CN217720751U - 一种车辆电源系统和车辆 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种车辆电源系统和车辆，车辆电源系统包括高压电池、第一直流转换器、第二直流转换器、低压负载，所述低压负载包括动态负载和静态负载；所述第一直流转换器的输入端和所述第二直流转换器的输入端连接所述高压电池，所述第一直流转换器的输出端连接所述动态负载和所述静态负载，以在第一工作状态提供动态工作电压，所述第二直流转换器的输出端连接所述静态负载，以在第二工作状态提供静态工作电压。本申请提供的车辆电源系统和车辆车辆电源系统使用双路直流转换器作为车辆主电池，可以提高电源系统安全性、可靠性、寿命，并降低重量。

Description

一种车辆电源系统和车辆

技术领域

本申请涉及车辆电源技术领域，具体涉及一种车辆电源系统和车辆。

背景技术

伴随着新能源汽车、车辆电气化以及智能驾驶系统的发展，车辆配置了越来越多的电气设备，缩短了电动车的续行里程，并与节能环保相背离。尤其是智能驾驶系统的普及，对供电系统及供电安全提出了更改的要求。为确保低压供电系统的功能安全满足ASILD，供电系统需安全可靠、性能稳定、寿命长、电气化诊断控制，同时满足轻量化要求。通过提升直流转换器(DC-DC)的输出功率与12V铅酸电池容量的可一定程度上满足需求，但是存在许多问题，例如：需要较大的成本投入与布置空间；较多的重量增加，与车辆轻量化、环保性的发展趋势相违背；铅酸蓄电池寿命短难以诊断且存在铅污染，尤其在车辆长期使用后，无法保证车辆电源系统的供电可靠，进而无法保证整车安全；铅酸电池无法主动控制以应对静电流异常等情况。

实用新型内容

本申请提供一种车辆电源系统和车辆，用于缓解供电时静、动态电不平衡的问题。

在一方面，本申请提供一种车辆电源系统，具体地，包括高压电池、第一直流转换器、第二直流转换器、低压负载，所述低压负载包括动态负载和静态负载；

所述第一直流转换器的输入端和所述第二直流转换器的输入端连接所述高压电池，所述第一直流转换器的输出端连接所述动态负载和所述静态负载，以在第一工作状态提供动态工作电压，所述第二直流转换器的输出端连接所述静态负载，以在第二工作状态提供静态工作电压。

可选地，所述车辆电源系统包括第一开关件和第二开关件，所述第一开关件连接在所述第一直流转换器和所述低压负载之间，所述第二开关件连接在所述第二直流转换器和所述低压负载之间。

可选地，所述车辆电源系统中的所述第二直流转换器的额定功率为150W-250W，优选为200W。

可选地，所述车辆电源系统中的所述动态负载包括大功率用电器回路，所述车辆电源系统还包括滤波电容，所述滤波电容与所述大功率用电器回路并联。

可选地，所述车辆电源系统中的所述滤波电容为双电层超级电容器。

可选地，所述车辆电源系统中的所述滤波电容容量范围为3-5F。

可选地，所述车辆电源系统内部通信方式为LIN总线或CAN总线。

可选地，所述车辆电源系统还包括均衡超级电容，所述均衡超级电容并联在所述第一直流转换器和所述低压负载之间。

可选地，所述车辆电源系统中的所述均衡超级电容选自以下至少一种：

双电层超级电容器；

容量为200F；

6个单体超级电容串联组成；

采用风冷方式。

另一方面，本申请还提供一种车辆，具体地，包括如上任一项所述的车辆电源系统。

如上所述，本申请提供的车辆电源系统和车辆不仅通过设置第一直流转换器给低压用电器供电满足动态电平衡的要求，还通过设置第二直流转换器在第一直流转换器不工作时满足静态电平衡、OTA等要求，使用双路直流转换器作为车辆主电池，可以提高电源系统安全性、可靠性、寿命，并降低重量。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例的车辆电源系统的结构图。

图2为本申请一实施例的车辆电源系统的电路图。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素，此外，本申请不同实施例中具有同样命名的部件、特征、要素可能具有相同含义，也可能具有不同含义，其具体含义需以其在该具体实施例中的解释或者进一步结合该具体实施例中上下文进行确定。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，在本申请中，术语OTA(Over-the-Air Technology，空间下载技术)升级是Android系统提供的标准软件升级方式，是通过移动通信(GSM或CDMA)的空中接口对SIM卡数据及应用进行远程管理的技术。空中接口可以采用WAP、GPRS、CDMA1X及短消息技术。OTA技术的应用，使得移动通信不仅可以提供语音和数据服务，而且还能提供新业务下载。无论是Android智能终端还是iOS智能终端，都具有OTA升级功能，通过此功能，可以在线检测设备生产商有无新系统可以升级，并通过WiFi无线网络或者手机移动网络下载系统升级包完成升级。相比传统的刷机升级，OTA升级可以直接在智能终端中在线完成，只需要借助网络即可，并且升级无需备份数据。

