CN218141048U - 电动汽车供电系统及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电动汽车供电系统及电动汽车，该系统包括：串联的多个供电回路、以及与供电回路通信连接的控制器；供电回路包括：动力电池、大功率直流变换器以及小功率直流变换器，大功率直流变换器的功率大于小功率直流变换器的功率；大功率直流变换器的输入端和小功率直流变换器的输入端，均分别与动力电池连接；大功率直流变换器的输出端和小功率直流变换器的输出端，均与供电负载连接；控制器用于当电动汽车处于停车休眠状态时，控制小功率直流变换器为供电负载供电。该供电系统能够满足电动汽车长时停车的用电需求，也不会增加汽车的整体能耗，也避免了当某一供电回路出现问题时可能带来的安全问题，提高了汽车的供电安全和整体性能。

Description

电动汽车供电系统及电动汽车

技术领域

本实用新型涉及电动汽车电源系统技术领域，尤其涉及一种电动汽车供电系统及电动汽车。

背景技术

随着电动汽车的快速发展，尤其在智能自动驾驶汽车上的用电场景和用电需求也越来越多，备份电源的设计及控制已是顺应时代发展的必然需求。

现有技术中，供电架构主要设置为一个12V铅酸电池和一个高压转低压的直流变换器组成的单路低压供电架构。在汽车处于休眠状态下时，直流变换器不工作，仅由12V铅酸电池为仍需用电的低压用电器供电。然而，铅酸电池中存在诸多有害物质，对人类和环境的危害都很大，而且12V铅酸电池的电量有限，无法满足汽车长时停车的用电需求；此外，当车辆发生碰撞或故障导致低压线束断路或短路时，也可能造成低压供电电源完全丢失，此时汽车无法提供紧急制动、转向和照明等必要设备所需要的用电，容易造成交通事故。

因此，电动汽车需要一种能够满足多种工况供电安全需求的冗余电源设计方案，以提高电动汽车的供电性能。

实用新型内容

本实用新型提供一种电动汽车供电系统及电动汽车，用以提高电动汽车的供电性能，进而确保电动汽车在行驶过程中的行驶安全。

本实用新型的一个方面是提供一种电动汽车供电系统，包括：串联的多个供电回路、以及与所述供电回路通信连接的控制器；

所述供电回路包括：动力电池、大功率直流变换器以及小功率直流变换器，所述大功率直流变换器的功率大于所述小功率直流变换器的功率；所述大功率直流变换器的输入端和所述小功率直流变换器的输入端，均分别与所述动力电池连接；所述大功率直流变换器的输出端和所述小功率直流变换器的输出端，均与供电负载连接；

所述控制器用于当电动汽车处于停车休眠状态时，控制所述小功率直流变换器为所述供电负载供电。

可选地，所述控制器还用于当识别到电动汽车有大电流用电请求时，控制所述大功率直流变换器开启，以为所述供电负载供电。

可选地，所述系统还包括：双向直流变换器；所述双向直流变换器分别与每个供电回路中的所述动力电池连接；

所述双向直流变换器用于在无法保障各路用电负载的功率相等时，对供电回路中所述动力电池进行电压均衡。

可选地，所述多个供电回路的个数为2个，分别为主供电回路和备份供电回路。

可选地，所述供电负载包括与驾驶安全无关的常规负载和与驾驶安全相关的安全负载，所述常规负载由所述主供电回路或所述备份供电回路供电，所述安全负载由所述主供电回路和所述备份供电回路供电；

