CN109693625A - 汽车备用供电模块和包含其的汽车供电系统 - Google Patents

汽车备用供电模块和包含其的汽车供电系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及汽车电气技术,特别涉及一种在主电源发生故障时向车载电器供电的汽车备用供电模块以及包含该模块的汽车供电系统。按照本发明一个方面的汽车备用供电模块包含:开关元件;备用电池;直流‑直流变换模块,其配置为与至少一个车载电器耦合并且经所述开关元件接入汽车供电系统的主供电模块的母线;控制单元,其配置为当所述主供电模块发生故障时,使所述开关元件开路以断开所述直流‑直流变换模块与所述母线的连接,并且使所述直流‑直流变换模块将所述备用电池的电压转换为适配所述至少一个车载电器的电压以由所述备用电池向所述至少一个车载电器供电。

Description

汽车备用供电模块和包含其的汽车供电系统
技术领域
本发明涉及汽车电气技术,特别涉及一种在主电源发生故障时向车载电器供电的汽车备用供电模块以及包含该模块的汽车供电系统。
背景技术
典型的燃油汽车电源系统主要由蓄电池、发电机、电源控制器及其相关传感器构成。在混合动力或电动车中,高压-低压的DC-DC变换模块替代燃油车电源系统中的发电机并与蓄电池、电源控制器及传感器等共同构成电源系统。当电源系统出现单点失效时,通过在线诊断机制,驾驶员可以很快接收到相关的警告信息以便其及时采取相应的处理措施。
然而在自动驾驶系统中,上述电源架构存在风险。具体而言,诸如部件(例如蓄电池、发电机、DC-DC变换模块等)失效、供电线束短路或开路(通常因紧固件松动、材料老化、腐蚀等引起)之类的故障都可能使得整车电压不稳,进而导致自动驾驶系统失效或重启,这将严重影响车辆和人员安全。
因此在自动驾驶系统中,需要提供一种能够消除或减少由故障导致的车辆安全风险的技术解决方案。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种汽车备用供电模块,其可大幅度降低自动驾驶模式下的车辆安全风险。
按照本发明一个方面的汽车备用供电模块包含:
开关元件;
备用电池;
直流-直流变换模块,其配置为与至少一个车载电器耦合并且经所述开关元件接入汽车供电系统的主供电模块的母线;
控制单元,其配置为当所述主供电模块发生故障时,使所述开关元件开路以断开所述直流-直流变换模块与所述母线的连接,并且使所述直流-直流变换模块将所述备用电池的电压转换为适配所述至少一个车载电器的电压以由所述备用电池向所述至少一个车载电器供电。
优选地,在上述汽车备用供电模块中,所述控制单元还被配置为如果汽车处于非自动驾驶模式并且处于减速或制动状态,则使所述直流-直流变换模块对所述备用电池进行充电。
优选地,在上述汽车备用供电模块中,所述控制单元还被配置为如果汽车处于非自动驾驶模式并且处于加速或爬坡状态,则使所述直流-直流变换模块将所述备用电池的电压转换为适配所述至少一个车载电器的电压以由所述备用电池向所述至少一个车载电器供电。
优选地,在上述汽车备用供电模块中,所述汽车备用供电模块还包括:
设置在所述开关元件输入侧的第一电压监测电路,配置为监测所述母线的电压;
设置在所述开关元件输入侧的第一过电压过滤电路,配置为提供过压保护;
设置在所述直流-直流变换模块连接至所述至少一个车载电器的线路上的第二电压监测电路,配置为监测所述直流-直流变换模块向所述至少一个车载电器的供电电压;以及
设置在所述直流-直流变换模块连接至所述至少一个车载电器的线路上的第二过电压过滤电路,配置为提供过压保护。
优选地,在上述汽车备用供电模块中,所述控制单元还被配置为根据所述第一电压监测电路的测量信号确定所述主供电模块是否发生故障并且生成报警信号。
本发明的一个目的是提供一种汽车供电系统,其可大幅度降低自动驾驶模式下的车辆安全风险。
按照本发明一个方面的一种汽车供电系统,包含:
