CN103219797A - 车载智能电网 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种车载智能电网，包括：汽车电源，用于提供电能；智能电网控制单元，与所述汽车电源相连，用于进行控制器电电压转换、电池参数监测、电池荷电状态估算和供电过流保护；以及汽车供电网络，用于为整车电器供电。本发明的车载智能电网独立于汽车电器电子控制系统和通讯网络，实现真正意义上的控电分离，降低供电线路对控制信号及通讯信号的电磁干扰，为电器电子控制和汽车通讯系统创造更加安全稳定的供电环境；为整车电器的传统功率负载和电控单元提供分类的供电电源，提高控制器电源的稳定性和可靠性；对蓄电池进行实时监测及亏电保护，对各子网进行供电监控和过流保护，实现对整车供电的监控和保护，保证汽车用电安全。
Description
技术领域
本发明涉及汽车电气控制技术领域，特别涉及一种车载智能电网。
背景技术
随着现代汽车用电器的不断增多，整车用电器的供电也越来越复杂，随着车载总线通信技术尤其是CAN总线、LIN总线的发展，汽车电器开始越来越多地采用带有运算功能的控制器对电器进行控制，因此，各类用电器及控制器各自构成供电回路导致全车电气系统杂乱，给汽车供电安全带来极大的隐患。复杂的电气系统对用电安全，即对汽车电源处理过流和短路故障的能力也提出了更高的要求。现有汽车的供电方案已无法满足此需求。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的目的在于提出一种能够解决供电管理、故障诊断、安全保护等问题的车载智能电网。
根据本发明实施例的车载智能电网，包括：汽车电源，用于提供电能；智能电网控制单元，与所述汽车电源相连，用于进行控制器电电压转换、电池参数监测、电池荷电状态估算和供电过流保护；以及汽车供电网络，用于为整车电器供电。
优选地，所述汽车电源包括车用蓄电池和发电机中的至少一种。
优选地，所述智能电网控制单元包括：控制器电电源模块、电池监控模块、和功率电监控模块。
优选地，所述控制器电电源模块用于进行电压转换，将电压粗糙、电流波动较大的汽车电源转换为电压稳定、电流波动非常小的控制器电源，为整车的控制器供电。
优选地，所述电池监控模块用于实时监测电池状态，获取电池参数，估算电池荷电状态和老化状态，对电池进行亏电保护，所述电池监控模块进一步包括：电池电压检测模块、电池电流检测模块、电池温度检测模块和电池SoC估算模块。
优选地，所述功率电监控模块用于实现对各子网供电通道的状态监测和供电通断控制，并进行瞬态过流保护，保证汽车供电安全，所述功率电监控模块进一步包括供电通断控制模块和电源通道过流保护模块。
优选地，所述的汽车供电网络包括：一个功率电供电骨干网，其中，所述功率电供电骨干网直接通过功率电供电线束为多个骨干功率型电器供电；多个功率电供电局域网，其中，所述功率电供电局域网直接通过功率电供电线束为多个局域功率型电器供电；一个控制器电供电骨干网，其中，所述控制器电供电骨干网通过控制器电供电线束为多个骨干电器控制器供电以及连接多个网关；以及多个控制器电供电局域网，其中，多个所述控制器电供电局域网与多个所述网关一一相连，并通过控制器电供电线束为多个局域电器控制器供电。
根据本发明实施例的车载智能电网，至少具有如下优点：
（1）独立于汽车电器电子控制系统和通讯网络，实现真正意义上的控电分离，降低供电线路对控制信号及通讯信号的电磁干扰，为电器电子控制和汽车通讯系统创造更加安全稳定的供电环境；（2）为整车电器的传统功率负载和电控单元提供分类的供电电源，提高控制器电源的稳定性和可靠性；（3）对蓄电池进行实时监测及亏电保护，对各子网进行供电监控和过流保护，实现对整车供电的监控和保护，保证汽车用电安全。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的车载智能电网的总体结构示意图；
图2为本发明实施例的智能电网控制单元的功能模块图；
图3为本发明实施例的电池监控模块的功能模块图；
图4为本发明实施例的功率电监控模块的功能模块图；
图5为本发明实施例的汽车供电网络的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
目前我国智能电网技术不断发展，智能化、网络化成为电力管理的发展趋势，而汽车做为一种移动的电源、电器、及储能器的载体，可以看作是一种移动的电力网络，随着新能源汽车技术的发展，汽车电力网将与整个用电网络关联起来，因而汽车电力网的智能化将对我国智能电网技术的发展开拓新的应用领域。本发明设计了一种车载智能电网，提出一种全新的汽车网络化供电架构，解决分类供电管理、故障诊断、安全保护等问题，为汽车电力网向智能电网的接入提供基础。
图1为本发明实施例的车载智能电网的总体结构示意图。如图1所示，该车载智能电网包括：汽车电源10，智能电网控制单元20，以及汽车供电网络30。具体地：
汽车电源10包括车用蓄电池和发电机中的至少一种，用于提供电能。智能电网控制单元20，用于进行控制器电电压转换，提供控制器电电源，并进行电池参数监测（电池电压，电池电流和电池温度），电池SoC估算及供电过流保护等；汽车供电网络30，用于为整车电器供电。
图2为本发明实施例的智能电网控制单元的功能模块图。如图2所示，该智能电网控制单元20包括控制器电电源模块210，电池监控模块220，以及功率电监控模块230。其中，控制器电电源模块210进行电压转换，将粗糙的，电流波动较大的汽车电源转换为电压稳定，电流波动非常小的控制器电源，为整车的控制器供电。同时，为了降低整车的静态电流，可设计为车用自适应双路控制器电源。
