CN115257581B - 一种电动车高压电气架构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电动车高压电气架构，包括电池组、电源分配单元、高压负荷单元、低压负荷单元、辅助应急电源、动力域控制器和低压域控制器，所述电池组与电源分配单元连接，用于给电源分配单元供电，所述电源分配单元包括高压接口和快充接口，所述高压接口与高压负荷单元电连接，所述电池组包括依次串联的第一电源、MSD和第二电源。本发明通过使用辅助应急电源和DC/DC模块，在车辆正常时，高压部件如电机控制器、车载OBC、DCDC、高压压缩机、车载加热器等所有高压器件的工作电源由DC/DC模块转换12V电压提供，当低压***故障而无法供电时，此辅助应急电源为主要部分高压器件(电机控制器等)、以及部分低压器件供电，从而为驾驶员的安全提供有力的保障。

Description

一种电动车高压电气架构
技术领域
本发明属于电动汽车高压电气***技术领域，特别涉及一种电动车高压电气架构。
背景技术
电动汽车电气***主要包括低压电气***、高压电气***。高压电气***主要包括电池管理***、电驱动***、DC/DC转换器、车载充电机、空调、PTC等。电池是整个高压***的能量来源，为电驱及电控部件提供能量，详见图1，目前电动汽车的架构用蓄电池为控制回路供电，完成整车的上下电以及零部件的控制。
目前低压电气***主要采用12V，24V甚至48V蓄电池，除了为灯光照明***、娱乐***及雨刷器等常规低压用电器供电外，还为整车控制器、电池管理***、电机控制器、DCDC转换器及电动空调等高压附件或者部分高压附件提供工作电压。如果车辆在行驶过程中12V***丢失(故障)，驾驶员的人身安全将受到极大的威胁；而且随着电池***的电压提高、部分高端车型开始使用800V电池***，传统的Si MOSFET已经无法满足这种需求，车载电源(车载OBC、DCDC)开始使用SiC、GaN器件。短期之内SiC、GaN器件成本居高不下，这使得车载OBC、DCDC、电机控制器分别独立使用各自内部的800V-12V DCDC电源的成本高昂。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种电动车高压电气架构。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种电动车高压电气架构，包括电池组、电源分配单元、高压负荷单元、低压负荷单元、辅助应急电源、动力域控制器和低压域控制器；
所述电池组与电源分配单元连接，用于给电源分配单元供电；
所述电源分配单元包括高压接口和快充接口，所述高压接口与高压负荷单元电连接；
所述电池组包括依次串联的第一电源、MSD和第二电源，所述第一电源的正极与负极均与辅助应急电源连接，所述第二电源正极与辅助应急电源连接；
所述辅助应急电源与动力域控制器、高压负荷单元和低压域控制器连接，用于给动力域控制器、高压负荷单元和低压域控制器供电；
所述高压负荷单元包括DC/DC模块，所述DC/DC模块与低压负荷单元电连接，用于给低压负荷单元供电。
优选地，所述电源分配单元包括正极母线、负极母线、预充线路和快充线路；
所述正极母线两端分别与第二电源正极和高压接口的正极连接，且所述正极母线上设置有主正接触器；
所述预充线路与主正接触器并联，且设置有串联的预充接触器和预充电阻；
所述快充线路两端分别与第二电源正极和快充接口正极连接，且所述快充线路上设置有快充接触器；
所述负极母线上设置有主负接触器，所述主负接触器一端与第一电源负极连接，另一端分别与高压接口的负极和快充接口的负极连接。
优选地，所述高压负荷单元还包括OBC模块和MCU模块；
所述OBC模块、MCU模块和DC/DC模块均与高压接口电连接。
