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CN102673424B - 电动汽车pcu弱电供电系统 - Google Patents

电动汽车pcu弱电供电系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电动汽车PCU弱电供电系统，包括蓄电池、常供电电路和非常供电电路；所述蓄电池经过常供电电路为VCU模块的单片机最小系统电路、DI/DO单元电路和CAN通讯接口电路供电，所述蓄电池经过非常供电电路仅在电动车开关闭合时为VCU模块的AI/AO单元电路、电机控制器模块、VCU模块的继电器组和高压配电模块的接触器组供电。本发明通过采用常供电电路和非常供电电路对PCU提供常供电和非常供电两种供电方式，在电动车开关断开时只对VCU模块待机时需要工作的部分电路供电，进而确保电动汽车的唤醒，也最大程度地降低了待机功耗，解决了电动汽车长时间储存的问题，极大的方便了用户使用，提升电动汽车硬性指标，且绿色环保。

Description

电动汽车PCU弱电供电系统
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，更具体地说，涉及一种电动汽车PCU弱电供电系统。
背景技术
目前新能源汽车技术逐渐由实验室转入产品化阶段，节能、小型化、经济型、重量轻已成为业内的发展方向，动力控制系统(PCU)作为其核心部件，对其性能参数要求更高，其中功耗的指标就是其中之一。
动力控制系统(PCU)是电动汽车的整车核心零部件系统，担负着控制、运算、信号转换处理、故障诊断、通信和驱动等多项功能，其根据驾驶员的意图和行驶工况，实时进行合理的动力分配并协调各部件间的能量流动，以提高整车的动力性、安全性和高效性。目前，PCU的弱电电源是由12V蓄电池保持供电的，因蓄电池容量有限，在电动车钥匙为OFF时，单纯依靠蓄电池储存的电量支撑待机功耗，当蓄电池电量耗尽时，此时电动汽车其它工作无法正常进行。因此目前的PCU的弱电供电电源设计极易在电动汽车长时间储存时，由于待机功耗较大而导致蓄电池电量耗尽。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有电动汽车PCU弱电供电为蓄电池持续供电使得待机功耗大的缺陷，提供一种电动汽车PCU弱电供电系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电动汽车PCU弱电供电系统，所述PCU至少包括VCU模块、电机控制器模块、DC/DC变换器模块和高压配电模块；所述VCU模块至少包括单片机最小系统电路、DI/DO单元电路、CAN通讯接口电路、AI/AO单元电路和继电器组；所述高压配电模块具有接触器组；
所述电动汽车PCU弱电供电系统包括蓄电池、常供电电路和非常供电电路；所述常供电电路的输入端与所述蓄电池的输出端相连，所述常供电电路的输出端分别连接至所述VCU模块的单片机最小系统电路、DI/DO单元电路和CAN通讯接口电路；所述常供电电路用于将所述蓄电池电压转换为工作电压输出；所述非常供电电路的输入端与所述蓄电池的输出端相连，所述非常供电电路的输出端分别连接至所述VCU模块的AI/AO单元电路、所述电机控制器模块、所述VCU模块的继电器组和所述高压配电模块的接触器组；所述非常供电电路用于在电动车开关导通时将所述蓄电池电压转换为工作电压输出，在电动车开关断开时关断输出。
在根据本发明所述的电动汽车PCU弱电供电系统中，所述VCU模块还包括与所述单片机最小系统电路通讯的程序烧入下载电路，所述常供电电路的输出端还连接至所述VCU模块的程序烧入下载电路。
在根据本发明所述的电动汽车PCU弱电供电系统中，所述高压配电模块还具有绝缘监测模块，所述非常供电电路的输出端还连接至所述绝缘监测模块。
在根据本发明所述的电动汽车PCU弱电供电系统中，所述常供电电路包括第一开关电源芯片，所述蓄电池的输出端经过所述第一开关电源芯片转换为工作电压输出供电。
在根据本发明所述的电动汽车PCU弱电供电系统中，所述非常供电电路包括第二开关电源芯片，所述蓄电池的输出端依次经过所述电动车开关以及所述第二开关电源芯片转换为工作电压输出供电。
实施本发明的电动汽车PCU弱电供电系统，具有以下有益效果：本发明通过采用常供电电路和非常供电电路对PCU提供常供电和非常供电两种供电方式，在电动车开关断开时只对VCU模块待机时需要工作的部分电路供电，进而确保电动汽车的唤醒，也最大程度地降低了待机功耗，解决了电动汽车汽车长时间储存的问题，极大的方便了用户使用，提升电动汽车硬性指标，且绿色环保。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为根据本发明的电动汽车PCU弱电供电系统适用的PCU的动力总成原理框图；
图2为根据本发明的电动汽车PCU弱电供电系统适用的PCU的动力总成电气图；
图3为根据本发明的电动汽车PCU弱电供电系统适用的PCU中VCU模块的原理框图；