所述控制器用于当所述主供电回路和所述备份供电回路中的任意一个回路发生故障时，控制处于正常状态的供电回路为所述安全负载供电。

可选地，所述安全负载包括：自动驾驶域控制器、电控动力转向系统以及电子制动系统。

可选地，通过防热材料将放在相邻位置的动力电池隔开。

可选地，所述系统还包括：电池管理系统，所述电池管理系统分别与所述多个供电回路中的每个供电回路连接；所述电池管理系统用于监控每个供电回路的状态。

可选地，所述动力电池为高压动力锂离子电池。

本实用新型的另一个方面是提供一种电动汽车，包括如上任一项所述的系统。

本实用新型提供一种电动汽车供电系统及电动汽车，该供电系统包括：串联的多个供电回路、以及与所述供电回路通信连接的控制器；所述供电回路包括：动力电池、大功率直流变换器以及小功率直流变换器，所述大功率直流变换器的功率大于所述小功率直流变换器的功率；所述大功率直流变换器的输入端和所述小功率直流变换器的输入端，均分别与所述动力电池连接；所述大功率直流变换器的输出端和所述小功率直流变换器的输出端，均与供电负载连接；所述控制器用于当电动汽车处于停车休眠状态时，控制所述小功率直流变换器为所述供电负载供电。由于包括多个供电回路，并且每个供电回路都包括动力电池、大功率直流变换器以及小功率直流变换器，当电动汽车处于停车休眠状态时，由小功率直流变换器为汽车的供电负载供电，因此满足了电动汽车长时停车的用电需求，同时也不会增加汽车的整体能耗；另外，由多个供电回路为供电负载供电，也避免了当某一供电回路出现问题时可能带来的安全问题，提高了电动汽车的供电安全和整体性能。

附图说明

通过参照附图的以下详细描述，本实用新型实施例的上述和其他目的、特征和优点将变得更容易理解。在附图中，将以示例以及非限制性的方式对本实用新型的多个实施例进行说明，其中：

图1为本实用新型实施例提供的一种供电架构图；

图2为本实用新型实施例提供的一种电动汽车供电系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种电动汽车供电系统的内部结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种供电系统中动力电池的布局图。

附图标记：101—高压蓄电池、102—直流变换器、103—12V铅酸电池、104—供电负载、10—主供电回路、11—动力电池、12—大功率直流变换器、13—小功率直流变换器、20—备份供电回路、21—动力电池、22—大功率直流变换器、23—小功率直流变换器、30—控制器、41—常规负载、42—常规负载、43—安全负载、40—供电负载、50—双向直流变换器、60—电池管理系统、K1—主正继电器、K2—预充继电器、R1—预充电阻、K3—主负继电器。

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

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。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

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，也可以是电连接或彼此可通讯；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。

随着生活水平的提高以及电动汽车技术的飞速发展，高级别的智能网联电动汽车，如L3级自动驾驶、以及更高级别的自动驾驶电动汽车，需要具有功能齐全、供电安全的冗余电源设计方案，以提高智能网联电动汽车的行车安全。

示例性地，图1为本实用新型实施例提供的一种供电架构图。如图1所示，该供电架构包括高压蓄电池101、直流变换器102、12V铅酸电池103、以及供电负载104。直流变换器102分别与高压蓄电池101和12V铅酸电池103连接，直流变换器102和12V铅酸电池103还与供电负载104连接。直流变换器102用于将高压蓄电池101的高压电转换为低压电以为供电负载104供电。12V铅酸电池103用于在电动汽车处于休眠状态下，且直流变换器102不工作时，为仍需用电的低压用电器供电。其中，供电负载可以为多个，图1仅画一个作为示例。

在上述图1所示的供电架构中，存在以下主要问题：

(1)铅酸电池中含有铅、硫酸、炭黑、硫磺、沥青等多种有害物质，对操作者的危害非常大；另外，废旧铅酸电池因含铅及铅酸液等有害物质，会对环境造成严重污染，被列为危险废物。

(2)当车辆发生碰撞或故障导致低压线束断路或短路时，仅由一个直流变换器组成的单路低压供电的电源将完全丢失，无法为紧急制动、转向、照明等与驾驶安全相关的用电设备提供必要用电，尤其是在L3及更高级别的智能自动驾驶汽车上，问题更为突出，可能发生交通安全事故。也即，该低压供电架构无法满足L3及更高级别智能自动驾驶汽车的低压用电安全要求。