发电机为汽车电路的电源、蓄电池是储能器件、车载用电器为负载。由于汽车工况不一样，发动机转速时刻发生变化，使得发电机发电能力在不停地变化，同时，由于汽车用电器使用状态不一样，所以其消耗的总电流也不一样，使得电负载也不同。蓄电池是个储能机构，当发电机发电能力不能满足用电器的使用需要时，放电以提供给负载使用，当发电机发电能力超过用电器需要时，发电机给蓄电池补充充电，这样发电机、蓄电池与用电器在电量与电能方面形成一个动态平衡，这是汽车动态运行时的平衡，称之为动态电平衡。当汽车静止不动时，蓄电池与汽车用电器组成一个电路系统，蓄电池要在一定的时间内满足汽车用电器静止状态的需要，蓄电池要能起动汽车，这就是静态电平衡。动静态平衡组合在一起，形成了一个完整的汽车电平衡状态。

在一方面，本申请提供一种车辆电源系统，图1为本申请一实施例的车辆电源系统的结构图。

在一实施例中，请参阅图1，车辆电源系统包括高压电池10、第一直流转换器20、第二直流转换器30、低压负载40，低压负载40包括动态负载41和静态负载42。

可选地，第一直流转换器20的输入端和第二直流转换器30的输入端连接高压电池10，第一直流转换器20的输出端连接动态负载41和静态负载42，以在第一工作状态提供动态工作电压，第二直流转换器30的输出端连接静态负载42，以在第二工作状态提供静态工作电压。

在电动车辆的应用中，除了高压电池驱动的电机外，大部分车用电器需要12V低压电源进行驱动。在本实施例中，车辆电源系统通过设置第一直流转换器20给低压用电器供电满足动态负载41和静态负载42的动态电平衡的要求，还通过设置第二直流转换器30在第一直流转换器20不工作时满足静态负载42的静态电平衡、OTA等要求。车辆电源系统使用双路直流转换器作为车辆主电池，可以提高电源系统安全性、可靠性、寿命，并降低重量。

图2为本申请一实施例的车辆电源系统的电路图。

请参阅图2，在一实施例中，车辆电源系统的第一直流转换器20的第一输入端和第二直流转换器30的第一输入端连接高压电池10的第一端，第一直流转换器20的第二输入端和第二直流转换器30的第二输入端连接高压电池10的第二端。车辆电源系统还包括第一开关件L1和第二开关件L2，第一开关件L1连接在第一直流转换器20和低压负载40之间，第二开关件L2连接在第二直流转换器30和低压负载40之间。

可以理解地，第一开关件L1和第二开关件L2优选为都连接在双路直流转换器的正极线，或，都连接在双路直流转换器的负极线，或，一个开关件连接在直流转换器的正极线，另一个开关件连接在直流转换器的负极线。

在本实施例中，在第一工作状态时，车辆电源系统控制第一开关件L1闭合，通过第一直流转换器20向动态负载41和静态负载42同时供电工作。在第二工作状态时，车辆电源系统控制第二开关件L2闭合，通过第二直流转换器30不向动态负载41供电，仅向静态负载42供电工作。

车辆电气系统的电量匹配平衡即电量平衡是电源系统的重要功能。示例性地，在车辆点火后的工作状态中，由于车辆上用电器有不同的使用频度，会形成各种用电器的使用组合，形成不同的用电需求。根据车型定位和配置计算整车用电负荷表，可以匹配电机、用电负荷及蓄电池，使整车电气系统在车辆行驶或怠速时达到电能供需平衡，一般可以称为动态电平衡。示例性地，在车辆熄火后的工作状态中，由于车辆在静置停放期间，部分车载电器有记忆保持功能的工作需要，如防盗模块、电调座椅、自动空调、ABS控制模块等，都需要持续消耗电量。通过控制整车功耗，电源系统应能满足车辆静置停放期间的电能供应需求，和车辆下一次启动的电能需求，一般可以成为静态电平衡。需要说明的时，在实际应用中，可以根据本申请的技术方案灵活调整，以适应更多的其他工作状态，本申请不限于上述两种工作状态。

在一实施例中，车辆电源系统中的第二直流转换器30的额定功率为150W-250W，优选为200W。

在本实施例中，第二直流转换器30始终处于工作状态，一般设计200W即可满足第一直流转换器不工作的工况，如静态电平衡、OTA、门禁系统(Access system)、快速响应报警(Alarm&Quick response)、动力存储器(Powered memory)等。

请继续参阅图2，在一实施例中，车辆电源系统中的动态负载41包括大功率用电器回路43，车辆电源系统还包括滤波电容C1，滤波电容C1与大功率用电器回路43并联。

在本实施例中，大功率用电回路43包括电动助力转向系统(EPAS)、冷却风扇(Cooling Fan)、放大器(Amplifier)等负载电路。在大功率用电器回路43并联小容量的滤波电容C可以解决对应回路的瞬间电流，确保支路的电压稳定性。