主供电模块;
备用供电模块,包括:
开关元件;
备用电池;
直流-直流变换模块,其配置为与至少一个车载电器耦合并且经所述开关元件接入所述主供电模块的母线;
控制单元,其配置为当所述主供电模块发生故障时,使所述开关元件开路以断开所述直流-直流变换模块与所述母线的连接,并且使所述直流-直流变换模块将所述备用电池的电压转换为适配所述至少一个车载电器的电压以由所述备用电池向所述至少一个车载电器供电。
从结合附图的以下详细说明中,将会使本发明的上述和其它目的及优点更加完全清楚。
附图说明
图1为按照本发明一个实施例的汽车备用供电模块的示意框图。
图2为按照本发明另一个实施例的汽车供电系统的示意框图。
具体实施方式
下面通过参考附图描述本发明的具体实施方式来阐述本发明。但是需要理解的是,这些具体实施方式仅仅是示例性的,对于本发明的精神和保护范围并无限制作用。
在本说明书中,“耦合”一词应当理解为包括在两个单元之间直接传送能量或信号的情形,或者经一个或多个第三单元间接传送能量或信号的情形,而且这里所称的信号包括但不限于以电、光和磁的形式存在的信号。另外,“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元和步骤以外,本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。再者,诸如“第一”、“第二”、“第三”和“第四”之类的用语并不表示单元或数值在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元或数值之用。
按照本发明的一个方面,提供了备用供电模块以在主供电模块出现故障时接替后者向车载电器供电。在本发明的一个优选实施例中,当监测到主供电模块发生故障(例如通过监测母线上的供电电压)时,备用供电模块一方面利用备用电池经备用电网向车载电器(例如执行自动驾驶模式不可或缺的电气设备)供电,另一方面迅速切断其与主供电模块的电气连接以避免主电网短路对备用电网造成的影响。
按照本发明的另一方面,在车辆处于非自动驾驶模式时,可以利用备用电池实现能量回收功能以改善整车能耗。
按照本发明的还有一个方面,取决于半自动驾驶或全自动驾驶的不同需求,备用蓄电池可以匹配不同容量以满足不同的备用电网供电持续时间。
图1为按照本发明一个实施例的汽车备用供电模块的示意框图。
参见图1,按照本实施例的汽车备用供电模块10包括开关元件110、备用电池120、直流-直流变换模块130和控制单元140。优选地,汽车备用供电模块10还包含第一电压监测电路151、第二电压监测电路152、第一过电压过滤电路161以及第二过电压过滤电路162。在图1中,连接在各个部件之间的粗实线表示电能传输的路径,细实线表示控制信号的传输路径。
在本实施例中,直流-直流变换模块130经开关元件110(例如晶体管开关)接入汽车供电系统的主供电模块的母线M;另一方面,直流-直流变换模块130还与备用电池120以及模块外部的车载电器耦合。
控制单元140控制汽车备用供电模块10内的其它部件以实现各种功能。具体而言,当主供电模块发生故障时,控制单元140使开关元件110开路,由此使得直流-直流变换模块130与母线M的连接断开,因此可以将主电网与备用电网隔离。与此同时,在控制单元140的控制下,直流-直流变换模块130将备用电池120的电压转换为适配车载电器的电压,从而在主电网发生故障时由备用电池120向车载电器供电。
优选地,可以在主供电模块发生故障和车辆处于自动驾驶模式二者条件同时成立时,控制单元140才执行上述供电切换的操作。在本实施例中,控制单元140可经车载CAN总线与整车控制单元通信来获取车辆所处驾驶模式(自动驾驶模式和非自动驾驶模式)的信息,并且在确定车辆处于自动驾驶模式时,开启备用电网系统功能以在主供电模块发生故障时执行供电切换操作并且通过车载CAN总线向整车发出报警信号以指示主电网故障和备用电网启用的信息。
