一种用于混动汽车48V再生存储电路的制作方法

一种用于混动汽车48v再生存储电路
技术领域
1.本实用新型涉及混动汽车配电领域，具体涉及一种用于混动汽车48v再生存储电路。


背景技术：

2.广义上说，混合动力汽车(hybrid vehicle)是指车辆驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系统单独或共同提供。通常所说的混合动力汽车，一般是指油电混合动力汽车(hybrid electric vehicle,hev)，即采用传统的内燃机(柴油机或汽油机)和电动机作为动力源。
3.1918年在汽车上首次使用蓄电池，当时的蓄电池的电压等级是6v。20世纪50年代，12v电压逐步取代6v电压一直被使用至今。1988年sae(society of automotive engineers)建议把汽车电气系统的标准电压升为42v。由于这一改变需要重新设计所有与汽车电气相关的设备部件，而且受当时的技术水平的限制，42v电气系统并没有得到广泛的推进实施。到现在，汽车上应用的还是12v电气系统，在最近几年各国日益严格的排放和油耗法规的双重压力下，启停系统在12v电气系统的汽车上应用越来越多，启停系统的电功率输出已经达到了极限，却仍然无法满足最新的排放和油耗法规，2011年推出的48v弱混动力系统越来越多地引起了各国汽车行业的研究和推广。
4.新能源汽车(包括混合动力和纯电动汽车)，应该是对48v配电系统最为期待的一个行业，传统的汽车是基于12v系统为车载电器供电，而随着汽车上电子设备的增加，这个低电压系统越发显得捉襟见肘，特别是在增加了电动启停功能之后，12v系统基本上就达到了性能的“极限”，而未来汽车中，adas和自动驾驶等功能的引入，会在汽车中添加摄像头、毫米波雷达、激光雷达等更丰富的传感器，以及更高性能的计算处理单元——预计未来的车载计算机会消耗上千瓦电力——12v配电系统这匹“小马”确实很难再拉动新能源汽车这辆“大车”了，这时，48v配电系统也就成了一个重要的技术转变。
5.不过，48v配电系统的前景虽然一片大好，但是实现这个目标也不是一蹴而就的，考虑到生态完善、存量巨大的12v系统和设备，在向48v迈进的过程中，需要在在12v和48v系统之间建立高效而可靠的桥接,但现48v弱混动力系统采用的两组单向的电压转化器和单个多相双向电流控制器，电路都显得复杂，且成本增加。


技术实现要素：

6.本实用新型提供一种用于混动汽车48v再生存储电路，其目的在于通过设计双电压电网，实现48v弱混动力系统电路的简化和低成本，同时提高混动汽车中电的使用率，减低混动汽车的碳排放量。
7.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
8.提供一种用于混动汽车48v再生存储电路，包括48v电压电路、12v电压电路、转换电路和48v再生存储电路，所述48v电压电路的一端通过电线连接在转换电路的一端，所述
12v电压电路的一端通过电线连接在转换电路的另一端，所述48v再生存储电路的一端连接在48v电压电路上，另一端连接在12v电压电路上，所述48v电压电路、12v电压电路和转换电路均接地。
9.进一步的，所述12v电压电路包括启动器、12v负载和铅酸电池，所述12v负载和铅酸电池的一端均并连在启动器的一端，所述启动器、12v负载和铅酸电池的另一端均接地。
10.进一步的，所述48v电压电路包括启动器发电机、48v负载和48v蓄电池，所述48v负载和48v蓄电池的一端均并联在启动器发电机的一端用于获得48v的电压，所述启动器发电机、48v负载和48v蓄电池的另一端均接地。
11.进一步的，所述转换电路包括dc/dc变换器，所述dc/dc变换器的两端均有两个引脚，所述dc/dc变换器一端的一个引脚并连在48v电压电路上，另一个引脚接地，所述dc/dc变换器另一端的一个引脚并连在12v电压电路上，另一个引脚接地。