图3为本发明实施例的电池监控模块的功能模块图。如图3所示，电池监控模块220进一步包括电池电压检测模块2210，电池电流检测模块2220，电池温度检测模块2230和电池SoC估算模块2240。电池监测模块220实时监测电池状态，获取电池参数，估算电池电量SoC和老化状态SoH，对电池进行亏电保护。
图4为本发明实施例的功率电监控模块的功能模块图。如图4所示，功率电监控模块230进一步包括供电通断控制模块2310和电源通道过流保护模块2320。该功率电监控模块230对各个供电通道进行状态监测和供电通断控制，并进行瞬态过流保护，保证汽车供电安全。
一般地，根据重要性、通讯实时性及功能复杂性将汽车电器分为骨干电器和局域电器。与其他许多电器相关性大，影响整车性能，功能较为复杂的电器称为骨干电器；与外部其他电器相关性小，独立工作，功能较为单一的电器称为局域电器。为了满足骨干电器和局域电器对通讯速率的不同要求，设计骨干网——局域网这种主从式的网络架构，合理分配通讯资源。骨干网和局域网之间通过网关进行通讯。另外，汽车用电分为两类，一是用电器的功率负载用电，其用电电流较大，电流波动较大，对电源电压的稳定性要求较低，称为功率电。二是控制器电路及通讯电路用电，其电流较小，用电电流波动非常小，电路的电压要求稳定，称为控制器电。车载智能电网采用分区供电和分类供电的思想，对骨干电器、局域电器的功率电及其控制器的控制器用电进行分类供电，降低供电线路对控制信号及通讯信号的电磁干扰，为电器电子控制和汽车通讯系统创造更加安全稳定的供电环境，同时为整车电器的传统功率负载和电控单元提供分类的供电电源，有效提高控制器电源的稳定性和可靠性。因此，车载智能电网的供电网络由多个子电网构成，如图5所示，包括：功率电供电骨干网，多个功率电供电局域网，控制器电供电骨干网，以及多个控制器电供电局域网。
图5为本发明实施例的汽车供电网络的结构示意图。功率电供电骨干网包括功率电供电线束，连接骨干电器1～N，为功能较为复杂，影响整车性能，与其他许多电器相关性大的骨干电器提供功率电。功率电供电局域网1～n包括功率电供电线束，连接着局域电器，为n个局域网中的功能较为单一，独立工作，与外部其他电器相关性小的局域电器提供功率电。控制器电供电骨干网包括控制器电供电线束，连接着骨干电器控制器以及网关，一方面为骨干网中的骨干电器控制器及网关提供电压稳定的控制器电，另一方面并通过网关为控制器电供电局域网1～n提供控制器电。控制器电供电局域网1～n包括控制器电供电线束，连接局域电器控制器，为n个局域网中的局域电器控制器提供电压稳定的控制器电。
根据本发明实施例的车载智能电网，至少具有如下优点：（1）独立于汽车电器电子控制系统和通讯网络，实现真正意义上的控电分离，降低供电线路对控制信号及通讯信号的电磁干扰，为电器电子控制和汽车通讯系统创造更加安全稳定的供电环境；（2）为整车电器的传统功率负载和电控单元提供分类的供电电源，提高控制器电源的稳定性和可靠性；（3）对蓄电池进行实时监测及亏电保护，对各子网进行供电监控和过流保护，实现对整车供电的监控和保护，保证汽车用电安全。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (7)
1.一种车载智能电网，其特征在于，包括：
汽车电源，用于提供电能；
智能电网控制单元，与所述汽车电源相连，用于进行控制器电电压转换、电池参数监测、电池荷电状态估算和供电过流保护；以及
汽车供电网络，用于为整车电器供电。
2.根据权利要求1所述的车载智能电网，其特征在于，所述汽车电源包括车用蓄电池和发电机中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的车载智能电网，其特征在于，所述智能电网控制单元包括：控制器电电源模块、电池监控模块、和功率电监控模块。
4.根据权利要求3所述的车载智能电网，其特征在于，所述控制器电电源模块用于进行电压转换，将电压粗糙、电流波动较大的汽车电源转换为电压稳定、电流波动非常小的控制器电源，为整车的控制器供电。
5.根据权利要求3所述的车载智能电网，其特征在于，所述电池监控模块用于实时监测电池状态，获取电池参数，估算电池荷电状态和老化状态，对电池进行亏电保护，所述电池监控模块进一步包括：电池电压检测模块、电池电流检测模块、电池温度检测模块和电池SoC估算模块。
6.根据权利要求3所述的车载智能电网，其特征在于，所述功率电监控模块用于实现对各子网供电通道的状态监测和供电通断控制，并进行瞬态过流保护，保证汽车供电安全，所述功率电监控模块进一步包括供电通断控制模块和电源通道过流保护模块。
7.根据权利要求1所述的车载智能电网，其特征在于，所述的汽车供电网络包括：
一个功率电供电骨干网，其中，所述功率电供电骨干网直接通过功率电供电线束为多个骨干功率型电器供电；
多个功率电供电局域网，其中，所述功率电供电局域网直接通过功率电供电线束为多个局域功率型电器供电；
一个控制器电供电骨干网，其中，所述控制器电供电骨干网通过控制器电供电线束为多个骨干电器控制器供电以及连接多个网关；以及
多个控制器电供电局域网，其中，多个所述控制器电供电局域网与多个所述网关一一相连，并通过控制器电供电线束为多个局域电器控制器供电。
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