优选地，所述OBC模块、MCU模块和DC/DC模块均与辅助应急电源电连接。
优选地，所述OBC模块、MCU模块和DC/DC模块均内置有低压附件，所述DC/DC模块的正负极与所述低压附件的正负极连接，用于给所述低压附件供电。
优选地，所述低压控制器包括BCM和网关，用于实现无钥匙进入和电子锁控制。
优选地，所述动力域控制器包括BMS和VCU，用于控制主正继电器线圈、主负继电器线圈、预充继电器线圈和快充继电器线圈。
优选地，所述低压负荷单元包括ABS、EPS、水泵、风扇、雨刮、车灯和座椅加热。
优选地，所述辅助应急电源还内置有DC/DC降压模块，所述DC/DC降压模块用于将第一电源的高压转换为低压。
优选地，所述第一电源的正极和第二电源的正极与辅助应急电源连接的线路上均设置有二极管。
本发明的有益效果：
1、本发明通过使用辅助应急电源和DC/DC模块，在车辆正常时，高压部件如电机控制器、车载OBC、DCDC、高压压缩机、车载加热器等所有高压器件的工作电源由DC/DC模块转换12V电压提供，当低压***故障而无法供电时，此辅助应急电源为主要部分高压器件(电机控制器等)、以及部分低压器件(刹车、ESP等)供电，从而为驾驶员的安全提供有力的保障；
2、本发明省去了蓄电池，降低成本、节约空间布局，解决了目前部分功能安全等级要求高的高压零部件如MCU、BMS使用了辅助电源，但是各个模块相互独立，无法共享辅助电源，造成成本浪费的问题；
3、本发明可以在电池检修的监控下保持BMS、VCU正常工作。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了高压、低压负载以及供电示意图；
图2示出了本发明的一种电动车高压电气架构图；
图3示出了本发明的电池组的架构图；
图4示出了本发明的电源分配单元的架构图；
图5示出了高压负荷单元的架构图；
图6示出了低压负荷单元的架构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种电动车高压电气架构，如图2所示，包括电池组、电源分配单元、高压负荷单元、低压负荷单元、辅助应急电源、动力域控制器和低压域控制器；
电池组与电源分配单元连接，用于给电源分配单元供电；
电源分配单元包括高压接口和快充接口，高压接口与高压负荷单元电连接。
需要说明的是，电源分配单元指BDU，动力域控制器指BMS(电池管理***)和VCU(车载通信装置)，低压域控制器指BCM(车载控制模块)和网关，另外在图2中的唤醒信号列表中，-KL15为点火唤醒信号，-CP为慢充信号，-A+为快充信号，-RTC为时钟唤醒信号。
需要进一步说明的是，图1中辅助应急电源和高压负荷单元连接是通过正负极导线连线的(图中以粗实线表示)。
如图3所示，电池组包括依次串联的第一电源、MSD和第二电源，第一电源的正极与负极均与辅助应急电源连接，结合图1可知，第二电源正极与辅助应急电源连接，辅助应急电源与动力域控制器、高压负荷单元和低压域控制器连接，用于给动力域控制器、高压负荷单元和低压域控制器供电。
如图4所示，电源分配单元包括正极母线、负极母线、预充线路和快充线路，其中，正极母线两端分别与第二电源正极和高压接口的正极连接，且正极母线上设置有主正接触器，预充线路与主正接触器并联，且设置有串联的预充接触器和预充电阻，快充线路两端分别与第二电源正极和快充接口正极连接，且快充线路上设置有快充接触器，负极母线上设置有主负接触器，主负接触器一端与第一电源负极连接，另一端分别与高压接口的负极和快充接口的负极连接。
需要说明的是MSD指人为断开装置，类似于熔断器，当需要进行检修时，可以通过MSD对第一电源和第二电源进行手动断开，然后第一电源单独给辅助应急电源充电。
如图5所示，高压负荷单元包括DC/DC模块、OBC模块和MCU模块，结合图6，DC/DC模块与低压负荷单元连接，用于给低压负荷单元供电；其中，DC/DC模块、OBC模块和MCU模块均与高压接口电性连接。