图4为根据本发明的电动汽车PCU弱电供电系统的优选实施例的电路模块图；
图5为根据本发明的电动汽车PCU弱电供电系统的优选实施例中开关电源芯片的电路图；
图6为根据本发明的电动汽车PCU弱电供电系统的优选实施例中CAN通讯接口模块的电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
本发明构思了一种电动汽车PCU弱电供电系统，将蓄电池的输出端分成两路，一路通过常供电电路对PCU中整车控制器(VCU)模块的部分电路保持持续供电，以保障VCU模块的常带电唤醒功能，例如在电动车待机时，仍然能够通过DI/DO单元电路接收一些开关控制信号如电动车开关闭合的信号，或者通过CAN通讯接口电路接收例如报警信号、ON档信号、充电开关信号等，以唤醒VCU模块的MCU及时响应。另一路通过非常供电电路，在电动车开关闭合时对VCU模块的其余部分电路以及PCU中其它需要进行弱电供电的电路进行供电，而电动车开关断开时切断供电。本发明中所涉及的电动车开关是指电动车钥匙控制的继电器的通断，钥匙开锁和关锁分别对应继电器的ON/OFF逻辑。
下面先对本发明的电动汽车PCU弱电供电系统所使用的PCU的结构进行介绍。首先，请参阅图1和图2，分别为根据本发明的电动汽车PCU弱电供电系统适用的PCU的动力总成原理框图和动力总成电气图。如图1和图2所示，PCU100至少包括VCU模块110、电机控制器模块120、DC/DC变换器模块130和高压配电模块140。
电动汽车还具有动力电池系统90、电机80和蓄电池210。动力电池系统90作为电动车的电力来源，为整车提供电力。
高压配电模块140主要负责整车系统动力电能的传输。动力电池系统90通过高压配电模块140给电机控制器模块120供电，以驱动电机80运行。同时，动力电池系统90通过高压配电模块140为DC/DC变换器模块130供电，DC/DC变换器模块130对其进行转换进而为蓄电池210充电。如图2所示，动力电池系统90经过高压配电模块140后可以分成3路，第一路为电机控制器模块120供电，进而驱动电机80运行。第二路为DC/DC变换器模块130供电，进而为蓄电池210充电。第三路为外部系统供电，例如为空调系统71、暖风机系统72、车载充电器73和非车载充电器74供电。高压配电模块140还可以随时监测整个高压系统的绝缘故障、断路故障、接地故障和高压故障等，是保证整车设备和人身安全的重要功能模块。例如，高压配电模块140中具有绝缘监测模块142，用于对PCU100进行绝缘监测，产生绝缘监测信号给VCU模块110。
电机控制器模块120主要从CAN总线网络接收来自VCU模块110的工作指令，执行相应的控制算法来驱动电机进行行驶。电机控制器模块120可以进一步包括大功率IGBT模块、转换器、DSP控制芯片以及电机控制算法等。
DC/DC变换器模块130主要用于将高压电源转换为低压电源如12V给整车的系统零部件如12V低压铅酸蓄电池210和其他的低压辅助设备进行供电。考虑到能量的优化管理，要求DC/DC变换器模块130具备电压可调的闭环控制功能。
VCU模块110主要是接收来自驾驶员的需求信息如电动车开关、油门踏板、制动踏板、档位信息等，实现整车工况的控制。VCU模块110可以发送控制信号给高压配电模块140实现配电的控制，同时也可以发送控制信号给DC/DC变换器模块130实现蓄电池210的充电控制。VCU模块110还可以通过继电器组116控制高压配电模块140中的接触器组141，以控制各个接触器，实现导通和断开控制。另外，VCU模块110还根据整车反馈的实际工况如车速、制动、电机转速，以及整车系统的状况如动力电池电压、电流、温度和SOC值等，按照预先匹配好的控制策略进行能量分配调节，还负责整车的故障诊断及管理。
请参阅图3，为根据本发明的电动汽车PCU弱电供电系统适用的PCU中VCU模块的原理框图。如图3所示，VCU模块110至少包括单片机最小系统电路111以及与之相连的DI/DO单元电路112、CAN通讯接口电路114和AI/AO单元电路113。此外，该VCU模块110中设有继电器组116，DI/DO单元电路112通过继电器组116发送开关控制信号给高压配电模块140中的接触器组141。
DI/DO单元电路112用于采集外部开关控制信号给单片机最小系统电路111，例如来自电动车开关的ON或OFF信号等。同时，DI/DO单元电路112还输出单片机最小系统电路111产生的开关控制信号，例如给前述高压配电模块140中的接触器组141。
AI/AO单元电路113用于采集外部油门/踏板/制动等端子信号给单片机最小系统电路111。同时，AI/AO单元电路113还输出单片机最小系统电路111产生的模拟控制信号给各个外置零部件。
单片机最小系统电路111为VCU模块110的核心，包括MCU电源、复位芯片和晶振电路等。单片机最小系统电路111可以根据上述DI/DO单元电路112采集的外部开关控制信号，以及AI/AO单元电路113采集的外部油门/踏板/制动等端子信号，产生电动车控制信号实现整车工况的控制。