12.进一步的，所述48v再生存储电路包括电流传感器，所述电流传感器的一端连接在48v蓄电池上的12v抽头上，所述电流传感器的另一端连接在12v电压电路。
13.本实用新型的有益效果：
14.1、本实用新型的一种用于混动汽车48v再生存储电路，通过设计转换电路和48v再生存储电路能够解决现有技术中48v弱混动力系统电路电路复杂和设备成本高的问题同时通过转换电路和48v再生存储电路提高混动汽车中的电压，增加混动汽车电的使用率，降低碳排放量。
15.2、采用的48v lifep04(lfp)磷酸铁锂电池再生存贮电路，回避了复杂的双向电源转化，采用普通的48v转12v单向电源模块，(lfp)磷酸铁锂电池再生存贮电路的12v抽头与12v铅酸电池直接并联，从本质上简化了双电压存储的实现，对48v蓄电池不良影响低，保证了系统单一故障时的高安全性，保证了12v电压的稳定性，且电路实现成本低，控制电路体积小。
16.3、采用双电压电网，该电网电压一部分给48v蓄电池充电后为48v负载(如48v电机、空调等)供电；另一部分电压通过dc/dc变换器将48v直流电压转换为12v直流电压给铅酸电池，供传统的12v负载(汽车车灯、仪表等)使用。采用这种12v/48v双电压方案具有极大的优势，升级后的48v电压电路可以将汽车上的大功率负载电动化，降低发动机附件负载功率输出；将部分车载电器设备的工作电压升级为48v,可以降低线路上的能量损耗，同时可以使用直径更小的线束；升压后可以使用bsg(belt-driven srarter/geneator皮带传动-启动/发电一体化电机)或isg(集成-启动/发电一体化电机)来为整车提供功率辅助；可以使用电子涡轮增压器，避免了普通涡轮增压延迟现象的产生。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施方案或现有技术中的技术方案，下面将对实施方案或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本实用新型的整体立体结构分解示意图；
19.图2为本实用新型48v再生存储电路的整体立体结构分解示意；
20.图3为本实用新型48v超级电容器再生存储电路的整体立体结构分解示意；
21.图4为本实用新型48v锂离子电池再生存储电路的整体立体结构分解示意；
具体实施方式
22.为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
23.参照图1、图2所示，一种用于混动汽车48v再生存储电路，包括48v电压电路、12v电压电路、转换电路和48v再生存储电路，所述48v电压电路的一端通过电线连接在转换电路的一端，所述12v电压电路的一端通过电线连接在转换电路的另一端，所述48v再生存储电路的一端连接在48v电压电路上，另一端连接在12v电压电路上，所述48v电压电路、12v电压电路和转换电路均接地，现有的混动汽车有部分零件采用12v电压，但混动汽车的部分零件需要采用48v电压，因此混动汽车既要兼有12v电压又要兼有48v电压，采用两组单向的电压转化器或单个多相双向电流控制器可以使混动汽车兼具12v电压和48v电压，但采用两组单向的电压转化器还是单个多相双向电流控制器，电路都显得复杂，成本增加，不合适，48v电压电路、12v电压电路、转换电路和48v再生存储电路组成双电压电网，电路简洁，成本低，双电压电网中通过使用转换电路将48v电压电路的电压转化成12v电压，使双电压电网可以为汽车提供48v电压和12v电压两种电压，满足汽车不同负载的电压需要，48v再生存储电路也可以为12v电压电路提供12v的电压，尤其在转换电路故障时，为12v电压电路提供12v的电压。
