一种能实现冗余的电动汽车供电系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及电动汽车领域，特别是一种能实现冗余的电动汽车供电系统及其控制方法。


背景技术：

2.随着全球温室效应，新能源产业越来越受到人们的青睐，电动汽车行业也在其中。由于大功率负载的需求和模块化电源系统的发展，采用多个模块并联供电则是大势，可以为电动汽车提供所需电流。然而，电动汽车的特性决定了它需要一个稳定可靠且安全的供电系统。
3.因此，如何设计一种能实现冗余的电动汽车供电系统及其控制方法，是业界亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术中，电动汽车供电系统中单个模块供电的不足，本发明提出了一种能实现冗余的电动汽车供电系统及其控制方法。
5.本发明的技术方案为，提出了一种能实现冗余的电动汽车供电系统及其控制方法，包括输入端、输出端，至少两个连接于所述输入端与输出端之间的电源模块，所述电源模块包括一主电源模块、以及至少一个从电源模块，在所述主电源模块与从电源模块之间连接有一控制模块，所述控制模块用于监控所述主电源模块和从电源模块的工作状态，并使所述主电源模块和从电源模块处于同步发波状态。
6.进一步，所述主电源模块与所述控制模块连接，并向所述控制模块发送第一同步信号；所述控制模块分别连接至少一个从电源模块，并将所述第一同步信号发送给所述从电源模块；当所述控制模块接收到所述从电源模块反馈的第二同步信号时，所述主电源模块与所述从电源模块处于同步发波状态。
7.进一步，当所述控制模块未接收到所述第一同步信号时，所述主电源模块异常，所述控制模块切断所述主电源模块并驱动任一从电源模块为主电源模块。
8.进一步，当所述控制模块未接收到所述第二同步信号时，所述从电源模块异常，所述控制模块切断异常的从电源模块。
9.进一步，所述电源模块包括：作为主电源模块的第一电源模块、作为从电源模块的第二电源模块，所述控制模块分别连接所述第一电源模块和第二电源模块。
10.进一步，当所述控制模块接收到第一同步信号与第二同步信号时，所述第一电源模块和第二电源模块处于同步发波状态；当所述控制模块未接收到第一同步信号时，所述控制模块驱动所述第二电源模块独立运行；
当所述控制模块未接收到第二同步信号时，所述控制模块驱动所述第一电源模块独立运行。
11.进一步，所述第一同步信号与所述第二同步信号之间存在延迟，所述第二电源模块根据延迟后的信号控制其内部功率开关管的驱动信号。
12.进一步，所述主电源模块与从电源模块之间交错并联连接，且所述主电源模块和从电源模块工作于相同的频率。
13.本发明还提出了一种能实现冗余的电动汽车供电系统的控制方法，包括：驱动主电源模块发送第一同步信号给控制模块；根据控制模块是否接收到第一同步信号切换主电源模块的工作状态；驱动所述控制模块向从电源模块发送第一同步信号；根据控制模块是否接收到从电源模块反馈的第二同步信号切换从电源模块的工作状态。
14.进一步，根据控制模块是否接收到第一同步信号切换主电源模块的工作状态，包括：检测所述控制模块是否接收到第一同步信号，若是，则进入下一步，驱动控制模块向从电源模块发送第一同步信号；若否，则切断当前的主电源模块并驱动任一从电源模块为主电源模块；根据控制模块是否接收到从电源模块反馈的第二同步信号切换从电源模块的工作状态，包括：检测所述控制模块是否接收到第二同步信号，若是，则驱动电动汽车供电系统正常运行；若否，则切断异常的从电源模块，所述异常的从电源模块为未发出第二同步信号的从电源模块。