(3)在整车休眠状态下，直流变换器不工作，此时仍需工作的低压用电器是由12V铅酸电池供电，而随着智能网联纯电动汽车的OTA(全称：Over-the-Air Technology，空中下载技术)、哨兵模式、远程启动等新功能的应用，汽车在休眠状态下的用电需求远大于12V铅酸电池所能提供的电量。也即，12V铅酸电池的电量无法满足长时停车的用电需求。而若在停车休眠状态也开启直流变换器，又会带来整车能耗增加的问题。因此，智能网联电动汽车需要一个满足整车休眠、行驶等多种状态下，各种用电需求的高效率低压供电架构方案。

为此，本实用新型提出一种电动汽车供电系统及电动汽车，通过设置多个供电回路，并设置每个供电回路都包括动力电池、大功率直流变换器以及小功率直流变换器，当电动汽车处于停车休眠状态时，由小功率直流变换器为汽车的供电负载供电。由此满足了电动汽车长时停车的用电需求，同时也不会增加汽车的整体能耗；另外，由多个供电回路为供电负载供电，也避免了当某一供电回路出现问题时可能带来的安全问题。

为了说明本实用新型描述的技术方案，下面将结合附图通过具体的实施例来进行详细说明。

实施例一

本申请实施例提供一种电动汽车供电系统，本申请提供的供电系统包括：串联的多个供电回路、以及与供电回路通信连接的控制器。其中，供电回路包括：动力电池、大功率直流变换器以及小功率直流变换器，大功率直流变换器的功率大于小功率直流变换器的功率；大功率直流变换器的输入端和小功率直流变换器的输入端，均分别与动力电池连接；大功率直流变换器的输出端和小功率直流变换器的输出端，均与供电负载连接；控制器用于当电动汽车处于停车休眠状态时，控制小功率直流变换器为供电负载供电。

示例性地，多个供电回路是指至少2个供电回路，每个供电回路之间为串联关系，每个供电回路与电动汽车的控制器通信连接。通信连接可以是通过CAN总线或LIN总线连接，本申请不做限制。每个供电回路包括动力电池、大功率直流变换器以及小功率直流变换器。

其中，直流变换器又称为DC/DC变换器，是一种将某一电压等级的直流电源变换为其他电压等级直流电源的装置。本申请中的直流变换器用于把动力电池中的高压直流电变换为低压直流电，根据功率的大小将本申请的直流变化器分为大功率直流变换器和小功率直流变换器。例如，大功率直流变换器的功率可以为3000W，小功率直流变换器的功率可以为200W。大功率直流变换器的输入端和小功率直流变换器的输入端，均分别与动力电池连接，大功率直流变换器的输出端和小功率直流变换器的输出端，均与供电负载连接，以为供电负载供电。当电动汽车处于停车休眠状态时，控制器控制小功率直流变换器开启，小功率直流变换器将动力电池的高压电转换为低压电，以为供电负载供电，解决了低压蓄电池的电量无法满足汽车长时停车的用电需求的问题。其中，小功率直流变换器开启时，大功率直流变换器可以关闭，以减少不必要的资源浪费。

一个示例中，控制器还用于当识别到电动汽车有大电流用电请求时，控制大功率直流变换器开启，以为供电负载供电。

示例性地，当识别到电动汽车有大电流用电请求，也即当小功率直流变换器所提供的电量不足以满足汽车的用电需求时，控制器控制大功率直流变换器开启，以为供电负载供电。当大功率直流变换器开启时，可以关闭小功率直流变换器，以减小常开变换器对其使用寿命造成的影响。

示例性地，图2为本实用新型实施例提供的一种电动汽车供电系统的结构示意图。如图2所示，本实施例提供的电动汽车供电系统可以包括2个供电回路，分别为主供电回路10和备份供电回路20，主供电回路10和备份供电回路20互为备份，在实际应用中不做区分，主供电回路10和备份供电回路20串联，都与控制器30通信连接。

主供电回路10包括：动力电池11、大功率直流变换器12以及小功率直流变换器13。其中，大功率直流变换器12的输入端和小功率直流变换器13的输入端，均分别与动力电池11连接；大功率直流变换器12的输出端和小功率直流变换器13的输出端，均分别与供电负载连接。