24.参照图1所示，所述12v电压电路包括启动器、12v负载和铅酸电池，所述12v负载和铅酸电池的一端均并连在启动器的一端，所述启动器、12v负载和铅酸电池的另一端均接地，转换电路和48v再生存储电路为12v电压电路提供12v电压，供12v负载工作和铅酸电池充电，铅酸电池可以在混动汽车使用时为12v负载提供稳定的12v电压，连接启动器为防止转换电路失效，48v电压电路无法控制12v电压电路造成混动汽车连接在12v电压电路上的负载无法使用时，通过启动器启动连接在12v电压电路上的12v负载工作，使混动汽车暂时可以正常使用。
25.参照图1所示，所述48v电压电路包括启动器发电机、48v负载和48v蓄电池，所述48v负载和48v蓄电池的一端均并联在启动器发电机的一端用于获得48v的电压，所述启动器发电机、48v负载和48v蓄电池的另一端均接地，启动器发电机为48v电压电路提供48v的电压，根据并联电路电压规律，并联电路各支路两端的电压是相等的，并联在启动器发电机上的48v负载和48v蓄电池得到48v的电压，当混动汽车等红绿灯，车辆静止状态下，发动机处于关闭状态，48v蓄电池和铅酸电池利用存储的能量维持车载电气的正常运行，使发动机可以随时快速启动，启动器发电机可以将动能转化为电能，并存储到电池中，仅能量回收功能就可以降低汽车大约7％的油耗，在混动汽车提速阶段，启动器发电机能弥补发动机动力的不足，实现不损失动力的情况下降低排放，在车辆恒速运行，并且电池电量充足的情况下，关闭发动机喷油系统，依靠启动器发电机来维持车辆运行，启动器发电机提供的动力用来抵消行驶阻力以及发动机的拖拽阻力，使用48v蓄电池可以为混动汽车提供更大的电力，减少油损耗，减低碳排放，同时还为混动汽车引用adas和自动驾驶等功能提供平台，加速汽车驾驶自动化的发展。
26.参照图1所示，所述转换电路包括dc/dc变换器，所述dc/dc变换器的两端均有两个引脚，所述dc/dc变换器一端的一个引脚并连在48v电压电路上，另一个引脚接地，所述dc/dc变换器另一端的一个引脚并连在12v电压电路上，另一个引脚接地，通过dc/dc变换器将48v电压电路和12v电压电路连通，同时利用dc/dc变换器的特性将48v电压电路流入12v电压电路的电压降低到12v，使两个不同电压的电网安全连接，且dc/dc变换器采用单向性dc/dc变换器，使电压只能从48v流向12v，防止12v电压电路的电压向48v灌入。
27.参照图2、图3、图4所示，所述48v再生存储电路包括电流传感器，所述电流传感器的一端连接在48v蓄电池上的12v抽头上，所述电流传感器的另一端连接在12v电压电路，12v电压电路与48v蓄电池的12v抽头通过电流传感器并联，使48v蓄电池可以为铅酸电池充电，保证混动汽车使用过程中12v电压电路的电压充足，同时电流传感器检测48v蓄电池流进12v电压电路的电流大小，48v再生存储电路设计的关键是电池的选择，锂离子电池和超级电容器是混合动力电动汽车中最有前途的存储技术，分析研究发现，由于超级电容器的电压特性，与电池的互连似乎很难实现，设计的超级电容器连接方案都需要一个控制元件来平衡超级电容存储的上下部分，选项(a)允许给定的功率转换器电压对抽头电流的影响，通过二极管连接(b)，功率转换器必须连接在超级电容侧，以平衡存储，否则平衡是不可能的，选项(c)可以通过功率变换器和开关的相互作用来影响存储电流，与超级电容器相比，锂离子电池表现出不同的电压行为，充电期间，电压在很大范围内变化不大，因此，与超级电容存储相比，测试周期的电压范围要小得多，通过研究，观察锂聚合物电池在wltc(全球统一轻型车辆测试循环)过程中3s和4s分接的模拟电压，包括内阻压降，电压变化带宽小于1v，因此，从本质上简化了双电压存储的实现，依赖于使用的电池，3s和4s电压行为不同，与超级电容器相比，电池具有较高的能量密度和较低的功率密度，因此，在测试周期期间，只有一小部分可用容量用于恢复存储应用程序，通过研究数据，设计有两种将48v锂离子电池的12v抽头连接到12v电压电路