CN116455048B - 冗余电源电路及电源装置 - Google Patents

Abstract

一种冗余电源电路及电源装置，属于电源技术领域，与负载连接，包括相互连接的工作储能模块和低压储能模块；工作储能模块对低压储能模块进行充电；工作储能模块包括多个电池模块，其中，多个电池模块中的至少一个电池模块还作为冗余储能模块；冗余储能模块和低压储能模块均与负载可通断连接；冗余储能模块或低压储能模块对负载进行供电；从而无需额外配置备用电池，即可在低压储能模块出现故障情况下，投入冗余储能模块供电以保证不中断设备的正常运行，减小了占用布置空间，无需增加线束等附件，简化了硬件配置，降低了成本和重量，提高了资源的利用率。

Description

冗余电源电路及电源装置

技术领域

本申请属于电源技术领域，尤其涉及一种冗余电源电路及电源装置。

背景技术

对于高阶自动驾驶***，通常需要配置冗余电源以应对供电故障下的自动驾驶安全问题。当主供电电源（低压储能模块）出现故障情况下，立刻投入冗余电源供电以保证不中断设备的正常运行，消除供电网络的单点失效工况。

相关的冗余电源电路的应用多采用增加12V备用电池作为冗余电源：然而，增加12V备用电池增加了整车直材成本、占用布置空间、增加线束等附件、增加整车重量且利用率低，从而导致硬件配置复杂和成本较高。

故相关的冗余电源电路无法简化硬件配置和降低成本。

发明内容

鉴于上述问题，本申请提供一种冗余电源电路及电源装置，旨在解决相关的电源装置无法简化硬件配置和降低成本的问题。

第一方面，本申请提供了本申请实施例提供了一种冗余电源电路，与负载连接，包括相互连接的工作储能模块和低压储能模块；

所述工作储能模块对所述低压储能模块进行充电；

所述工作储能模块包括多个电池模块，其中，多个所述电池模块中的至少一个所述电池模块还作为冗余储能模块；

所述冗余储能模块和所述低压储能模块均与所述负载可通断连接；

所述冗余储能模块或所述低压储能模块对所述负载进行供电。

本申请实施例的技术方案中，由于将多个所述电池模块中的至少一个所述电池模块还作为冗余储能模块，且冗余储能模块或低压储能模块对负载进行供电，从而无需额外配置备用电池（冗余储能模块），即可在低压储能模块出现故障情况下，立刻投入冗余储能模块供电以保证不中断设备的正常运行，减小了占用布置空间，无需增加线束等附件，简化了硬件配置，降低了成本和重量，提高了资源的利用率。