进一步地，OBC模块、MCU模块和DC/DC模块均内置有低压附件(图5中未画出)，DC/DC模块的正负极与低压附件的正负极连接，用于给低压附件供电。
需要说明的是，DC/DC模块能够将高压电转换为12V的低压电，为整车的低压负荷单元供电，如图6所示，其中就包括ABS(防抱死刹车***)、EPS(电动助力转向***)、水泵、风扇、雨刮、车灯和座椅加热等。
需要说明的是，OBC为车载充电器，MCU为电机的控制单元，OBC模块和MCU模块分别通过导线与辅助应急电源连接。
进一步地，低压控制器包括BCM和网关，用于实现无钥匙进入和电子锁控制。
进一步地，动力域控制器包括BMS和VCU，控制主正继电器线圈、主负继电器线圈、预充继电器线圈和快充继电器线圈。
需要说明的是，动力域控制器是给继电器(主正继电器、主负继电器、预充继电器和快充继电器)的线圈通电的，而继电器包括线圈和接触器，因此通过动力域控制器给继电器的线圈通电，使得主正接触器、预充接触器、快充接触器和主负接触器闭合，然后高压接口就可以给DC/DC模块上单，然后DC/DC模块再转换电压，给整车的设备上电。
进一步地，辅助应急电源还内置有DC/DC降压模块，DC/DC降压模块用于将第一电源的高压转换为低压。
进一步地，第一电源的正极和第二电源的正极与辅助应急电源连接的线路上均设置有二极管。
需要说明的是，通知设置二极管，使电流只能从第一电源或第二电源流向辅助应急电源。
本发明为一种电动车高压电气架构，其控制过程如下：
在正常工作情况下，MSD处于闭合状态，电池组给BDU单元供电，同时电池组给辅助应急电源供电，然后辅助应急电源通过其内部的DC/DC降压模块给动力域控制器供电，动力域控制器再给主正继电器的线圈、预充继电器的线圈、快充继电器的线圈和主负继电器的线圈通电，使得主正接触器、预充接触器、快充接触器和主负接触器闭合，最后BDU单元通电，高压接口和快充接口均通电，通过高压接口给高压负载供电，完成整车上电动作。
同时辅助应急电源，还给低压域控制器供电(BCM和网关)，可以实现无钥匙控制，以及电子锁控制等供能。
当高压接口通电后可以将电流输送至高压负荷单元，给OBC模块、DC/DC模块和MCU模块供电，然后DC/DC模块将高压转换为低压，给低压负荷单元以及高压负荷单元中的低压附件供电(如集成电路板)，其中低压负荷单元包括了ABS、EPS、水泵、风扇、雨刮、车灯和座椅加热。
另外，当主正接触器、预充接触器、快充接触器和主负接触器还未闭合时，BDU是不通电的，此时辅助应急电源可以给高压负荷单元供电，当上述接触器闭合后，高压接口和快充接口就通电，然后给高压负荷单元供电，DC/DC模块正常工作后辅助应急电源可以进入休眠状态，当检测到DC/DC模块故障而不能运行的时候，辅助应急电源可以切入，辅助应急电源和DC/DC模块就构成冗余结构。
当需要进行检修时，MSD断开，由第一电源给辅助应急电源供电，这样可以保证在检修(MSD或者熔断器断开)的时候辅助应急电源依旧可以正常工作。辅助应急电源内部为一个小功率DC/DC降压转换模块，DC/DC输出为动力域控制器(BMS和VCU)供电，同时为主正、主负、以及预充继电器提供驱动电源，保证汽车可以正常上下电，另外BMS可以进行检修时间记录。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分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发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种电动车高压电气架构，其特征在于，包括电池组、电源分配单元、高压负荷单元、低压负荷单元、辅助应急电源、动力域控制器和低压域控制器；