的电路选项，第一种是基于由于使用的锂离子电池容量大，48v锂离子电池12v抽头与12v电压电路的直连，可以不使用铅酸电池(a)，第二种是同时使用两种储能(b)，dc/dc变换器提供平均12v的净功率需求，并能够平衡两种配置下的上下48v储能部分，具有电流集成功能的电流传感器简化了平衡操作，研究表明，用48v锂离子电池替代铅酸电池是可行的，考虑到故障场景，没有单一的故障会导致完全崩溃，在dc/dc变换器故障的情况下，48v锂离子电池能够在一定时间内提供12v的电网需求，当48v锂离子电池发生故障时，12v电压电路由dc/dc变换器供电，dc/dc变换器由启动器发电机依次供电，然而，就目前技术水平的组件而言，故障安全性可能会受损，功率转换器控制单元通常由12v电压电路控制，在电池故障的情况下，dc/dc变换器提供自己的控制单元，因此，一次电压下降就会导致12v电压电路击穿，对于48v锂离子电池，锂离子电池的放电功率取决于电池温度，在低温下放电功率下降明显，此外，锂离子电池包括一个安全开关，在关键状态下断开电池，与长期测试的铅酸电池相比，这明显降低了锂离子电池的可靠性，将12v电压电路与48v蓄电池的12v抽头并联，构成了一个高度冗余的电网系统，由于两种电池化学物质的电压特性相似，两种存储技术的结合是可行的，研究两种不同的12v存储的组合，以利用每种技术的优势，这首先是铅酸电池放电功率的低成本和低温依赖性，其次是锂离子电池的高循环寿命和良好的充电接受能力，对铅酸电池与各种锂离子化学物质的结合进行了研究和验证，最后，对于转换器解决方案，最好采用直接连接，电池的选择取决于主要的要求，
因此提供了一个灵活的解决方案，lifepo4电池(lfp)磷酸铁锂电池被认为是一种与铅酸电池行为相似的化学电池物质，与其他锂离子化学材料相比，lfp电池的能量密度较低，但具有较高的安全性和循环寿命，最小电压约2.6v，标称电压3.3v，最大充电电压3.6v，将四个电池串联在一起(4s)，标称电压为13.2v，最大电压为14.4v，这与12v电压电路的规定电压范围很匹配，并联结构的仿真结果，第一部分对lfp电池进行充电，最大充电电流为4c，这是在wltc期间向存储器提供的最大电荷，放电电流为16c，放电结束时，电压略低于11.5v的临界电压，这是高而连续的放电脉冲的结果，电流方面，48v负载电流大部分由lfp电池提供，对比上、下lfp电池的电流和soc(电池的当前剩余电量，也叫电池的荷电状态，全称为state ofcharge)，它们表现出相似的行为，此外，12v电压电路的电力净电流也主要由lfp电池提供，铅酸蓄电池电流保持较低，充电状态可保持在较高水平，在一个电池故障的情况下，另一个电池可以在一定时间内为电网供电，接下来，研究wltc期间的行为，除了重复的12v电压电路需求和代表功率转换器的恒流外，相关的48v蓄电池电流剖面受并行配置的影响，12v电压电路的电压和存储的荷电状态，在整个周期中，只有极少数点的电压低于11.5v，这可以通过使用更动态的功率转换器(通常情况下)或通过调整控制策略来避免，而不会短时间内对48v的功能造成明显损害，由于尚未考虑平衡，上下lfp电池的荷电状态随时间的增加而扩散，铅酸电池由下lfp电池轻微充电，只要功率转换器电流增加不到10％，就可以实现平衡，在停车状态下，锂离子电池既可以将铅酸电池的soc保持在较高的水平，也可以通过锂离子电池的安全开关断开，最后，铅酸电池和12v抽头的并联是一个强有力的解决方案，48v的功能轻微受损，而12v电压电路的故障安全性明显提高，铅酸电池和电源转换器的尺寸可以缩小，考虑48v再生存储电路的简化、故障安全性的提高和额外的成本，12v电压电路与48v蓄电池的12v抽头并联的情况成为最好的解决方案，48v蓄电池采用锂离子电池。
28.以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。