WO2023130630A1 - 电源系统及电动车 - Google Patents

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WO2023130630A1
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control module
sensor
loop
vehicle
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PCT/CN2022/090862
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王绍东
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宁德时代新能源科技股份有限公司
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    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L3/04—Cutting off the power supply under fault conditions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks

Definitions

  • the disclosure relates to the field of power supply technology, in particular to a power supply system and an electric vehicle.
  • the present disclosure provides a dual-circuit power supply system and an electric vehicle with the dual-circuit power supply system.
  • control module may be configured to report to the vehicle controller that the switch is open after sending the open signal to the switch.
  • the control module can report the state of the switch and/or the state of the power system to the vehicle controller, so that the vehicle controller can perform corresponding operations based on the report.
  • control module may be configured to report the switch failure to the vehicle controller after determining the switch failure signal.
  • the control module can report whether the switch fails to the vehicle controller, so that the vehicle controller can perform corresponding operations based on the report.
  • Fig. 2 is a schematic structural diagram of a switch unit disclosed in an embodiment of the present disclosure
  • the power supply system of the present disclosure only uses one storage battery to form a dual-loop power supply network.
  • This type of power supply system can use the other circuit to supply power when one of the circuits fails, so that the vehicle can continue to drive or perform corresponding emergency operations (such as reducing driving speed, emergency actuation, pulling over, etc.), significantly improving the performance of the vehicle. security.
  • This type of power supply system is realized by improving the original single-loop power supply network, without adding additional batteries or other components, without adding additional costs, and has a simple structure.
  • this type of design will not have an impact on the weight of the vehicle, etc., and will not cause problems such as subsequent vehicle adjustments.
  • the power supply system of the present disclosure can be used in vehicles such as vehicles, ships or aircrafts, but not limited thereto.
  • vehicle is used as an example in the following description, but those skilled in the art will appreciate that the power supply system of the present disclosure can also be applied to other vehicles with electric loads (such as ships, aircraft, etc.).
  • Using the power supply system disclosed in the present disclosure can provide a backup power supply circuit for vehicles, and significantly improve the safety of vehicles (especially during driving).
  • the electric vehicle including the power supply system disclosed in the embodiments of the present disclosure may be, but not limited to, a pure electric vehicle, a hybrid vehicle, or an extended-range vehicle.
  • Using the power supply system disclosed in the present disclosure can use another loop to supply power when a single loop of the power supply system fails, and its safety is significantly improved.
  • FIG. 1 it shows a schematic structural diagram of a power supply system 10 disclosed in an embodiment of the present disclosure.
  • the power supply system 10 may include a first loop 100 , a second loop 200 and a switch unit 300 .
  • the first loop 100 may include a DC-DC conversion module 101 and a first load 102 connected in parallel.
  • the first end of the parallel connected DC-DC conversion module 101 and the first load 102 is grounded.
  • the second loop 200 may include a battery 201 and a second load 202 connected in parallel. First ends of the parallel connected storage battery 201 and the second load 202 are grounded.
  • FIG. 2 it shows a schematic structural diagram of a switch unit 300 disclosed in an embodiment of the present disclosure. As shown in FIG.
  • the switch unit 300 may include a switch 301.
  • the switch 301 is coupled between the DC-DC conversion module 101 and the second end of the first load 102 and the battery 201 and the second end of the second load 202 .
  • the switch 301 is in a closed state by default.
  • the first load 102 may include a main load (for example, a driving-related load), and the second load 202 may include a safety load (such as a body stability control system ESC (Electronic Stability Control), electric power steering EPS ( Electric Power Steering) etc.).
  • the first load 102 may optionally include an autopilot unit.
  • the second load 202 is the redundancy of some loads in the first load 102, that is, the first load 102 not only includes the second load 202, but also includes some other driving-related components besides the second load 202. load.
  • the input end of the DC-DC conversion module 101 may be connected to a power battery of the vehicle.
  • the power battery is a high-voltage battery, and its voltage can be 380 volts.
  • the output voltage of the DC-DC conversion module 101 may be 10-20 volts, and may be 12 volts, 15 volts, etc.
  • the DC-DC conversion module 101 can convert the high-voltage direct current into a low-voltage direct current to provide power for the first loop 100 .
  • the switch 301 in the switch unit 300 is in the closed state by default.
  • the battery 201 can supply power to the first load 102 and the second load 202 to start the vehicle; and after the vehicle is started, the power battery connected to the input terminal of the DC-DC conversion module 101 starts to work.
  • the voltage of the output terminal of the DC-DC conversion module 101 is greater than the voltage of the storage battery 201, so the output terminal of the DC-DC conversion module 101 can supply power to the first load 102 and the second load 202, and if the capacity of the storage battery 201 is not At the maximum, the output end of the DC-DC conversion module 101 can also charge the storage battery 201 .
  • the arrows in FIG. 1 show a schematic diagram of the current flow after the power battery starts to work.
  • the switch 301 in the switch unit 300 is turned off, and the second circuit 200 continues to work normally at this time, that is, to ensure the normal operation of the second load 202 coupled with the storage battery 201 (for example, Normal operation of the safety load enables the vehicle to perform emergency safety maneuvers, such as reduced driving speed, emergency actuation, pull over, etc.).
  • the switch 301 in the switch unit 300 is turned off, and at this time the first loop 100 continues to work normally, that is, the first load 102 coupled with the DC-DC conversion module 101 works normally (e.g. travel-related loads are functioning normally, i.e. the vehicle is traveling normally).