所述电池组与电源分配单元连接，用于给电源分配单元供电；
所述电源分配单元包括高压接口和快充接口，所述高压接口与高压负荷单元电连接；
所述电池组包括依次串联的第一电源、人为断开装置和第二电源，所述第一电源的正极与负极均与辅助应急电源连接，所述第二电源正极与辅助应急电源连接；
所述辅助应急电源与动力域控制器、高压负荷单元和低压域控制器连接，用于给动力域控制器、高压负荷单元和低压域控制器供电；
所述高压负荷单元包括DC/DC模块，所述DC/DC模块与低压负荷单元电连接，用于给低压负荷单元供电；
所述辅助应急电源还内置有DC/DC降压模块，所述DC/DC降压模块用于将第一电源的高压转换为低压；
所述第一电源的正极和第二电源的正极与辅助应急电源连接的线路上均设置有二极管；
在工作情况下，人为断开装置闭合，电池组用于给电池分配单元和辅助应急电源供电，辅助应急电源用于通过内部的DC/DC降压模块给动力域控制器供电，动力域控制器使得主正接触器、预充接触器、快充接触器和主负接触器闭合，最后电池分配单元通电，高压接口和快充接口均通电，通过高压接口给高压负载供电，完成整车上电动作；
同时辅助应急电源还给低压域控制器供电；
当高压接口通电后将电流输送至高压负荷单元，给高压负荷单元供电，然后DC/DC模块将高压转换为低压，给低压负荷单元以及高压负荷单元中的低压附件供电；
当主正接触器、预充接触器、快充接触器和主负接触器还未闭合时，电池分配单元不通电，此时辅助应急电源给高压负荷单元供电;
当主正接触器、预充接触器、快充接触器和主负接触器闭合后，高压接口和快充接口通电，然后给高压负荷单元供电，DC/DC模块正常工作后辅助应急电源进入休眠状态，当检测到DC/DC模块故障而不能运行的时候，辅助应急电源切入;
当进行检修时，人为断开装置断开，由第一电源给辅助应急电源供电;辅助应急电源通过DC/DC降压转换模块为动力域控制器供电，同时为主正、主负、以及预充继电器提供驱动电源。
2.根据权利要求1所述的一种电动车高压电气架构，其特征在于，所述电源分配单元包括正极母线、负极母线、预充线路和快充线路；
所述正极母线两端分别与第二电源正极和高压接口的正极连接，且所述正极母线上设置有主正接触器；
所述预充线路与主正接触器并联，且设置有串联的预充接触器和预充电阻；
所述快充线路两端分别与第二电源正极和快充接口正极连接，且所述快充线路上设置有快充接触器；
所述负极母线上设置有主负接触器，所述主负接触器一端与第一电源负极连接，另一端分别与高压接口的负极和快充接口的负极连接。
3.根据权利要求1所述的一种电动车高压电气架构，其特征在于，所述高压负荷单元还包括OBC模块和MCU模块；
所述OBC模块、MCU模块和DC/DC模块均与高压接口电连接。
4.根据权利要求3所述的一种电动车高压电气架构，其特征在于，所述OBC模块、MCU模块和DC/DC模块均与辅助应急电源电连接。
5.根据权利要求4所述的一种电动车高压电气架构，其特征在于，所述OBC模块、MCU模块和DC/DC模块均内置有低压附件，所述DC/DC模块的正负极与所述低压附件的正负极连接，用于给所述低压附件供电。
6.根据权利要求1所述的一种电动车高压电气架构，其特征在于，所述低压域控制器包括BCM和网关，用于实现无钥匙进入和电子锁控制。
7.根据权利要求1所述的一种电动车高压电气架构，其特征在于，所述动力域控制器包括BMS和VCU，用于控制主正继电器线圈、主负继电器线圈、预充继电器线圈和快充继电器线圈。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种电动车高压电气架构，其特征在于，所述低压负荷单元包括ABS、EPS、水泵、风扇、雨刮、车灯和座椅加热。
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