VCU模块110还可以包括程序烧入下载电路115，通过该电路可以实现对单片机最小系统电路中程序的烧写和更新等操作。
请参阅图4，为根据本发明的电动汽车PCU弱电供电系统的优选实施例的电路模块图。如图4所示，该实施例提供的电动汽车PCU弱电供电系统包括蓄电池210、常供电电路220和非常供电电路230。例如，本发明中蓄电池210正极可以经过保险丝盒给PCU供电，在此分为常供电和非常供电，常供电是由上述常供电电路220实现，其无论在电动车开关导通还是闭合时均保持供电。非常供电通过钥匙控制继电器的通断来实现，即由电动车开关的导通和闭合来决定。
常供电电路220的输入端与蓄电池210的输出端相连，常供电电路220的输出端分别连接至VCU模块110的单片机最小系统电路111、DI/DO单元电路112和CAN通讯接口电路114，常供电电路220用于将蓄电池210电压转换为工作电压输出为这些需要在电动车待机时保持通电的电路持续供电。本发明中的常供电电路220通过开关电源芯片只给需要在待机时工作的VCU模块100的部分电路供电。当电动车钥匙为OFF时，电动车开关为断开，MCU处于深度休眠状态，然而VCU模块100的单片机最小系统电路111、DI/DO单元电路112和CAN通讯接口电路114仍然保持供电，也就是说，可以由DI/DO单元电路112接收一些开关控制信号如电动车开关闭合信号，或者通过CAN通讯接口电路接收例如报警信号、ON档信号和充电开关信号等，从而唤醒MCU工作。此外，常供电电路220的输出端还可以连接至VCU模块100的程序烧入下载电路115为其提供常供电。
非常供电电路230的输入端与蓄电池210的输出端相连，非常供电电路230的输出端分别连接至VCU模块110的AI/AO单元电路113、电机控制器模块120、VCU模块110的继电器组116和高压配电模块的接触器组141。非常供电电路用于在电动车开关导通时将蓄电池电压转换为工作电压输出，在电动车开关断开时关断输出。非常供电电路230主要为电机控制器模块120的驱动板供电，以提供弱电电路部分的工作电压。本发明中的非常供电电路230通过开关电源芯片给不需要在待机时工作的VCU模块100的部分电路以及PCU中其它需要进行弱电供电的电路进行供电。并且非常供电电路230只在电动车开关闭合时供电，在电动车开关断开时切断供电。此外，非常供电电路230的输出端还可以连接至高压配电模块的绝缘监测模块142为其提供非常供电，只在电动车开关闭合时为其提供弱电工作电压。
请参阅图5，为根据本发明的电动汽车PCU弱电供电系统的优选实施例中开关电源芯片的电路图。本发明中的常供电电路220和非常供电电路230中均包括开关电源芯片及周边电路。在具体实现时，常供电电路220可以包括第一开关电源芯片，蓄电池210的输出端直接通过第一开关电源芯片转换为5V工作电压输出供电。非常供电电路230可以包括第二开关电源芯片，蓄电池210的输出端先经过电动车开关，再通过第二开关电源芯片转换为5V工作电压输出供电。上述第一开关电源芯片和第二开关电源芯片均可以采用如图5所示的开关电源芯片U1及周边电路。图5中开关电源芯片U1优选采用低功耗芯片，例如型号为TPS54140DGQ的芯片。图5为该芯片的示例连接图。开关电源芯片U1的电压输入脚VIN与蓄电池210的12V输出连接，电路的输出脚OUT输出5V工作电压。
请参阅图6，为根据本发明的电动汽车PCU弱电供电系统的优选实施例中CAN通讯接口模块的电路图。如图6所示，CAN通讯接口模块114同样采用低功耗芯片U2实现，例如型号为TJA1040的芯片。本实施例中采用TJA1040提供了一个专用的待机模式，在这种模式中电流消耗减到最低，最大<15μA，专用的低功耗接收器确保了通过总线进行远程唤醒的功能，在待机模式中TJA1040发送器不管引脚TXD上的信号，完全禁能。这样TJA1040提供了静音功能来对付BabblingIdiot节点，TJA1040在这个模式下总线拉到引脚GND，因此TJA1040在低功耗工作环境下的电流消耗会非常低。
综合上述实施例采用的芯片对本发明的电动汽车PCU弱电供电系统在待机时的功耗实测得到，开关电源芯片U1即TPS54140DGQ为2mA，单片机最小系统电路为4mA，DI/DO单元电路112为几十微安可忽略，CAN通讯接口电路即TJA1040为：最大<15μA。因此计算获得的总功耗<6mA(12V)。传统电动汽车其待机功耗<50mA，而本发明提供的电源设计将电动汽车的待机功耗降低到<6mA(12V)。因此，本发明解决了电动汽车汽车长时间储存的问题，极大的方便了用户使用，提升电动汽车硬性指标，且绿色环保。
本发明是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本发明范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本发明技术的特定场合或材料，可对本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。