  • the vehicle When the vehicle is in the automatic driving mode, no matter whether the first loop 100 or the second loop 200 fails, the vehicle will exit the automatic driving mode. In addition, when the first loop 100 or the second loop 200 fails, that is, when the switch 301 is turned off, the vehicle is not allowed to enter the automatic driving mode. After the switch 301 is closed again, the vehicle is allowed to enter the automatic driving mode.
  • This type of design is realized by improving the original single power supply system of the vehicle, without adding additional batteries or other components, without adding additional costs, and with a simple structure.
  • this type of design will not have an impact on the weight of the vehicle, etc., and will not cause problems such as subsequent vehicle adjustments.
  • the control module 302 is coupled with the sensor to implement signal transmission (such as current signal, voltage signal and control signal, etc.).
  • the control module 302 may receive sensing signals from the sensors in real time or periodically (eg, every 5 seconds, 10 seconds, 30 seconds, etc.).
  • the control module 302 may send a control signal to the switch 301 if it is determined that the sensing signal received from the sensor satisfies a specific condition.
  • the sensors can detect various parameters in the power system 10 .
  • the control module 302 can control the switches in the switch unit 300 according to the sensing signal to deal with various possible situations when the first loop 100 or the second loop 200 in the power system 10 fails.
  • the senor may include a current sensor 303, wherein the current sensor 303 is coupled to the switch 301 in series; the control module 302 may be configured to receive a current value from the current sensor 303, And in response to determining that the received current value is greater than the current threshold, an open signal is sent to the switch 301 to open the switch 301 .
  • the control module 302 can judge the operating status of the two loops in the power supply system 10 according to the current value between the first loop 100 and the second loop 200 measured by the current sensor 303, and when it is determined that the current value is greater than the current threshold The lower control switch 301 is turned off, so that a loop in the power supply system 10 can continue to work normally.
  • the current threshold can be determined according to the vehicle type. For example, the current threshold can be set as 110-150% of the rated operating current, optionally 120%, 130% and so on. For example, when the rated working current is 200 amperes, the current threshold may be 240 amperes or 260 amperes, etc.
  • control module 302 may send an open signal to the switch 301 to open the switch 301 when it is determined that the current value received from the current sensor 303 is greater than 260 amperes.
  • control module 302 may send a close signal to the switch 301 to close the switch 301 when it is determined that the current value received from the current sensor 303 is less than 260 amperes.
  • a voltage sensor 304 is coupled in parallel with switch 301 .
  • FIG. 2 shows that one end of the voltage sensor 304 is coupled between the first loop 100 and the current sensor 303, those skilled in the art will appreciate that the current sensor 303 may also be coupled in series between the current sensor 303 and the switch 301, the voltage The same is true for the other end of the sensor 304 .
  • the voltage sensor 304 can measure the voltage across the switch 301 (ie, between the first loop 100 and the second loop 200 ), so as to detect the operating states of the first loop 100 and the second loop 200 . In an optional situation, the voltage sensor 304 can measure the voltage across the switch 301 in real time.
  • the control module 302 can receive the voltage value from the voltage sensor 304 in real time or periodically (eg, every 5 seconds, 10 seconds, 30 seconds, etc.).
  • the control module 302 can judge the operating status of the two loops in the power supply system 10 according to the voltage value between the first loop 100 and the second loop 200 measured by the voltage sensor 304, and determine that the absolute value of the voltage value is greater than the voltage In the event of a threshold (for example, the first loop is operating normally but the second loop is undervoltage or the second loop is operating normally but the first loop is undervoltage, etc.), the control switch 301 is turned off, so that one loop in the power supply system 10 can work normally .
  • the voltage threshold can be determined according to the vehicle type. For example, the voltage threshold can be set to 30-70% of the absolute value of the rated voltage, optionally 50%, 60% and so on.
  • the control module 302 may send an open signal to the switch 301 to open the switch 301 when determining that the absolute value of the voltage value received from the voltage sensor 304 is greater than 6 volts.
  • the control module 302 may send a close signal to the switch 301 to close the switch 301 when it is determined that the absolute value of the voltage value received from the voltage sensor 304 is less than 6 volts.
  • the high-power device may be turned on suddenly during the operation of the vehicle, which may pull down the voltage value in an instant. After the high-power device starts up normally, the voltage recovers.
  • the use of the timer can prevent the switch 301 from being turned off due to sudden sudden changes in voltage caused by turning on the high-power device. In this case a disconnect switch is not necessary.
  • opening the switch may also affect the normal startup of high-power devices. Using timers can avoid these situations.
  • the vehicle controller After the vehicle controller receives the switch disconnection report, if the vehicle is in the automatic driving mode, then exit the automatic driving mode.
  • the switch 301 When the first circuit 100 fails, the switch 301 is disconnected, the second circuit 200 continues to work normally, and the vehicle can complete emergency safety operations (such as reducing driving speed, emergency activation, pulling over, etc.) by means of the battery 201 in the second circuit 200 ).
  • the switch 301 when the first circuit 100 fails, the switch 301 is turned off, and the battery 201 can support the vehicle to complete the emergency safety operation within a certain period of time (for example, within 3 minutes).
  • the switch 301 When the second circuit 200 fails, the switch 301 is turned off, the first circuit 100 continues to work normally, and the vehicle can continue to drive by means of the power battery and the DC-DC conversion module 101 .
  • the vehicle controller After the vehicle controller receives the switch failure report, if the vehicle is in the automatic driving mode, it will exit the automatic driving mode; In case of failure, enter the automatic driving mode to avoid possible dangerous situations.
  • the whole vehicle controller can allow the vehicle to perform the automatic driving mode after receiving the report that the switch is valid.
  • the electric vehicle may include a vehicle controller, and the vehicle controller may be configured to exit the automatic Driving mode, refer to Figure 5.