在一些实施例中，所述工作储能模块包括n个所述电池模块；

其中，第1个所述电池模块至第m个所述电池模块作为所述冗余储能模块；或者

第n-m+1个所述电池模块至第n个所述电池模块作为所述冗余储能模块；

其中，n和m均为正整数，且n大于m。

通过采用上述方案，工作储能模块和冗余储能模块可以共用一个接线柱，减少了布线，降低了硬件成本。

在一些实施例中，所述冗余电源电路还包括开关模块；所述冗余储能模块和所述低压储能模块通过所述开关模块连接于所述负载。

通过采用上述方案，可以通过开关模块通断冗余储能模块和负载的连接，且通过开关模块通断低压储能模块和负载的连接，简化控制策略。

在一些实施例中，所述开关模块包括开关组或转接开关。

通过采用上述方案，提高了开关模块实现的灵活性。

在一些实施例中，所述开关组包括第一开关和第二开关；

所述第一开关连接在所述冗余储能模块和所述负载之间；

所述第二开关连接在所述低压储能模块和所述负载之间。

通过采用上述方案，通过第一开关控制冗余储能模块和负载的连接，通过第二开关控制低压储能模块和负载的连接，简化了电路设计。

在一些实施例中，所述负载为多个，所述第一开关通过第一直流母线与多个所述负载连接，所述第二开关通过第二直流母线与多个所述负载连接。

通过采用上述方案，多个负载通过第一直流母线接入冗余储能模块输出的第二直流电，多个负载还通过第二直流母线接入低压储能模块输出的第一直流电，增加了带负载能力。

在一些实施例中，所述负载为多个，所述第一开关和所述第二开关均通过第三直流母线与多个所述负载连接。

通过采用上述方案，多个负载通过第三直流母线接入冗余储能模块输出的第二直流电或低压储能模块输出的第一直流电，增加了带负载能力的同时，减小了硬件成本。

在一些实施例中，所述冗余电源电路还包括：

检测模块，与所述低压储能模块连接，配置为对所述低压储能模块输出的第一直流电的电压进行采样，以输出采样电压；

控制模块，与所述检测模块连接，配置为根据所述采样电压控制所述冗余储能模块以及所述低压储能模块与所述负载之间的通断。

通过采用上述方案，实现了低压储能模块出现故障情况下，立刻投入冗余储能模块供电以保证不中断设备的正常运行，消除供电网络的单点失效工况。

在一些实施例中，所述冗余电源电路还包括：

单向导通模块，连接在所述冗余储能模块与所述负载之间，配置为对所述冗余储能模块输出的第二直流电进行单向导通。

通过采用上述方案，降低了电流倒灌的可能性，提高了冗余电源电路的可靠性和安全性。

在一些实施例中，所述冗余电源电路还包括：

直流转换模块，连接在所述工作储能模块与所述低压储能模块之间，配置为对所述工作储能模块输出的第三直流电进行电压转换，以对所述低压储能模块进行充电。

通过采用上述方案，实现对所述工作储能模块输出的第三直流电进行电压转换，以匹配低压储能模块的充电电压。

在一些实施例中，预设时间内，作为所述冗余储能模块的所述电池模块的衰减率低于只作为所述工作储能模块的所述电池模块的衰减率。

通过采用上述方案，可以使得作为所述冗余储能模块的所述电池模块和只作为所述工作储能模块的所述电池模块同时老化失效，提高了冗余电源电路的可维护性。

第二方面，本发明实施例还提供一种电源装置，所述电源装置包括负载和上述的冗余电源电路。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

通过阅读对下文优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。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：

图1为相关的冗余电源电路的一种结构示意图；

图2为本申请一实施例提供的冗余电源电路的一种结构示意图；

图3为本申请一实施例提供的冗余电源电路的另一种结构示意图；

图4为本申请一实施例提供的冗余电源电路的另一种结构示意图；

图5为本申请一实施例提供的冗余电源电路的另一种结构示意图；

图6为本申请一实施例提供的冗余电源电路的另一种结构示意图；

图7为本申请一实施例提供的冗余电源电路的另一种结构示意图；

图8为本申请一实施例提供的冗余电源电路的另一种结构示意图；

图9为本申请一实施例提供的冗余电源电路的另一种结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请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的包含。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本文中提及“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申请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，也不是与其它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，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请实施例的描述中，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。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上（包括两个），同理，“多组”指的是两组以上（包括两组），“多片”指的是两片以上（包括两片）。

目前，从市场形势的发展来看，电动交通工具的应用越加广泛。包括电动自行车、电动摩托车、电动汽车等电动交通工具，以及军事装备和航空航天等多个领域。随着电动车应用领域的不断扩大，其市场的需求量也在不断地扩增。

随着电动交通工具广泛应用与电动汽车，解决电动汽车的便捷、高效充放电问题，已经成为目前的社会性课题。电源装置以其放电的安全性和便利性受到关注。相关的电源装置如图1所示，包括工作储能模块、低压储能模块、冗余储能模块和负载，工作储能模块对低压储能模块进行充电，低压储能模块或冗余储能模块对负载进行供电。为避免额外配置冗余储能模块。近年来，对电源装置进行了以下改进：增加大功率直流转换模块，将工作储能模块输出的直流电进行电压转换，以对负载进行供电。然而，大功率直流转换模块的硬件成本较高，且资源利用率低。

为了解决硬件成本较高，且资源利用率低的问题，申请人研究发现，可以在设计上不增加额外的冗余储能模块或大功率直流转换模块，利用现有的工作储能模块，在工作储能模块内部划分出分区，增加与分区对应的回路，并通过控制策略实现冗余电源作用，从而简化硬件配置和成本，提高资源使用率。

本申请实施例公开的冗余电源电路可以用于使用冗余电源电路作为供电的电源装置。电源装置可以为但不限于移动充电车、轮船、航天器以及储能装置等等。其中，航天器可以包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等。

以下实施例为了方便说明，以本申请一实施例的一种电源装置为电动汽车为例进行说明。

电动汽车内部设置有电源，电源可以设置在电动汽车的底部或头部或尾部。电源可以用于电动汽车的供电，电动汽车还可以包括控制器和马达，控制器用来控制电源为马达供电，例如，用于电动汽车的启动和行驶时的工作用电需求。

