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一种汽车用三电压电源系统

一种汽车用三电压电源系统

本实用新型涉及一种用于汽车上的电源,具体地说是一种汽车用三电压电源系统。该系统包括12V电源单元、48V电源单元、300V电源单元、DC/DC转换器Z1 Z2;其中所述的DC/DC转换器Z1低压端与12V电源单元中的12V电源电连接、高压端与48V电源单元中的48V电源电连接;所述的DC/DC转换器Z2低压端与48V电源电连接、高压端与300V电源单元中的300V电源电连接;所述的12V电源、48V电源、300V电源、DC/DC转换器Z1、DC/DC转换器Z2和主控制器之间的信号交互是通过数据线,以CAN网络通信的方式进行。本实用新型是一种克服了汽车车内低压供电电路中电流过大、发动机匹配偏大易导致燃油消耗率过高以及寒冷地区车载锂离子蓄电池难以放电的问题的汽车用三电压电源系统。

所述的12V电源单元包括12V电源、负载F1、非必要负载F2、常闭式开关S4、常开式开关S7、电阻丝R1、霍尔式电流传感器Cl;所述的48V电源单元包括48V电源、负载F3、常开式开关S5、常开式开关S8、电阻丝R2、霍尔式电流传感器C2;所述的300V电源单元包括300V电源、负载F4、常开式开关S6、霍尔式电流传感器C3、发电机G5;其中所述的DC/DC转换器Zl低压端与12V电源电连接、高压端与48V电源电连接;所述的DC/DC转换器Z2低压端与48V电源连接、高压端与300V电源连接;

三电源开始充电后,当电源的SOC上升到40%时,充电过程并不会立刻停止,而是一直到电源SOC达到90%后才会停止,避免充电操作频繁启动,具体为:对于12V电源,其SOC达到90%后,充电过程才会停止,即DC/DC转换器Zl停止工作。对于48V电源,其SOC达到90%后,充电过程才会停止,即DC/DC转换器Z2停止工作。对于300V电源,其SOC达到90%后,充电过程才会停止,即发电机G5停止工作。这一过程中,DC/DC转换器受低压端电源的SOC值控制开启与关闭,目的是保证三个电源充电完成后可以储存充足的能量以供使用。

本实用新型中涉及的需求功率的计算公式为(2):

霍尔式电流传感器C1、C2、C3采用的型号为HoneywellCSLA2EL,它可以将所套住的线束上流过的瞬时电流测量出来并传送到主控制器内。对于回路中的开关,都是串联接在电路中。

参阅图6-a、6-b、6-c是本实用新型三电压电源系统中基于SOC对电源的控制方法,控制方法中涉及到的三个电源的SOC阈值,可以根据实际需求确定,在本实用新型中将此处的SOC阈值分别设为40%和30%。

图7是本实用新型300V电源介入驱动的控制方法。

其中300V电源为高压锂离子蓄电池,容量为35AH,负责给驱动电机供电,并回收车辆刹车时的制动能量。其中驱动电机用负载F4表示。

(2)、车辆制动时,部分车辆的动能会转化为电能,300V电源能接收并储存车辆的再生制动能量;如果在这一过程中,300V电源的SOC因回收制动能量而达到95%以上,DC/DC转换器Z2就会开启,进而给48V电源充电,能量从300V电源流向48V电源,当300V电源的SOC降到95%以下时,DC/DC转换器Z2关闭;如果48V电源的SOC达到95%,DC/DC转换器Zl就会开启,进而给12V电源充电,能量从48V电源流向12V电源,当48V电源的SOC降到95%以下时,0(:/1)(:转换器21关闭;这一过程中,0(:/1)(:转换器21、0(:/1)(:转换器22受高压端电源的SOC值控制开启与关闭。