  • control module 302 may allow the vehicle to perform the automatic driving mode after receiving the switch closure report and the switch valid report.

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Abstract

提供了一种电源系统，包括第一回路（100）和第二回路（200）。第一回路（100）包括并联的DC-DC转换模块（101）和第一负载（102），其中并联的DC-DC转换模块（101）和第一负载（102）的第一端接地。第二回路（200）包括并联的蓄电池（201）和第二负载（202），其中并联的蓄电池（201）和第二负载（202）的第一端接地。电源系统还包括开关单元（300）。开关单元（300）包括开关（301）。开关（301）串联耦合在并联的DC-DC转换模块（101）和第一负载（102）的第二端与并联的蓄电池（201）和第二负载（202）的第二端之间。开关（301）默认呈闭合状态，以使用第二回路（200）中的蓄电池（201）来启动车辆。

Description

电源系统及电动车
本公开是以中国申请号为202210022389.4，申请日为2022年1月10日的申请为基础，并主张其优先权，该中国申请的公开内容在此作为整体引入本公开中。
技术领域
本公开涉及电源技术领域，特别是涉及电源系统及电动车。
背景技术
随着生活水平的不断提高，汽车已经成为人们日常生活出行必不可少的一部分。节能减排是汽车产业可持续发展的关键，电动车辆由于其节能环保的优势也逐渐成为汽车产业可持续发展的重要组成部分。汽车的安全性始终是人们非常关心的课题。电源系统是确保车辆安全的一项重要因素。对于电动车辆而言，电源系统显得尤为关键。可靠且稳定的电源系统是确保车辆(尤其是电动车辆)的安全性的关键所在。
发明内容
鉴于上述问题，本公开提供了一种双回路电源系统以及具有双回路电源系统的电动车。
第一方面，本公开提供了一种电源系统，其可包括：第一回路，该第一回路包括并联的DC-DC转换模块和第一负载，并联的DC-DC转换模块和第一负载的第一端接地；第二回路，该第二回路包括并联的蓄电池和第二负载，并联的蓄电池和第二负载的第一端接地；以及开关单元，该开 关单元包括开关，该开关串联耦合在并联的DC-DC转换模块和第一负载的第二端与并联的蓄电池和第二负载的第二端之间，该开关默认呈闭合状态。
在本公开实施例的技术方案中，仅使用一个蓄电池实现双回路电源系统。此类电源系统在其中一个回路失效的情况下使用另一回路供应功率，以使得车辆能够继续行驶或者执行紧急安全操作，显著提高车辆的安全性。在此类电源系统中，该开关默认呈闭合状态，以使得车辆能够使用该第二回路中的蓄电池作为启动电源来启动。
此类设计通过改进原有车辆单电源系统来实现，无需额外增加蓄电池或其他零部件，不会增加额外成本，结构简单。此外，此类设计也不会对车辆的重量等产生影响，而不会导致后续车辆调校等问题。
在一些实施例中，该开关单元进一步包括控制模块和传感器，该控制模块被配置成响应于从传感器接收到感测信号而向开关发送控制信号。传感器可检测电源系统内的各项参数，控制模块可基于传感器检测到的各项参数来控制开关单元中的开关，以应对电源系统发生故障时的各种可能情形。
在一些实施例中，传感器可包括电流传感器，其中该电流传感器串联耦合到开关；该控制模块可被进一步配置成从电流传感器接收电流值，并响应于确定所接收的电流值大于电流阈值而向开关发送断开信号。电流传感器与开关串联耦合，可测量在第一回路与第二回路之间流过的电流值，以供检测第一回路和第二回路的运行状态。该控制模块可根据电流传感器测得的第一回路与第二回路之间的电流值来判断电源系统中的两个回路的运行状态，并在确定该电流值大于电流阈值的情况下控制开关断开，以使得电源系统中的一个回路能够继续正常工作，从而使得车辆能够借助于剩下的一个回路继续行驶或执行紧急操作。
在一些实施例中，传感器可包括电压传感器，其中该电压传感器与该开关并联耦合；该控制模块可被进一步配置成从电压传感器接收电压值，并响应于确定所接收的电压值大于电压阈值而向开关发送断开信号。压传感器与开关并联耦合，可测量该开关两端(即，第一回路与第二回路之间)的电压值，以供检测第一回路和第二回路的运行状态。该控制模块可根据电压传感器测得的第一回路与第二回路之间的电压值来判断电源系统中的两个回路的运行状态，并在确定该电压值大于电压阈值的情况下控制开关断开，以使得电源系统中的一个回路能够继续正常工作，从而使得车辆能够借助于剩下的一个回路继续行驶或执行紧急操作。
在一些实施例中，开关单元可进一步包括定时器，该定时器可耦合到控制模块；该控制模块可被进一步配置成在确定所接收的电压值大于电压阈值时，启动该定时器。当该控制模块确定所接收的电压值大于电压阈值的持续时间大于持续时间阈值时，向该开关发送断开信号。当该控制模块确定所接收的电压值大于电压阈值的持续时间小于持续时间阈值时，不做处理。使用定时器可以防止控制模块在电源系统正常运行过程中在大功率器件启动瞬间切断开关。
在一些实施例中，该控制模块可被配置成在向开关发送断开信号之后向整车控制器报告开关断开。该控制模块可向整车控制器报告开关的状态和/或电源系统的状态，以使得整车控制器能够基于该报告执行相应的操作。
在一些实施例中，传感器可包括温度传感器，其中该温度传感器串联耦合该开关。该控制模块可被配置成从温度传感器接收温度值，并响应于确定所接收的温度值大于温度阈值而确定开关失效。温度传感器与开关串联耦合，并且可测量开关单元(或开关)的温度值，以供检测开关单元(或开关)的状态。该控制模块可根据温度传感器测得的开关单元(或开 关)的温度来判断开关的状态是正常状态还是失效状态。
在一些实施例中，该控制模块可被配置成在确定开关失效信号之后向整车控制器报告开关失效。该控制模块可向整车控制器报告开关是否失效，以使得整车控制器能够基于该报告执行相应的操作。