在本申请一些实施例中，电源可以作为电动汽车的驱动电源，代替或部分地代替燃油或天然气为电动汽车提供驱动动力。

根据本申请的一些实施例，参照图2，图2示出了本申请一实施例提供的冗余电源电路的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

上述冗余电源电路与负载10连接，包括相互连接的工作储能模块20和低压储能模块30。

工作储能模块20对低压储能模块30进行充电。

工作储能模块20包括多个电池模块21，其中，多个电池模块21中的至少一个电池模块21还作为冗余储能模块40。

冗余储能模块40和低压储能模块30均与负载10可通断连接。

冗余储能模块40或低压储能模块30对负载10进行供电。

可以理解的是，工作储能模块20和低压储能模块30可以为电池包、超级电容、飞轮储能、气体压缩储能中的至少一种。其中以电池包为例，电池包为负载10提供能量源，电池包内部包含电芯以及实现高压连接的铜排或线束等器件，可选地，电池包内部不含高压继电器。负载10可根据整车需求被设计为电驱动***，也可以是压缩机或电加热器等设备。

图2所示的冗余电源电路的工作模式具体如下：

利用工作储能模块20对低压储能模块30进行充电，低压储能模块30与负载10连接，以对负载10进行供电；当低压储能模块30出现故障时，断开低压储能模块30与负载10的连接，多个电池模块21中的至少一个电池模块21还作为冗余储能模块40，且连通冗余储能模块40和负载10，以使冗余储能模块40对负载10进行供电。

本申请实施例的技术方案中，由于将多个电池模块21中的至少一个电池模块21还作为冗余储能模块40，从而无需额外配置备用电池（冗余储能模块40）。冗余储能模块40或低压储能模块30对负载10进行供电，在低压储能模块30出现故障情况下，立刻投入冗余储能模块40供电以保证不中断设备的正常运行，减小了占用布置空间，无需增加线束等附件，简化了硬件配置，降低了成本和重量，提高了资源的利用率。

根据本申请的一些实施例，可选地，请继续参考图3，图3示出了本申请另一实施例提供的冗余电源电路的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

上述冗余电源电路除如图2所示的冗余电源电路的所有元器件和组件以外，还包括开关模块50；冗余储能模块40和低压储能模块30通过开关模块50连接于负载10。

图3所示的冗余电源电路的工作模式具体如下：

工作储能模块20对低压储能模块30进行充电，通过开关模块50使低压储能模块30与负载10连接，以对负载10进行供电；当低压储能模块30出现故障时，通过开关模块50断开低压储能模块30与负载10的连接，多个电池模块21中的至少一个电池模块21还作为冗余储能模块40，且通过开关模块50连通冗余储能模块40和负载10，以使冗余储能模块40对负载10进行供电。

通过采用上述方案，可以通过开关模块50通断冗余储能模块40和负载10的连接，且通过开关模块50通断低压储能模块30和负载10的连接，简化控制策略。

在一些实施例中，如图2和图3所示，工作储能模块20包括n个电池模块21；

其中，第1个电池模块21至第m个电池模块21作为冗余储能模块40；或者

第n-m+1个电池模块21至第n个电池模块21作为冗余储能模块40；

其中，n和m均为正整数，且n大于m。

当第1个电池模块21至第m个电池模块21作为冗余储能模块40时，设置于第1个电池模块21正极的接线柱同时用于工作储能模块20的连接和冗余储能模块40的连接；当第n-m+1个电池模块21至第n个电池模块21作为冗余储能模块40时，设置于第n个电池模块21负极的接线柱同时用于工作储能模块20的连接和冗余储能模块40的连接；简化了冗余电源电路的结构。

通过采用上述方案，工作储能模块20和冗余储能模块40可以共用一个接线柱，减少了布线，降低了硬件成本。

根据本申请的一些实施例，开关模块50包括开关组或转接开关。

转接开关包括可在多个回路进行切换的开关。开关模块50可以包括多个开关。

通过采用上述方案，提高了开关模块50实现的灵活性。

根据本申请的一些实施例，可选地，请继续参考图4，开关组包括第一开关K1和第二开关K2；

第一开关K1连接在冗余储能模块40和负载10之间；

第二开关K2连接在低压储能模块30和负载10之间。

第一开关K1配置为转接或断开冗余储能模块40输出的第二直流电。第二开关K2配置为转接或断开低压储能模块30输出的第一直流电。

具体实施中，第一开关K1可以连接在冗余储能模块40的正极和负载10之间，第二开关K2可以连接在低压储能模块30的正极和负载10之间；从而可以断开冗余储能模块40输出的第二直流电和低压储能模块30输出的第一直流电，提高了冗余电源电路的安全性和可靠性。