15.与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：1、本发明实现了电动汽车供电系统的自校验同步技术，同步信号由主电源发出，控制模块接收到该同步信号并传递给从电源模块，可以保证各电源模块之间的准确收发；2、当其中一个电源模块出现故障时，能保证其他电源模块的正常运行，降低了其对同步信号的影响，提高了系统的稳定性；3、本发明仅采用一个控制模块，减小了电动汽车供电系统的体积，又降低了成本；4、本发明实现了电动汽车供电系统的模块化设计，模块化便于系统的改变和调整，节约系统升级的时间。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明一实施例中电动汽车供电系统示意图；图2为图1实施例中同步信号的传输示意图；图3为本发明另一实施例中电动汽车供电系统示意图；
图4为图3实施例中同步信号的波形图。
具体实施方式
18.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
19.由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本发明的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本发明的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。
20.下面结合附图以及实施例对本发明的原理及结构进行详细说明。
21.请参见图1，本发明提出了一种能实现冗余的电动汽车供电系统，其包括有输入端、输出端、至少两个连接于输入端和输出端之间的电源模块，其电源模块包括一主电源模块、以及至少一个从电源模块，在主电源模块和从电源模块之间连接有一控制模块。
22.其中，输入端作为电动汽车供电系统的输入，用于接收外部提供的逻辑信号，输出端作为电动汽车供电系统的输出，其连接到负载，并通过多个电源模块为其供电。控制模块用于监控主电源模块和从电源模块的工作状态，并使主电源模块和从电源模块工作于同步发波状态，保证主电源模块和从电源模块的同步输出。
23.具体的，主电源模块与控制模块的第一端连接，用于向控制模块发送第一同步信号；控制模块的第二端与从电源模块连接，并将该第一同步信号发送给从电源模块，从电源模块接收到第一同步信号时能够发出一个作为反馈信号的第二同步信号。若控制模块接收到从电源模块发出的第二同步信号，则可以认为主电源模块和从电源模块是同步输出的，即主电源模块和从电源模块处于同步发波状态。
24.请参见图1及图2，在本发明一实施例中，电动汽车供电系统设有n个电源模块，其中电源模块a为主电源模块，其余的电源模块为从电源模块，控制模块连接在电源模块a与从电源模块之间。其具体工作流程为，电源模块a将产生的第一同步信号传输给控制模块，控制模块接收到第一同步信号后，将接收到的第一同步信号转发给电源模块b
……
电源模块n，同时，电源模块b
……
电源模块n也会将接收到的第一同步信号转换为第二同步信号并反馈给控制模块，当控制模块接收到第二同步信号时，可以认定主电源模块和从电源模块处于同步发波状态。
25.其中，若控制模块未接收到第一同步信号，表示主电源模块未发出第一同步信号，则判定主电源模块出现故障，系统将会提示异常，此时控制模块将从各从电源模块中随机指定一个为主电源模块，然后继续通过主电源模块发送同步信号，并继续验证，以保证整个供电系统的正常运行。若控制模块接收到第一同步信号，而未接收到第二同步信号，则表明此时从电源模块出现故障，此时控制模块会切断异常的从电源模块，其中，异常的从电源模块为未发出第二同步信号的从电源模块，由于控制模块连接到了多个从电源模块，每个从电源模块均会发出第二同步信号给控制模块，控制模块可以根据未发出第二同步信号的从电源模块，确定异常的从电源模块，并切断其运行，然后再通过主电源模块和剩余的从电源
模块进行供电，执行新的均流方案，以保证电动汽车的稳定性和安全性。
26.进一步的，主电源模块和从电源模块内部均设有mcu驱动，若控制模块出现异常，主电源模块和从电源模块还可以通过其内部的mcu驱动，以保证整个供电系统的正常运行。
27.优选的，控制模块采用数字隔离器，其能保证数据的传输不是通过电气连接或泄露路径，进一步提高供电系统的安全性。