背景技术

参阅图5-a和5-b是三电源系统中48V电源和300V电源基于温度的控制流程图。关于加热与温度控制,采用分步预热的方法进行。充分利用铅酸电池低温特性好,但是能量密度小,锂离子蓄电池低温特性差,但是能量密度高的特点。当锂离子蓄电池的工作环境被预热到合适的温度后再进行放电操作,可以提高电源的放电效率,进而整体提高汽车的能量利用效率。关于锂离子蓄电池适宜的温度阈值,由锂离子蓄电池的材质具体确定。在电阻丝的选择上,电阻丝Rl选择发热功率为IkW的电阻丝,电阻丝R2选择发热功率为3kW的电阻丝,电阻丝的功率不宜选得过高,防止电池包内部局部过热。本实用新型图5a-5b中的温度控制流程图中以温度阈值设为5摄氏度为例进行说明:

上述的三种充电方法优先级最高的为(3)、优先级最低的为(1)。具体为:如果出现12V电源因为不断被充电,其SOC由低于40%,上升到90%时,此时根据1)中的控制方法,DC/DC转换器Zl停止工作;同时如果此时48V电源的SOC因为接收300V电源的能量使得48V电源的SOC超过95%,此时按照2)的控制方式,DC/DC转换器Zl应该开启工作;为应对DC/DC转换器Zl出现同时满足不同方法中的开启与关闭条件的现象,在控制方法中定义2)的优先级高于1)的优先级,即同时出现上述情况时,执行优先级高的控制方法,此处DC/DC转换器Zl启动工作。然后,12V电源因为继续接收48V电源的电量输入,造成12V电源的SOC不断升高,当12V电源的SOC上升到98%时,满足3)中的关闭DC/DC转换器Zl的条件;此处定义3)的优先级高于2)的优先级,DC/DC转换器Zl停止工作,避免出现DC/DC转换器Zl-直开启造成12V电源过度被充电现象,防止出现安全隐患。同理,对于DC/DC转换器Z2的控制,与DC/DC转换器Zl的控制一致。如果出现48V电源因为不断被充电,其SOC由低于40%,上升到90%时,此时根据1)中的控制方法,DC/DC转换器Z2停止工作;同时如果此时300V电源的SOC超过95%,此时按照2)中的控制方式,DC/DC转换器Z2应该开启工作;为应对DC/DC转换器Z2出现同时满足不同方法中的开启与关闭条件的现象,在控制方法中定义2)的优先级高于1)的优先级,即同时出现上述情况时,执行优先级高的控制方法,此处DC/DC转换器Z2启动工作。然后,48V电源因为继续接收300V电源的电量输入,造成48V电源的SOC不断升高,当48V电源的SOC上升到98%时,满足3)中的关闭DC/DC转换器Z2的条件;此处定义3)的优先级高于2)的优先级,DC/DC转换器Zl停止工作,避免出现DC/DC转换器Z2-直开启造成48V电源过度被充电现象,防止出现安全隐患。多个控制操作同时满足条件时,执行这几个满足条件的优先级最高的操作。这样是为了优先保护电池,防止电源的SOC超过98%之后仍然充电造成安全隐患,在保证安全的基础上,尽可能的回收制动能量,提高能量利用率。虽然第三种情况极少出现,但是这种设置可以提高电源安全。本实用新型里充电控制方法中的SOC阈值,设为了40%,但是不局限于所列出的具体SOC阈值,可以根据实际情况具体调整。

其中,SOC2表示后一时刻的电源SOC值,SOCi表示前一时刻的电源SOC值,tl和t2是两个时刻,其中t2时刻晚于tl时刻,因此t2-tl为两个时刻的时间间隔,为了计算准确,积分算法中取的时间间隔应该尽可能小。I表示流经电源正极的电流,是由霍尔式电流传感器CUC2、C3测得的,当电源处于充电状态时,I为正数;当电源处于放电状态时,I为负数。Cfull表示电源在满电时刻所储存的电量,该值在电池生产出来时就已经确定。

参阅图2-c是常闭式开关的原理示意图,本实用新型中用到的常闭式开关S4是通过常闭式电磁继电器实现的,继电器的g、m端口接低压控制电路,1、2端口接实际的被控电路,实现g、m端口间低压控制电路对于1、2端口间高压电路的控制。当g、m端口不通电时,继电器处于初始状态,即1、2端口间的电路处于接通状态;当g、m端口通电时,继电器1、2端口间的电路处于断开状态。g、m端口接的低压控制电路是车载5V电压信号,由主控制器发出。

欢迎阅读本文章: 李大猛

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