第一开关K1和第二开关K2包括继电器、隔离开关中的至少一种。

同一时刻，至多闭合第一开关K1和第二开关K2中的一个。

通过采用上述方案，通过第一开关K1控制冗余储能模块40和负载10的连接，通过第二开关K2控制低压储能模块30和负载10的连接，简化了电路设计。

在一些实施例中，可选地，请继续参考图5，负载10为多个，第一开关K1通过第一直流母线与多个负载10连接，第二开关K2通过第二直流母线与多个负载10连接。

第一直流母线配置为转接第二直流电以对多个负载10进行供电；第二直流母线配置为转接第一直流电以对多个负载10进行供电。

通过采用上述方案，多个负载10通过第一直流母线接入冗余储能模块40输出的第二直流电，多个负载10还通过第二直流母线接入低压储能模块30输出的第一直流电，增加了带负载10能力。

在一些实施例中，可选地，请继续参考图6，负载10为多个，第一开关K1和第二开关K2均通过第三直流母线与多个负载10连接。

第三直流母线配置为转接第二直流电或第一直流电以对多个负载10进行供电。

通过采用上述方案，多个负载10通过第三直流母线接入冗余储能模块40输出的第二直流电或低压储能模块30输出的第一直流电，增加了带负载10能力的同时，减小了硬件成本。

根据本申请的一些实施例，可选地，请继续参考图7，图7示出了本申请另一实施例提供的冗余电源电路的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

上述冗余电源电路除如图3所示的冗余电源电路的所有元器件和组件以外， 冗余电源电路还包括检测模块60和控制模块70。

检测模块60，与低压储能模块30连接，配置为对低压储能模块30输出的第一直流电的电压进行采样，以输出采样电压；

控制模块70，与检测模块60连接，配置为根据采样电压控制冗余储能模块40以及低压储能模块30与负载10之间的通断。控制模块70具体配置为根据采样电压控制冗余储能模块40与负载10之间的通断，且根据采样电压控制低压储能模块30与负载10之间的通断。需要说明的是，控制模块70具体配置为响应于采样电压小于预设电压，控制低压储能模块30与负载10断开，且控制冗余储能模块40与负载10连接；控制模块70还具体配置为响应于采样电压大于等于预设电压，控制低压储能模块30与负载10连接，且控制冗余储能模块40与负载10断开。

作为示例而非限定，控制模块70可以为电池管理模块或者整车的主控模块。

通过采用上述方案，实现了低压储能模块30出现故障情况下，立刻投入冗余储能模块40供电以保证不中断设备的正常运行，消除供电网络的单点失效工况。

根据本申请的一些实施例，可选地，请继续参考图8，图8示出了本申请另一实施例提供的冗余电源电路的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

上述冗余电源电路除如图2所示的冗余电源电路的所有元器件和组件以外，冗余电源电路还包括单向导通模块80。

单向导通模块80，连接在冗余储能模块40与负载10之间，配置为对冗余储能模块40输出的第二直流电进行单向导通。

单向导通模块80包括第一二极管；第一二极管的正极与冗余储能模块40的正极连接，第一二极管的负极与负载10连接。

通过采用上述方案，降低了电流倒灌的可能性，提高了冗余电源电路的可靠性和安全性。

根据本申请的一些实施例，可选地，请继续参考图9，图9示出了本申请另一实施例提供的冗余电源电路的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

上述冗余电源电路除如图2所示的冗余电源电路的所有元器件和组件以外，冗余电源电路还包括直流转换模块90。

直流转换模块90，连接在工作储能模块20与低压储能模块30之间，配置为对工作储能模块20输出的第三直流电进行电压转换，以对低压储能模块30进行充电。

直流转换模块90可以实现DC-DC单向/双向能量变换，以适配所要求的低压储能模块30的电压等级，为了满足绝缘需要，直流转换模块90可以内置隔离变压器。

通过采用上述方案，实现对工作储能模块20输出的第三直流电进行电压转换，以适配低压储能模块30的充电电压。

根据本申请的一些实施例，可选地，预设时间内，作为冗余储能模块40的电池模块21的衰减率低于只作为工作储能模块20的电池模块21的衰减率。

由于在低压储能模块30出现故障时，作为冗余储能模块40的电池模块21仍然工作，故作为冗余储能模块40的电池模块21的工作时长大于只作为工作储能模块20的电池模块21的工作时长，为方便工作储能模块20的维护，故选择设置各个电池模块21的寿命，以使作为冗余储能模块40的电池模块21的衰减率低于只作为工作储能模块20的电池模块21的衰减率。

