一种汽车用三电压电源系统及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明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及其 控制方法。
【背景技术】
[0002] 目前汽车的发展面临四个问题：第一是由于能耗和环境的严峻形势，新能源汽车 成为未来交通发展的重要方向；第二是锂离子蓄电池低温特性差，在低温下不适合放电； 第三是车辆在进行发动机匹配时为了满足动力性要求，将发动机排量选得往往偏大，造成 发动机常常不在高效工作区域内工作，此时耗油率较高；第四是汽车电气化程度不断升高， 与之对应的是车内电附件的电功率需求不断上升，容易造成低压电路中的电流过大。车内 低压电器总功率由传统汽车不足2千瓦的电功率上升到将来汽车中的5千瓦以上。这对于 目前轿车的12V低压系统将造成巨大压力，比如需要2千瓦的功率时，流过12V电源的电流 达到166A ;而如果需要5千瓦的功率时，流过12V电源的电流将达到416A。一般来说，当电 流超过150A后，线束上的电能损失将会很大，此时系统对导线的要求很高，造成线束成本 迅速上升。
【发明内容】
[0003] 本发明针对上述问题提供了一种汽车用三电压电源系统及其控制方法，克服了汽 车车内低压供电电路中电流过大、发动机因为匹配问题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，有助于新能源汽车的发展。
[0004] 本发明技术方案结合说明书【附图说明】如下：
[0005] 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、DC/DC转换器Z2 ;其中所述的DC/DC转换器Zl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Zl、DC/DC转换器Z2和主控制器之间是通过CAN总 线相连的。
[0006] 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；
[0007] 所述的12V电源正极分别电连接负载F1、非必要负载F2、DC/DC转换器Zl的低压 端正极、常开式开关S7 ;霍尔式电流传感器Cl套在12V电源正极外接总线束上，12V电源负 极分别电连接负载Fl另一端、常闭式开关S4、DC/DC转换器Zl的低压端负极、电阻丝Rl的 一端，其中非必要负载F2与常闭式开关S4相连，常开式开关S7与电阻丝Rl相连；
[0008] 所述的48V电源正极电连接常开式开关S5 -端，常开式开关S5的另一端分别电 连接DC/DC转换器Zl的高压端正极、负载F3、DC/DC转换器Z2的低压端正极、常开式开关 S8 ;霍尔式电流传感器C2套在48V电源正极外接总线束上；48V电源负极分别电连接DC/ DC转换器Zl的高压端负极、负载F3另一端、DC/DC转换器Z2的低压端负极、电阻丝R2的 一端；其中常开式开关S8与电阻丝R2相连；
[0009] 所述的300V电源正极电连接常开式开关S6,常开式开关S6另一端分别电连接 DC/DC转换器Z2的高压端正极、负载F4、发电机G5 ;霍尔式电流传感器C3套在300V电源 正极外接总线束上；300V电源负极分别电连接DC/DC转换器Z2的高压端负极、负载F4和 发电机G5的另一端。
[0010] 一种汽车用三电压电源系统的控制方法。步骤包括：
[0011] 步骤一、
[0012] 当驾驶员转动车辆的钥匙给系统接通低压电后，此时车辆准备启动，系统首先检 测电源的温度，如果检测到48V电源或300V电源的温度低于允许电源放电的温度阈值，主 控制器会控制12V电源给48V电源预热，48V电源给300V电源预热，直到温度达到允许放电 的温度阈值为止；如果48V电源和300V电源温度都低于阈值，两个电源的加热顺序为：12V 电源先给48V电源加热，直到48V电源温度高于锂离子蓄电池允许放电的温度阈值后，48V 电源通过放电再给300V电源加热；
[0013] 步骤二、
[0014] 当电源温度均达到阈值温度以上后，控制系统计算三个电源的荷电状态（SOC)，主 控制器根据电源的SOC控制三电压电源系统进行充电和放电操作，这一过程是可以伴随车 辆行驶进行的；
[0015] 步骤三、
[0016] 行驶过程中，控制系统计算车辆的需求功率，当行驶中发动机的高效工作区与车 辆的需求功率不匹配时，控制系统就会协调确定三个电源和发动机的联合工作模式；
[0017] 步骤四、
[0018] 重复步骤一到步骤三，直到车辆到达目的地停车后为止。
[0019] 上述步骤一中12V电源给48V电源预热的具体步骤包括：
[0020] 1)、控制系统不断采集48V电源的温度，当48V电源温度低于阈值时，常开式开关 S5断开，常开式开关S7闭合，12V电源给电阻丝Rl供电，电阻丝Rl产生热量提高48V电源 的温度，即12V电源对48V电源进行预热；
[0021] 2)、当48V电源温度达到阈值温度以上时，48V电源外接电路上的常开式开关S5闭 合，此时48V电源才具有对外供电的能力，进而给负载F3供电或者为300V电源预热，此时 常开式开关S7断开，12V电源停止给48V电源的预热；
[0022] 上述步骤一中48V电源给300V电源预热的具体步骤包括：
[0023] 1)、控制系统不断采集300V电源的温度，当300V电源温度低于阈值时，常开式开 关S6断开，常开式开关S8闭合，48V电源给电阻丝R2供电，电阻丝R2产生热量提高300V 电源的温度，即48V电源对300V电源进行预热；
[0024] 2)、当300V电源温度达到阈值温度以上时，300V电源外接电路上的常开式开关S6 闭合，此时300V电源才具有对外供电的能力，进而给负载F4供电，此时常开式开关S8断 开，48V电源停止给300V电源的预热。
[0025] 当12V电源的SOC低于阈值时，开启DC/DC转换器Zl进行充电，能量从48V电源 流向12V电源，而12V电源的SOC达到90%时，DC/DC转换器Zl停止工作；当48V电源的 SOC低于阈值时，开启DC/DC转换器Z2进行充电，能量从300V电源流向48V电源，而48V电 源的SOC达到90%时，DC/DC转换器Z2停止工作；当300V电源的SOC低于阈值时，开启发 电机65进行充电，能量从发电机65流向300￥电源，而300￥电源的50(：达到90%时，发电 机G5停止工作；这一过程中，DC/DC转换器Zl、DC/DC转换器Z2受低压端电源的SOC值控 制开启与关闭。
[0026] 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；在这一过程中，如果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 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，DC/DC转换器Zl关闭；这一过程中，DC/DC转换器Z1、DC/DC转换器Z2受高压端电 源的SOC值控制开启与关闭。
[0027] 当12乂电源的30(：达到98%时，0(：/1)(：转换器21停止工作；当48￥电源的30(：达 到98%时，DC/DC转换器Z2停止工作；当300V电源的SOC达到98%时，电池不再接收再生 制动能量；这一过程中，DC/DC转换器Z1、DC/DC转换器Z2受低压端电源的SOC值控制开启 与关闭，300V电源的制动能量回收电路受其SOC控制，当300V电源的SOC超过98%后，只 允许300V电源放电，不允