第二方面，本公开提供了一种电动车辆，其可包括上述实施例中的电源系统。
在一些实施例中，该电动车辆可包括整车控制器，并且该整车控制器可被配置成响应于从控制模块接收到开关断开信号或失效信号而退出自动驾驶模式。该整车控制器可从控制模块获取开关状态信号，并根据开关状态信号执行相应操作以确保车辆行驶的安全性。
上述说明仅是本公开技术方案的概述，为了能够更清楚了解本公开的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本公开的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本公开的具体实施方式。
附图说明
通过阅读对下文可选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出可选实施方式的目的，而并不认为是对本公开的限制。在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。
图1是本公开一实施例公开的电源系统的结构示意图；
图2是本公开一实施例公开的开关单元的结构示意图；
图3是本公开一实施例公开的用于控制模块的流程图；
图4是本公开一实施例公开的用于控制模块的另一流程图；以及
图5是本公开一实施例公开的用于整车控制器的流程图。
在附图中，附图并未按照实际的比例绘制。
标记说明：
10、电源系统；
100、第一回路；101、DC-DC转换模块；102、第一负载；
200、第二回路；201、蓄电池；202、第二负载；
300、开关单元；301、开关；302、控制模块；303、电流传感器；304、电压传感器；305、温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本公开的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本公开的原理，但不能用来限制本公开的范围，即本公开不限于所描述的实施例。
在本公开实施例的描述中，需要说明的是，除非另有说明，术语“多个”的含义是两个以上；术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况；本公开中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有定义，本公开所使用的所有的技术和科学术语与属于本公开的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本公开中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本公开；本公开的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他地包含。
在本公开中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本公开的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其他实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本公 开所描述的实施例可以与其他实施例相结合。
在以下描述中，阐述了众多具体细节(诸如具体组件、电路、和过程的示例)，以提供对本公开的透彻理解。如本公开所使用的，术语“耦合”、“耦接”、“相连”或“连接”意指直接连接到、或通过一个或多个居间媒介或组件来连接。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。而且，在以下描述中并且出于解释目的，阐述了具体的命名以提供对本公开各实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将明显的是，可以不需要这些具体细节就能实践各示例实施例。在其他实例中，以框图形式示出公知的电路和设备以避免混淆本公开。
随着生活水平的不断提高，汽车已经成为人们日常生活出行必不可少的一部分。节能减排是汽车产业可持续发展的关键，电动车辆由于其节能环保的优势也逐渐成为汽车产业可持续发展的重要组成部分。汽车的安全性始终是人们非常关心的课题。电源系统是确保车辆安全的一项重要因素。对于电动车辆而言，电源系统显得尤为关键。可靠且稳定的电源系统是确保车辆(尤其是电动车辆)的安全性的关键所在。
目前许多汽车的电源系统采用单回路供电系统。当车辆的单回路供电系统发生故障时，整车电负载无法正常工作，影响车辆的正常行驶。当在车辆行驶过程中发生供电故障时，还可能影响车辆或车内乘客的安全。此外，随着科学技术突飞猛进，自动驾驶汽车也慢慢进入人们的视野。虽然完全的自动驾驶汽车尚未普及，但是带有部分自动驾驶功能的车辆已经进入市场。无疑，自动驾驶对车辆的安全性提出了新要求。当车辆处于自动行驶模式时，如果车辆的单回路供电系统发生故障，自动驾驶系统无法正常工作，处于自动驾驶模式的汽车将存在失去控制的危险。而且，当车辆的单回路供电系统发生故障时，车辆的安全模块(诸如车身稳定控制系统ESC、电动助力转向EPS等)也一并失效。
针对上述问题，本公开提供一种电源系统及电动车辆。本公开的电源系统可包括：第一回路，该第一回路包括并联的DC-DC转换模块和第一负载，并联的DC-DC转换模块和第一负载的第一端接地；第二回路， 该第二回路包括并联的蓄电池和第二负载，并联的蓄电池和第二负载的第一端接地；以及开关单元，该开关单元包括开关，该开关串联耦合在并联的DC-DC转换模块和第一负载的第二端与并联的蓄电池和第二负载的第二端之间，该开关默认呈闭合状态，以使用该第二回路中的蓄电池来启动车辆。
本公开的电源系统仅使用一个蓄电池构成双回路供电网络。此类电源系统能够在其中一个回路失效的情况下，使用另一回路供应功率，从而使得车辆能够继续行驶或者执行相应紧急操作(诸如降低行驶速度、紧急致动、靠边停车等)，显著提高车辆的安全性。此类电源系统是通过改进原有单回路供电网络来实现的，无需增加额外蓄电池或其他零部件，不会增加额外成本，结构简单。此外，此类设计也不会对车辆的重量等产生影响，而不会导致后续车辆调校等问题。