通过采用上述方案，可以使得作为冗余储能模块40的电池模块21和只作为工作储能模块20的电池模块21同时老化失效，提高了冗余电源电路的可维护性。

根据本申请的一些实施例，本申请还提供了一种电源装置，包括以上任一方案的冗余电源电路。

需要说明的是，电源装置包括电池管理***或控制器；其中，电池管理***或控制器用于智能化管理及维护各个储能模块，防止储能模块出现过充电和过放电，延长储能模块的使用寿命，监控储能模块的状态。

由于电动汽车包括以上任一方案的冗余电源电路，故可在满足电驱供电能力的同时，降低硬件成本。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。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。本申请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 (9)

1.一种冗余电源电路，与负载连接，其特征在于，包括相互连接的工作储能模块和低压储能模块；

所述工作储能模块对所述低压储能模块进行充电；

所述工作储能模块包括多个电池模块，其中，多个所述电池模块中的至少一个所述电池模块还作为冗余储能模块；

所述冗余储能模块和所述低压储能模块均与所述负载可通断连接；

所述冗余储能模块或所述低压储能模块对所述负载进行供电；

利用所述工作储能模块对所述低压储能模块进行充电，所述低压储能模块与所述负载连接，以对所述负载进行供电；当所述低压储能模块出现故障时，断开所述低压储能模块与所述负载的连接，多个所述电池模块中的至少一个所述电池模块还作为所述冗余储能模块，且连通所述冗余储能模块和所述负载，以使所述冗余储能模块对所述负载进行供电；

所述冗余电源电路还包括：

直流转换模块，连接在所述工作储能模块与所述低压储能模块之间，配置为对所述工作储能模块输出的第三直流电进行电压转换，以对所述低压储能模块进行充电；

所述工作储能模块包括n个所述电池模块；

其中，第1个所述电池模块至第m个所述电池模块作为所述冗余储能模块；或者

第n-m+1个所述电池模块至第n个所述电池模块作为所述冗余储能模块；

其中，n和m均为正整数，且n大于m；

预设时间内，作为所述冗余储能模块的所述电池模块的衰减率低于只作为所述工作储能模块的所述电池模块的衰减率。

2.如权利要求1所述的冗余电源电路，其特征在于，所述冗余电源电路还包括开关模块；所述冗余储能模块和所述低压储能模块通过所述开关模块连接于所述负载。

3.如权利要求2所述的冗余电源电路，其特征在于，所述开关模块包括开关组或转接开关。

4.如权利要求3所述的冗余电源电路，其特征在于，所述开关组包括第一开关和第二开关；

所述第一开关连接在所述冗余储能模块和所述负载之间；

所述第二开关连接在所述低压储能模块和所述负载之间。

5.如权利要求4所述的冗余电源电路，其特征在于，所述负载为多个，所述第一开关通过第一直流母线与多个所述负载连接，所述第二开关通过第二直流母线与多个所述负载连接。

6.如权利要求4所述的冗余电源电路，其特征在于，所述负载为多个，所述第一开关和所述第二开关均通过第三直流母线与多个所述负载连接。

7.如权利要求1至6任意一项所述的冗余电源电路，其特征在于，所述冗余电源电路还包括：

检测模块，与所述低压储能模块连接，配置为对所述低压储能模块输出的第一直流电的电压进行采样，以输出采样电压；

控制模块，与所述检测模块连接，配置为根据所述采样电压控制所述冗余储能模块以及所述低压储能模块与所述负载之间的通断。

8.如权利要求1至6任意一项所述的冗余电源电路，其特征在于，所述冗余电源电路还包括：

单向导通模块，连接在所述冗余储能模块与所述负载之间，配置为对所述冗余储能模块输出的第二直流电进行单向导通。

9.一种电源装置，其特征在于，所述电源装置包括如权利要求1至8任意一项所述的冗余电源电路。