Claims (5)

1.一种电动汽车PCU弱电供电系统，所述PCU至少包括VCU模块、电机控制器模块、DC/DC变换器模块和高压配电模块；所述VCU模块至少包括单片机最小系统电路、DI/DO单元电路、CAN通讯接口电路、AI/AO单元电路和继电器组；所述高压配电模块具有接触器组；
其特征在于，所述电动汽车PCU弱电供电系统包括蓄电池、常供电电路和非常供电电路；
所述常供电电路的输入端与所述蓄电池的输出端相连，所述常供电电路的输出端分别连接至所述VCU模块的单片机最小系统电路、DI/DO单元电路和CAN通讯接口电路；所述常供电电路用于将所述蓄电池电压转换为工作电压输出；
所述非常供电电路的输入端与所述蓄电池的输出端相连，所述非常供电电路的输出端分别连接至所述VCU模块的AI/AO单元电路、所述电机控制器模块、所述VCU模块的继电器组和所述高压配电模块的接触器组；所述非常供电电路用于在电动车开关导通时将所述蓄电池电压转换为工作电压输出，在电动车开关断开时关断输出。
2.根据权利要求1所述的电动汽车PCU弱电供电系统，其特征在于，所述VCU模块还包括与所述单片机最小系统电路通讯的程序烧入下载电路，所述常供电电路的输出端还连接至所述VCU模块的程序烧入下载电路。
3.根据权利要求1所述的电动汽车PCU弱电供电系统，其特征在于，所述高压配电模块还具有绝缘监测模块，所述非常供电电路的输出端还连接至所述绝缘监测模块。
4.根据权利要求1所述的电动汽车PCU弱电供电系统，其特征在于，所述常供电电路包括第一开关电源芯片，所述蓄电池的输出端经过所述第一开关电源芯片转换为工作电压输出供电。
5.根据权利要求4所述的电动汽车PCU弱电供电系统，其特征在于，所述非常供电电路包括第二开关电源芯片，所述蓄电池的输出端依次经过所述电动车开关以及所述第二开关电源芯片转换为工作电压输出供电。
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Applicant after: SHENZHEN INOVANCE TECHNOLOGY Co.,Ltd.

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Applicant before: SUZHOU INOVANCE TECHNOLOGY Co.,Ltd.

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