本公开的电源系统可以但不限用于车辆、船舶或飞行器等交通工具。为了便于描述，下文以车辆作为示例进行描述，但是本领域技术人员将领会，本公开的电源系统也可以应用于带有用电负载的其他交通工具(诸如船舶、飞行器等)。使用本公开公开的电源系统能够为交通工具提供备份供电回路，显著提高交通工具(尤其是在行驶过程中)的安全性。
本公开实施例公开的包括上述电源系统的电动汽车可以是但不限于纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等。使用本公开公开的电源系统能够为在电源系统单回路故障时，使用另一回路供电，其安全性得到显著提高。
根据本公开的一些实施例，本公开提供了一种电源系统10。
参照图1，其示出了本公开一实施例公开的电源系统10的结构示意图。如图1所示，电源系统10可包括第一回路100、第二回路200和开关单元300。第一回路100可包括并联的DC-DC转换模块101和第一负载102。并联的DC-DC转换模块101和第一负载102的第一端接地。第二回路200可包括并联的蓄电池201和第二负载202。并联的蓄电池201和第二负载202的第一端接地。进一步参照图2，其示出了本公开一实施例公开的开关单元300的结构示意图。如图2所示，开关单元300可包括开关 301。开关301耦合在DC-DC转换模块101和第一负载102的第二端与蓄电池201和第二负载202的第二端之间。开关301默认呈闭合状态。
在一示例情形中，第一负载102可包括主负载(例如，行驶相关的负载)，而第二负载202可包括安全负载(诸如车身稳定控制系统ESC(Electronic Stability Control)、电动助力转向EPS(Electric Power Steering)等)。在该情形中，第一负载102可以可选地包括自动驾驶单元。
在一示例情形中，第二负载202为第一负载102中部分负载的冗余，即第一负载102不仅包含第二负载202，还包括除了第二负载202之外的一些与行驶相关的其他负载。
在一示例情形中，DC-DC转换模块101的输入端可与车辆的动力电池连接。动力电池为高压电池，其电压可以为380伏。DC-DC转换模块101的输出电压可以为10-20伏，可选为12伏、15伏等。由此，DC-DC转换模块101可将高压直流转换成低压直流以为第一回路100提供功率。
在电源系统10的两个回路均正常工作的状态下，开关单元300中的开关301默认呈闭合状态。在开关301闭合时，可以通过蓄电池201为第一负载102和第二负载202供电，以启动车辆；而在车辆启动后，与DC-DC转换模块101的输入端连接的动力电池开始工作，此时DC-DC转换模块101的输出端的电压大于蓄电池201的电压，因此DC-DC转换模块101的输出端可以为第一负载102和第二负载202供电，而且，若此时蓄电池201的容量未达到最大，DC-DC转换模块101的输出端还可以为蓄电池201充电。如图1中的箭头示出了在动力电池开始工作后的电流流向示意图。
当电源系统10中的第一回路100发生故障时，开关单元300中的开关301断开，此时第二回路200继续正常工作，即确保与蓄电池201耦合的第二负载202正常工作(例如，安全负载正常工作使得车辆执行紧急安全操作，诸如降低行驶速度、紧急致动、靠边停车等)。当电源系统10中的第二回路200发生故障时，开关单元300中的开关301断开，此时第一回路100继续正常工作，即与DC-DC转换模块101耦合的第一负载102 正常工作(例如，行驶相关的负载正常工作，即车辆正常行驶)。
当车辆处于自动驾驶模式时，无论第一回路100还是第二回路200发生故障，车辆均退出自动驾驶模式。此外，当第一回路100还是第二回路200发生故障时，即当开关301断开时，不允许车辆进入自动驾驶模式。在开关301恢复闭合之后，才允许车辆进入自动驾驶模式。
电源系统10仅使用一个蓄电池实现双回路结构。电源系统10能够在其中一个回路失效的情况下，使用另一回路供应功率，从而使得车辆能够继续行驶或者执行相应紧急操作，显著提高车辆的安全性。在电源系统10中，开关301默认呈闭合状态，以使得车辆能够使用第二回路200中的蓄电池201作为启动电源来启动。
此类设计通过改进原有车辆单电源系统来实现，无需额外增加蓄电池或其他零部件，不会增加额外成本，结构简单。此外，此类设计也不会对车辆的重量等产生影响，而不会导致后续车辆调校等问题。
根据本公开的一些实施例，可选地，开关单元300可进一步包括控制模块302和传感器。控制模块302可被配置成响应于从传感器接收到感测信号而向开关301发送控制信号。
控制模块302与传感器耦合以实现信号(诸如电流信号、电压信号和控制信号等)传递。控制模块302可实时或周期性地(例如，每隔5秒、10秒、30秒等)从传感器接收感测信号。控制模块302可在确定从传感器接收的感测信号满足特定条件的情况下向开关301发送控制信号。
传感器可检测电源系统10内的各项参数。控制模块302可根据感测信号来控制开关单元300中的开关，以应对电源系统10中的第一回路100或第二回路200发生故障时的各种可能情形。
根据本公开的一些实施例，可选地，参照图2和3，传感器可包括电流传感器303，其中电流传感器303串联耦合到开关301；控制模块302可被配置成从电流传感器303接收电流值，并响应于确定所接收的电流值大于电流阈值而向开关301发送断开信号以使开关301断开。
电流传感器303与开关301串联耦合。虽然图2示出了电流传感器303串联耦合在第一回路100与开关301之间，但是本领域技术人员将领 会，电流传感器303也可以串联耦合在开关301与第二回路200之间。