在一实施例中，车辆电源系统中的滤波电容C1为双电层超级电容器且容量范围为3-5F。

可以理解地，本申请对于滤波电容C1的类型不做限定，可以选取其他含有滤波作用的电容器。在本实施例中，大功率用电器回路43并联的滤波电容C1选用3-5F双电层电容(EDLC)体系的电容器，即可解决对应回路的瞬间电流，确保支路的电压稳定性。

在一实施例中，车辆电源系统内部通信方式为LIN总线或CAN总线。

在本实施例中，车辆电源系统内具有主动或被动均衡能力，通过LIN总线或CAN总线进行通讯，提升了电源系统可靠性，而且可以大幅提高整车供电系统的寿命。

请继续参阅图2，在一实施例中，车辆电源系统还包括均衡超级电容C2，均衡超级电容C2并联在第一直流转换器20和低压负载40之间。

在本实施例中，均衡超级电容C2可以吸收两个直流转换器工作时的纹波，稳定电网系统，保证供电系统安全。可选地，第一直流转换控制器20布局在高压电池10外部，向所有低压负载40供电，依据整车用电器的功率设计第一直流转换器20的功率，满足动态电平衡的要求；第二直流转换器30与均衡超级电容C2共同应对静电流异常等问题，延长车辆静置时间，提升车辆电源系统可靠性。

在一实施例中，车辆电源系统中的均衡超级电容选自以下至少一种：

双电层超级电容器；容量为200F；6个单体超级电容串联组成；采用风冷方式。

在本实施例中，均衡超级电容C2可以使用200F的双电层电容(EDLC)体系电容器，6个单体串联组成，采用风冷方式，集成控制器，能够做到监控电压、温度、电流、容量等信号的作用。可选地，均衡超级电容C2内部集成控制装置，与双路直流转换器实现联动控制。在第二直流转换器30的静态工作电压异常时，控制由均衡超级电容C2补偿静态工作电压。

可以理解的，200F均衡超级电容C2与大功率用电回路43并联的滤波电容C2，其重量可控制在2.7kg以内，两个直流转换器的重量可以控制3kg以内，相对于两个12kg以上的铅酸蓄电池，可以实现减重60％以上，不仅使得整车可利用空间变大，整车质量下降，还让整车续航增加。

另一方面，本申请还提供一种车辆，具体地，包括以上实施例中任一项的车辆电源系统。

如上所述，本申请提供的车辆电源系统和车辆通过在供电回路设置两个直流转换器和一个均衡超级电容，可进行功能安全等级的分解，易于满足ASIL D的要求；还具有很大的减重效果哦，整车可利用空间变大，整车质量下降，整车续航增加。此外，第二直流转换器与均衡超级电容还共同应对静电流异常等问题，延长车辆静置时间，提升车辆电源系统可靠性。车辆电源系统还通过诊断和通信，提升电源系统可靠性，大幅提高整车供电系统的寿命。

以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种车辆电源系统，其特征在于，包括高压电池、第一直流转换器、第二直流转换器、低压负载，所述低压负载包括动态负载和静态负载；

所述第一直流转换器的输入端和所述第二直流转换器的输入端连接所述高压电池，所述第一直流转换器的输出端连接所述动态负载和所述静态负载，以在第一工作状态提供动态工作电压，所述第二直流转换器的输出端连接所述静态负载，以在第二工作状态提供静态工作电压。

2.如权利要求1所述的车辆电源系统，其特征在于，所述车辆电源系统包括第一开关件和第二开关件，所述第一开关件连接在所述第一直流转换器和所述低压负载之间，所述第二开关件连接在所述第二直流转换器和所述低压负载之间。

3.如权利要求1所述的车辆电源系统，其特征在于，所述第二直流转换器的额定功率为150W-250W。

4.如权利要求1所述的车辆电源系统，其特征在于，所述动态负载包括大功率用电器回路，所述车辆电源系统还包括滤波电容，所述滤波电容与所述大功率用电器回路并联。

5.如权利要求4所述的车辆电源系统，其特征在于，所述滤波电容为双电层超级电容器。

6.如权利要求4所述的车辆电源系统，其特征在于，所述滤波电容容量范围为3-5F。

7.如权利要求1所述的车辆电源系统，其特征在于，所述车辆电源系统内部通信方式为LIN总线或CAN总线。

8.如权利要求1-7任一项所述的车辆电源系统，其特征在于，所述车辆电源系统还包括均衡超级电容，所述均衡超级电容并联在所述第一直流转换器和所述低压负载之间。

9.如权利要求8所述的车辆电源系统，其特征在于，所述均衡超级电容选自以下至少一种：

双电层超级电容器；

容量为200F；

6个单体超级电容串联组成；

采用风冷方式。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的车辆电源系统。

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