28.请参见图3，其为本发明又一实施例下的电动汽车供电系统示意图，其包括有两个电源模块，分别为电源模块a和电源模块b，其中电源模块a为作为主电源模块的第一电源模块，电源模块b为作为从电源模块的第二电源模块，相比上一个实施例下的供电系统，本实施例中只设有两个电源模块，负载通过电源模块a和电源模块b的供电运行。
29.其工作原理为，电源模块a向控制模块发送第一同步信号，控制模块接收到第一同步信号后将其转发给电源模块b，电源模块b接收到控制模块转发的第一同步信号后，会生成第二同步信号并反馈给控制模块，当控制模块接收到第二同步信号时，认定电源模块a和电源模块b处于同步发波状态，可以驱动电动汽车供电系统正常运行。
30.其中，当控制模块未接收到第一同步信号时，认定电源模块a 出现故障，未发出同步信号，此时控制模块将切断电源模块a，由于该实施例下只有一个从电源模块b，其不用再进行随机选取从电源模块为主电源模块的过程，可以通过控制模块直接驱动电源模块b独立运行，以保证电动汽车供电系统的正常工作。
31.当控制模块接收到第一同步信号，但未接收到第二同步信号时，可以认定此时电源模块a正常，但电源模块b出现故障，无法发出同步信号，此时，控制模块切断电源模块b，并控制电源模块a独立运行，保证电动汽车供电系统的正常工作。
32.在电源模块a和电源模块b内还设有驱动其自身工作的mcu，若连接电源模块a和电源模块b的控制模块出现故障，其还可以其内部的mcu驱动电源模块a和电源模块b工作，进而保证供电系统的正常运行。
33.请参见图4，其为图3实施例下电源模块a和电源模块b发出的同步信号的波形图，可以看出，电源模块a和电源模块b的波形完全相同，两者之间存在一个相位差a，该相位差导致电源模块b接收到的同步信号与电源模块a发出的同步信号之间存在一个延迟a，电源模块b将根据延迟后的信号产生控制其模块内部功率开关管的驱动信号。
34.优选的，各电源模块之间可以为交错并联状态，以减小波纹电流，从图4中可以看出各电源模块输出的波形相同，即频率相同，将各电源模块的开关控制信号彼此交错，可以最大限度地降低输出电流波纹幅值，同时输出波纹频率也会变为单个电源模块地n倍。
35.与现有技术相比，本发明通过控制模块结合主电源模块和从电源模块的设置，实现了电动汽车供电系统的自校验同步技术，同步信号由主电源模块发出，并经过控制模块后传递给从电源模块，保证了供电系统各模块之间的准确收发，在其中一个电源模块出现故障时，其他的电源模块仍能正常运行，降低其对同步信号的影响，提高了系统的稳定性。同时，本发明只采用一个控制模块，减小了电动汽车供电系统的体积，由降低了成本，电动汽车供电系统采用模块化设计，便于系统的改变和调整，节约了升级的时间。
36.本发明还提出了一种能实现冗余的电动汽车供电系统的控制方法，其包括：驱动主电源模块发送第一同步信号给控制模块；根据控制模块是否接收到第一同步信号切换主电源模块的工作状态；
驱动控制模块向从电源模块发送第一同步信号；根据控制模块是否接收到从电源模块反馈的第二同步信号切换从电源模块的工作状态。
37.其中，根据控制模块是否接收到第一控制信号切换主电源模块的工作状态，包括：检测控制模块是否接收到第一同步信号，若是，则进入下一步，驱动控制模块向从电源模块发送第一同步信号；若否，则驱动任一从电源模块为主电源模块，并重复发送第一同步信号的步骤。
38.根据控制模块是否接收到从电源模块反馈的第二同步信号切换电源模块的工作状态，包括：检测控制模块是否接收到第二同步信号，若是，则驱动电动汽车供电系统正常运行；若否，则切断异常的从电源模块，其中，异常的从电源模块为未发出第二同步信号的从电源模块。
39.通过该控制方法，无论哪一个电源模块出现故障，均不影响其电动汽车供电系统的正常运行，提高了供电系统整体的稳定性。
40.上述实施例仅用于说明本发明的具体实施方式。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和变化，这些变形和变化都应属于本发明的保护范围。