电流传感器303可测量在第一回路100与第二回路200之间流过的电流值，以供检测第一回路100和第二回路200的运行状态。在一可选情形中，电流传感器303可实时测量在第一回路100与第二回路200之间流过的电流值。控制模块302可实时或周期性地(例如，每隔5秒、10秒、30秒等)从电流传感器303接收电流值。
控制模块302可根据电流传感器303测得的第一回路100与第二回路200之间的电流值来判断电源系统10中的两个回路的运行状态，并在确定该电流值大于电流阈值的情况下控制开关301断开，以使得电源系统10中的一个回路能够继续正常工作。电流阈值可根据车型来确定。例如，电流阈值可被设置为额定工作电流的110-150％，可选为120％、130％等等。例如，当额定工作电流为200安培时，电流阈值可以为240安培或260安培等。例如，控制模块302可在确定从电流传感器303接收的电流值大于260安培时向开关301发送断开信号以使开关301断开。此外，控制模块302可在确定从电流传感器303接收的电流值小于260安培时向开关301发送闭合信号以使开关301闭合。
根据本公开的一些实施例，可选地，参照图2和3，传感器可包括电压传感器304，其中该电压传感器304与开关301并联耦合；控制模块302可被配置成从电压传感器304接收电压值，并响应于确定所接收的电压值大于电压阈值而向开关301发送断开信号以使开关301断开。
电压传感器304与开关301并联耦合。虽然图2示出了电压传感器304的一端耦合在第一回路100与电流传感器303之间，但是本领域技术人员将领会，电流传感器303也可以串联耦合在电流传感器303与开关301之间，电压传感器304的另一端亦是如此。
电压传感器304可测量开关301两端(即，第一回路100与第二回路200之间)的电压值，以供检测第一回路100和第二回路200的运行状态。在一可选情形中，电压传感器304可实时测量开关301两端的电压值。控制模块302可实时或周期性地(例如，每隔5秒、10秒、30秒等)从电压传感器304接收电压值。
控制模块302可根据电压传感器304测得的第一回路100与第二回路200之间的电压值来判断电源系统10中的两个回路的运行状态，并在确定该电压值的绝对值大于电压阈值的情况下(例如，第一回路正常运行而第二回路欠压或者第二回路正常运行而第一回路欠压等)控制开关301断开，以使得电源系统10中的一个回路能够正常工作。电压阈值可根据车型来确定。例如，电压阈值可被设置为额定电压的绝对值的30-70％，可选为50％、60％等等。例如，当额定电流为12伏时，电压阈值可以为6伏等。例如，控制模块302可在确定从电压传感器304接收的电压值的绝对值大于6伏时向开关301发送断开信号以使开关301断开。此外，控制模块302可在确定从电压传感器304接收的电压值的绝对值小于6伏时时向开关301发送闭合信号以使开关301闭合。
根据本公开的一些实施例，可选地，开关单元可进一步包括定时器(未示出)，该定时器耦合到控制模块302；该控制模块302可被进一步配置成在确定所接收的电压值大于电压阈值时，启动定时器。当控制模块302确定所接收的电压值大于电压阈值的持续时间大于持续时间阈值时，向开关301发送断开信号以使开关301断开。当控制模块302确定所接收的电压值大于电压阈值的持续时间小于持续时间阈值时，不做处理。
定时器可在电压值大于电压阈值启动以确定电压值大于电压阈值的持续时间。当持续时间大于持续时间阈值时，控制模块302可向开关301发送断开信号以使开关301断开。当电压值在持续时间阈值期满之前已经恢复为小于电压阈值，则不做处理。持续时间阈值可以为0.5-2.5秒，可根据车型来确定。
在车辆运行过程中可能突然开启大功率器件，这可能在瞬间拉低电压值。当大功率器件正常启动之后，电压恢复。使用定时器能够防止突然开启大功率器件导致的电压瞬间突变使得开关301被断开。在该情形中，断开开关不是必须的。此外，断开开关还可能影响大功率器件的正常启动。使用定时器能够避免这些情形的出现。
根据本公开的一些实施例，可选地，参照图2和5，控制模块302可被配置成在向开关301发送断开信号之后向整车控制器报告开关断开。
当整车控制器接收到开关断开报告之后，如果车辆处于自动驾驶模式，则退出自动驾驶模式。当第一回路100故障时，开关301断开，第二回路200继续正常工作，车辆能够借助于第二回路200中的蓄电池201完成紧急安全操作(诸如降低行驶速度、紧急致动、靠边停车等)。在一任选情形中，当第一回路100故障时，开关301断开，蓄电池201能够支持车辆在一时间段内(例如，3分钟内)完成紧急安全操作。当第二回路200故障时，开关301断开，第一回路100继续正常工作，车辆能够借助于动力电池和DC-DC转换模块101继续行驶。当车辆在开关301断开的情况下继续行驶时，整车控制器可限制车辆进行自动驾驶模式，以防止车辆在开关301断开的情况下进入自动驾驶模式，避免可能出现的危险情形。整车控制器可在接收到开关闭合报告之后，允许车辆进行自动驾驶模式。
根据本公开的一些实施例，可选地，参照图2，开关单元300可包括温度传感器305，其中温度传感器305串联耦合开关301；控制模块302可被进一步配置成从温度传感器305接收温度值，并响应于确定所接收的温度值大于温度阈值而确定开关单元300(例如，开关301)失效。
温度传感器305与开关301串联耦合，并且可测量开关单元300(或开关301)的温度值，以供检测开关单元300(或开关301)的状态。虽然图2示出了温度传感器305串联耦合在开关301与第二回路200之间，但是本领域技术人员将领会，温度传感器305也可以串联耦合在第一回路100与开关301之间。值得注意的是，本公开不对上述开关301、电流传感器303、温度传感器305的位置进行限定，这三者可以任何顺序串联在第一回路100与第二回路200之间。在一任选情形中，温度传感器305紧邻开关，以精确检测开关的温度。