备份供电回路20包括：动力电池21、大功率直流变换器22以及小功率直流变换器23。其中，大功率直流变换器22的输入端和小功率直流变换器23的输入端，均分别与动力电池21连接；大功率直流变换器22的输出端和小功率直流变换器23的输出端，均分别与供电负载连接。

其中，供电负载可以包括与驾驶安全无关的常规负载和与驾驶安全相关的安全负载，常规负载由主供电回路或备份供电回路供电，安全负载由主供电回路和备份供电回路供电；控制器用于当主供电回路和备份供电回路中的任意一个回路发生故障时，控制处于正常状态的供电回路为安全负载供电。

示例性地，由于常规负载与驾驶安全无关，仅影响驾驶舒适性，因此，仅由主供电回路或备份供电回路供电，当为其供电的供电回路出现故障，无法为其供电而无法运行时也不会影响行车安全。而安全负载与驾驶安全相关，若为其供电的供电回路出现故障使安全负载断电，则有可能发生安全事故，因此，安全负载由主供电回路和备份供电回路供电同时为其供电。当控制器识别到主供电回路和备份供电回路供电中的任意一个回路发生故障时，控制器进行瞬时切换，控制处于正常状态的供电回路为安全负载供电，以保证行车安全。

示例性地，图2中，主供电回路10中的大功率直流变换器12的输出端和小功率直流变换器13的输出端，均分别与常规负载41和安全负载43连接；备份供电回路20中的大功率直流变换器22的输出端和小功率直流变换器23的输出端，均分别与常规负载42和安全负载43连接。

其中，本申请对常规负载和安全负载的划分不做限制。示例性地，常规负载可以包括：车载空调系统、车载娱乐系统等非驾驶安全相关的用电系统。一个示例中，安全负载可以包括：自动驾驶域控制器、电控动力转向系统以及电子制动系统。示例性地，自动驾驶域控制器(ADCU)、电控动力转向系统(EHPS)以及电子制动系统(EBS)是与汽车制动息息相关的用电控制部件，与驾驶安全相关，若其失控，可能会造成交通安全事故。因此，在本申请中，安全负载由主供电回路和备份供电回路供电同时为其供电，以提高整车供电安全。

一个示例中，动力电池为高压动力锂离子电池。

示例性地，高压动力锂离子电池的整个生命周期长，且具有环保性和可回收性，不会带来与铅酸电池相同的污染问题。使用高压动力锂离子电池不仅构建了绿色环保的汽车电源系统，同时也大大降低了整车成本。

本实施例提供的电动汽车供电系统，包括串联的多个供电回路、以及与供电回路通信连接的控制器，这种配置保证了供电源头的冗余，当某一供电回路发生故障时，其他供电回路可以继续供电，提高了供电安全。另外，每个供电回路均包括：动力电池、大功率直流变换器以及小功率直流变换器，且控制器用于当电动汽车处于停车休眠状态时，控制小功率直流变换器为供电负载供电。由小功率直流变换器为在停车休眠状态仍需用电的供电负载供电，可以保证汽车休眠状态的用电需求，同时也不会造成额外的电能耗费，也提高了供电系统的整体性能。

实施例二

图3为本实用新型实施例提供的一种电动汽车供电系统的内部结构示意图。如图3所示，大功率直流变换器12的输入端和小功率直流变换器13的输入端，均分别与动力电池11连接；大功率直流变换器12的输出端和小功率直流变换器13的输出端，均分别与供电负载40连接；大功率直流变换器22的输入端和小功率直流变换器23的输入端，均分别与动力电池21连接；大功率直流变换器22的输出端和小功率直流变换器23的输出端，均分别与供电负载40连接，以为供电负载提供电压电。

此外，该供电系统还包括：双向直流变换器50，双向直流变换器50分别与动力电池11和动力电池21连接，双向直流变换器50用于在无法保障各路用电负载的功率相等时，对供电回路中的动力电池进行电压均衡。

示例性地，在为供电负载供电时，需要控制各供电回路中用电负载的功率相等，避免因用电测耗电功率不同而造成动力电池之间的累计压差，导致异常报警。一般，采用智能可调控功率配置以保障两路用电负载的功率相等，当无法保障各路用电负载的功率相等时，控制器30会控制双向直流变换器50开启，进行电压平衡，以保证动力电池11和动力电池21的负载均衡。

