组为高功率型三元锂电池。

7.根据权利要求1至4任一项所述的备用电源装置，其特征在于：

所述DC/DC单元为高压-低压DC/DC转换器。

8.一种用于电动汽车的备用电源系统，其特征在于，包括：

整车控制器VCU、高压负载、充电系统、整车高压配电单元、整车电池PACK系统、整车DC/DC单元、整车低压配电单元、低压负载以及如权利要求1至7任一项所述的用于电动汽车的备用电源装置，所述备用电源装置的第一个连接端与所述整车高压配电单元电连接，所述备用电源装置的第二个连接端连接在所述整车DC/DC单元输出端与所述整车低压配电单元输入端之间；

所述整车控制器VCU分别与所述整车高压配电单元、整车电池PACK系统、整车低压配电单元建立网络通信连接，所述整车高压配电单元与所述整车电池PACK系统之间进行信息交互，所述充电系统输出端与所述整车高压配电单元输入端电连接，所述整车高压配电单元输出端分别与所述高压负载、整车DC/DC单元输入端电连接，所述整车DC/DC单元输出端与所述整车低压配电单元输入端电连接，所述整车低压配电单元输出端与所述低压负载电连接。

9.根据权利要求8所述的备用电源系统，其特征在于：

所述整车高压配电单元为高压配电盒或PDU。

10.根据权利要求8所述的备用电源系统，其特征在于：

所述整车低压配电单元为低压配电盒或保险盒。

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