控制模块302可实时或周期性地(例如，每隔5秒、10秒、30秒等)从温度传感器305接收温度值。控制模块302可根据温度传感器305测得的开关单元(或开关)的温度来判断开关的状态是正常状态还是失效状态。温度阈值可根据车型来确定。例如，电压阈值可被设置为40-80摄氏度，可选为50摄氏度、60摄氏度等等。例如，控制模块302可在确定 从温度传感器305接收的温度值大于60摄氏度时确定开关单元300(例如，开关301)失效。此外，控制模块302可在确定从温度传感器305接收的温度值小于60摄氏度时确定开关有效。
根据本公开的一些实施例，可选地，参照图2，控制模块302可被配置成在确定开关单元300(例如，开关301)失效信号之后向整车控制器报告开关单元300(例如，开关301)失效。
当整车控制器接收到开关失效报告之后，如果车辆处于自动驾驶模式，则退出自动驾驶模式；如果车辆不处于自动驾驶模式，整车控制器可限制车辆进行自动驾驶模式，以防止车辆在开关失效的情况下进入自动驾驶模式，避免可能出现的危险情形。整车控制器可在接收到开关有效报告之后，允许车辆进行自动驾驶模式。
控制模块302可向整车控制器报告开关是否失效，以使得整车控制器能够基于该报告执行相应的操作。
可选的，控制模块302可向整车控制器报告开关的状态和/或电源系统的状态，以使得整车控制器能够基于该报告执行相应的操作。
根据本公开的一些实施例，本公开提供了一种电动车辆，其可包括上述实施例中的电源系统。
根据本公开的一些实施例，可选地，该电动车辆可包括整车控制器，并且该整车控制器可被配置成响应于从控制模块302接收到开关断开信号或失效信号而退出自动驾驶模式，参照图5。
当整车控制器接收到开关断开报告之后，如果车辆处于自动驾驶模式，则退出自动驾驶模式。当第一回路100故障时，开关301断开，第二回路200继续正常工作，车辆能够借助于第二回路中的蓄电池201完成紧急安全操作(诸如降低行驶速度、紧急致动、靠边停车等)。在一任选情形中，当第一回路100故障时，开关301断开，蓄电池201能够支持车辆在一时间段内(例如，3分钟内)完成紧急安全操作。当第二回路200故障时，开关301断开，第一回路100继续正常工作，车辆能够借助于动力电池和DC-DC转换模块101继续行驶。当车辆在开关301断开的情况下继续行驶时，整车控制器可限制车辆进行自动驾驶模式，以防止车辆在开 关301断开的情况下进入自动驾驶模式，避免可能出现的危险情形。整车控制器可在接收到开关闭合报告之后，允许车辆进行自动驾驶模式。
当整车控制器接收到开关失效报告之后，如果车辆处于自动驾驶模式，则退出自动驾驶模式；如果车辆不处于自动驾驶模式，整车控制器可限制车辆进行自动驾驶模式，以防止车辆在开关失效的情况下进入自动驾驶模式，避免可能出现的危险情形。整车控制器可在接收到开关有效报告之后，允许车辆进行自动驾驶模式。
该整车控制器可从控制模块302获取开关状态信号，并根据开关状态信号执行相应操作以确保车辆行驶的安全性。
可选实施例一
根据本公开的一些实施例，参照图1和2，本公开提供了一种电源系统10。电源系统10包括第一回路100、第二回路200和开关单元300。
第一回路100可包括并联的DC-DC转换模块101和第一负载102。并联的DC-DC转换模块101和第一负载102的第一端接地。
第二回路200可包括并联的蓄电池201和第二负载202。并联的蓄电池201和第二负载202的第一端接地。
开关单元300包括开关301和控制模块302，其中开关301耦合在第一回路100与第二回路200之间。控制模块302与开关301耦合以控制开关301的断开或闭合。开关单元300可进一步包括电流传感器303、电压传感器304、和/或温度传感器305。开关单元300可进一步包括电流传感器303、电压传感器304、和/或温度传感器305。电流传感器303和/或温度传感器305可耦合在第一回路100与第二回路200之间，并与开关301串联。虽然图2示出了电流传感器303串联耦合在第一回路100与开关301之间，而温度传感器305串联耦合在开关301与第二回路200之间，但是本领域技术人员将领会，温度传感器305也可以串联耦合在第一回路100与开关301之间，并且电流传感器303也可以串联耦合在开关301与第二回路200之间。也就是说，本公开不对开关301、电流传感器303、温度传感器305的位置进行限定，这三者可以任何顺序串联在第一回路100与第二回路200之间。可选地，温度传感器305可紧邻开关。电 压传感器304可并联耦合在开关301两端。替换地，电压传感器304可与开关、和/或电流传感器303、温度传感器305中的至少一者并联耦合。控制模块302可与电流传感器303、电压传感器304、和/或温度传感器305耦合以与这些传感器实现信号(例如，感测信号、控制信号等)传递。
在一些情形中，参照图3，控制模块302可被配置成响应于确定从电流传感器303接收的电流值大于电流阈值(例如，260安培)或者响应于确定从电压传感器304接收的电压值的绝对值大于电压阈值(例如，6伏)而向开关301发送断开信号以使开关301断开。此外，控制模块302可被配置成响应于确定从电流传感器303接收的电流值小于电流阈值(例如，260安培)或者响应于确定从电压传感器304接收的电压值的绝对值小于电压阈值(例如，6伏)而向开关301发送闭合信号以使开关301闭合。
在一些情形中，参照图4，例如，控制模块302可被配置成响应于确定从温度传感器305接收的温度值大于温度阈值(例如，60摄氏度)而确定开关单元300(例如，开关301)失效。此外，控制模块302可被配置成响应于确定从温度传感器305接收的温度值小于温度阈值(例如，60摄氏度)而确定开关单元300(例如，开关301)有效。
在一任选情形中，当开关301断开之后，控制模块302可在检测到电流值小于电流阈值、电压值的绝对值小于电压阈值并且温度值小于温度阈值的情况下才向开关301发送闭合信号以使开关301闭合。
可选实施例二
根据本公开的一些实施例，本公开提供了一种电动车辆，其可包括上述实施例中的电源系统。该电动车辆可任选地包括整车控制器。