一个示例中，供电系统还包括：电池管理系统60，电池管理系统60分别与多个供电回路中的每个供电回路连接；电池管理系统用于监控每个供电回路的状态。

示例性地，如图3中电池管理系统60与大功率直流变换器12的输出端、小功率直流变换器13的输出端、大功率直流变换器22的输出端、以及小功率直流变换器23的输出端连接，用以监控它们的状态，防止出现过充电和过放电的现象，以延长各供电装置的使用寿命。

一个示例中，如图3所示，供电系统还包括与动力电池11和动力电池21连接的高压线束，以为高压用电器供电。其中，高压线束上还设置有主正继电器K1、预充继电器K2、预充电阻R1以及主负继电器K3，以控制高压电的输出。同时，整个低压供电的输入端都设置在各个继电器的前端，保证了低压供电系统不受继电器的开关影响。

一个示例中，整个供电系统设置在动力电池维修盒内，方便维护检修和更换。同时，通过箱体的物理隔离和防热失控技术将动力电池分开，确保两部分动力电池对低压供电侧独立供电。

示例性地，图4为本实用新型实施例提供的一种供电系统中动力电池的布局图。如图4所示，通过防热材料将放在相邻位置的动力电池11和动力电池21隔开，供电系统中的其它设备如图3所示的连接方式设置在动力电池维修盒内。据此可以实现低压供电中由动力电池11和动力电池21隔离供电，而高压回路仍由动力电池11和动力电池21串联对外供电，在保证高压供电回路可靠性的同时，确保低压回路的双路供电。

本实施例提供的电动汽车供电系统在实施例一的基础上还包括双向直流变换器和电池管理系统，通过双向直流变换器对供电回路中的动力电池进行电压均衡，通过电池管理系统各供电回路的状态，进一步提高了整车用电的安全性和可靠性。

进一步，本实用新型还提供一种电动汽车，包括如前述任一项的供电系统。

以上结合附图详细的描述了本实用新型的优选实施方式，但是本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行各种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施方式对本实用新型已经进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施方式技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种电动汽车供电系统，其特征在于，包括：串联的多个供电回路、以及与所述供电回路通信连接的控制器；

所述供电回路包括：动力电池、大功率直流变换器以及小功率直流变换器，所述大功率直流变换器的功率大于所述小功率直流变换器的功率；所述大功率直流变换器的输入端和所述小功率直流变换器的输入端，均分别与所述动力电池连接；所述大功率直流变换器的输出端和所述小功率直流变换器的输出端，均与供电负载连接；

所述控制器用于当电动汽车处于停车休眠状态时，控制所述小功率直流变换器为所述供电负载供电。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器还用于当识别到电动汽车有大电流用电请求时，控制所述大功率直流变换器开启，以为所述供电负载供电。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：双向直流变换器；所述双向直流变换器分别与每个供电回路中的所述动力电池连接；

所述双向直流变换器用于在无法保障各路用电负载的功率相等时，对供电回路中所述动力电池进行电压均衡。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个供电回路的个数为2个，分别为主供电回路和备份供电回路。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述供电负载包括与驾驶安全无关的常规负载和与驾驶安全相关的安全负载，所述常规负载由所述主供电回路或所述备份供电回路供电，所述安全负载由所述主供电回路和所述备份供电回路供电；

所述控制器用于当所述主供电回路和所述备份供电回路中的任意一个回路发生故障时，控制处于正常状态的供电回路为所述安全负载供电。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述安全负载包括：自动驾驶域控制器、电控动力转向系统以及电子制动系统。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的系统，其特征在于，通过防热材料将放在相邻位置的动力电池隔开。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：电池管理系统，所述电池管理系统分别与所述多个供电回路中的每个供电回路连接；所述电池管理系统用于监控每个供电回路的状态。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的系统，其特征在于，所述动力电池为高压动力锂离子电池。

10.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的系统。

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