在一些情形中，参照图5，当整车控制器接收到开关断开报告之后，如果车辆处于自动驾驶模式，则退出自动驾驶模式。当第一回路100故障时，开关301断开，第二回路200继续正常工作，车辆能够借助于第二回路中的蓄电池201完成紧急安全操作(诸如降低行驶速度、紧急致动、靠边停车等)。在一任选情形中，当第一回路100故障时，开关301断开，蓄电池201能够支持车辆在一时间段内(例如，3分钟内)完成紧 急安全操作。当第二回路200故障时，开关301断开，第一回路100继续正常工作，车辆能够借助于动力电池和DC-DC转换模块继续行驶。当车辆在开关301断开的情况下继续行驶时，整车控制器可限制车辆进行自动驾驶模式，以防止车辆在开关301断开的情况下进入自动驾驶模式，避免可能出现的危险情形。整车控制器可在接收到开关闭合报告之后允许车辆进行自动驾驶模式。
在一些情形中，当整车控制器接收到开关失效报告之后，如果车辆处于自动驾驶模式，则退出自动驾驶模式；如果车辆不处于自动驾驶模式，整车控制器可限制车辆进行自动驾驶模式，以防止车辆在开关失效的情况下进入自动驾驶模式，避免可能出现的危险情形。整车控制器可在接收到开关有效报告之后允许车辆进行自动驾驶模式。
在一任选情形中，当开关301断开之后，控制模块302可在在接收到开关闭合报告并且接收到开关有效报告之后，允许车辆进行自动驾驶模式。
本公开所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定，给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的，选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的，并且可以进行任意地组合，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。在本公开中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。
在本公开中，如果没有特别的说明，本公开所提到的所有实施方式以及优选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。
在本公开中，如果没有特别的说明，本公开所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。虽然已经参考可选实施例对本公开进行了描述，但在不脱离本公开的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本公开并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

  1. 一种电源系统，包括：
    第一回路(100)，所述第一回路(100)包括并联的DC-DC转换模块(101)和第一负载(102)，并联的所述DC-DC转换模块(101)和所述第一负载(102)的第一端接地；
    第二回路(200)，所述第二回路(200)包括并联的蓄电池(201)和第二负载(202)，并联的所述蓄电池(201)和所述第二负载(202)的第一端接地；以及
    开关单元(300)，所述开关单元(300)包括开关(301)，所述开关(301)串联耦合在所述DC-DC转换模块(101)和所述第一负载(102)的第二端与所述蓄电池(201)和所述第二负载(202)的第二端之间，所述开关(301)默认呈闭合状态。
  2. 根据权利要求1所述的电源系统，其中所述开关单元(300)进一步包括控制模块(302)和传感器，所述控制模块(302)被配置成响应于从所述传感器接收到感测信号而向所述开关(301)发送控制信号。
  3. 根据权利要求2所述的电源系统，其中所述传感器包括电流传感器(303)，其中所述电流传感器(303)串联耦合到所述开关(301)；
    所述控制模块(302)被进一步配置成从所述电流传感器(303)接收电流值，并响应于确定所接收的电流值大于电流阈值而向所述开关(301)发送断开信号。
  4. 根据权利要求2或3所述的电源系统，其中所述传感器包括电压传感器(304)，其中所述电压传感器(304)与所述开关(301)并联耦 合；
    所述控制模块(302)被进一步配置成从所述电压传感器(304)接收电压值，并响应于确定所接收的电压值大于电压阈值而向所述开关(301)发送断开信号。
  5. 根据权利要求4所述的电源系统，其中所述开关单元(300)进一步包括定时器，所述定时器耦合到所述控制模块(302)；
    所述控制模块(302)被进一步配置成在确定所接收的电压值大于电压阈值时，启动所述定时器，
    当所述控制模块(302)确定所接收的电压值大于电压阈值的持续时间大于持续时间阈值时，向所述开关(301)发送断开信号；
    当所述控制模块(302)确定所接收的电压值大于电压阈值的持续时间小于持续时间阈值时，不做处理。
  6. 根据权利要求3-5中的任一项所述的电源系统，其中所述控制模块(302)被进一步配置成在向所述开关(301)发送断开信号之后向整车控制器报告所述开关(301)呈断开状态。
  7. 根据权利要求2-6中任一项所述的电源系统，其中所述传感器包括温度传感器(305)，其中所述温度传感器(305)串联耦合到所述开关(301)；
    所述控制模块(302)被进一步配置成从所述温度传感器(305)接收温度值，并响应于确定所接收的温度值大于温度阈值而确定所述开关(301)失效。
  8. 根据权利要求7所述的电源系统，其中所述控制模块(302)被进 一步配置成在确定所述开关(301)失效之后向整车控制器报告所述开关(301)失效。
  9. 一种电动车辆，包括根据权利要求1-8中的任一项所述的电源系统。
  10. 根据权利要求9所述的电动车辆，其中所述电动车辆包括整车控制器，所述整车控制器被配置成响应于从控制模块(302)接收到所述开关(301)断开信号或所述开关(301)失效信号而退出自动驾驶模式。
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