在本实施例中,如图1所示,第一电压监测电路151设置在开关元件120的输入侧,其对母线M的电压进行监测。控制单元140根据第一电压监测电路151测得的母线M的电压确定主供电模块是否发生故障(例如通过判断电压是否超出一个预设的范围来确定故障的发生与否)并且在发生故障时生成报警信号。
第二电压监测电路152设置在直流-直流变换模块130连接至车载电器的线路上,其对该线路上的电压进行监测。当第二电压监测电路152测得的电压异常时(例如电压超出一个预设的范围),控制单元140使直流-直流变换模块130停止电能输出。
第一过电压过滤电路161设置在开关元件120的输入侧以提供过压保护。第二过电压过滤电路162设置在直流-直流变换模块130连接至车载电器的线路上以提供过压保护。
在本实施例中,当控制单元140确定车辆处于非自动驾驶模式下时可开启能量回收功能。当开启该功能后,如果控制单元140确定汽车处于减速或制动状态(例如通过经车载CAN总线从整车控制器获取车辆处于减速或制动状态的信息),则在控制单元140的控制下,直流-直流变换模块130将母线M的电压变换为合适的电压以对备用电池120进行充电。
在本实施例中,当控制单元140确定车辆处于非自动驾驶模式下时还可开启助力功能。当开启该功能后,如果控制单元140确定汽车处于加速或爬坡状态(例如通过经车载CAN总线从整车控制器获取车辆处于加速或爬坡状态的信息),则在控制单元140的控制下,直流-直流变换模块130将备用电池120的电压转换为适配车载电器的电压以由备用电池120向车载电器供电,从而降低发电机所消耗的发动机能量。
图2为按照本发明另一个实施例的汽车供电系统的示意框图。
参见图2,按照本实施例的汽车供电系统20包括主供电模块210和备用供电模块220。
主供电模块210包括连接在母线M与接地之间发电机G和起动机S以及蓄电池B。发电机G可将汽车发动机的机械能转换为电能并经母线M输出至车载电器A1和A2,蓄电池B可经母线M向车载电器A1和A2供电。需要指出的是,这里所示的车载电器的数量仅仅是示例性的,实际上本实施例的汽车供电系统可以向更多数量的车载电器供电。
在本实施例中,备用供电模块220包括开关元件221、备用电池222、直流-直流变换模块223和控制单元224。优选地,备用供电模块220还包含第一电压监测电路225A、第二电压监测电路225B、第一过电压过滤电路226A以及第二过电压过滤电路226B。同样地,在图2中,连接在各个部件之间的粗实线表示电能传输的路径,细实线表示控制信号的传输路径。
在图2所示的实施例中,直流-直流变换模块223经开关元件221(例如晶体管开关)接入主供电模块10的母线M;另一方面,直流-直流变换模块223还与备用电池222以及模块外部的车载电器A2耦合。因此车载电器A2采用双电源输入,两个电源引脚相互隔离,任意一个引脚供电都能保持该组电器正常工作。优选地,车载电器A2的备用电源引脚通过保险丝盒接至备用供电模块220。需要指出的是,这里所示的采用双电源输入的车载电器的数量仅仅是示例性的,实际上可以有更多数量的车载电器(甚至全部车载电器)采用双电源供电。
控制单元224控制备用供电模块220内的其它部件以实现各种功能。例如当主供电模块210发生故障时,控制单元224使开关元件221开路,由此使得直流-直流变换模块223与母线M的连接断开,因此可以将主电网与备用电网隔离。与此同时,在控制单元224的控制下,直流-直流变换模块223将备用电池222的电压转换为适配车载电器A2的电压,从而在主电网发生故障时由备用电池222向车载电器A2供电。
优选地,可在主供电模块210发生故障和车辆处于自动驾驶模式二者条件同时成立时,控制单元224才执行上述供电切换的操作。在本实施例中,控制单元224可经车载CAN总线与整车控制单元通信来获取车辆所处驾驶模式的信息,并且在确定车辆处于自动驾驶模式时,开启备用电网系统功能以在主供电模块发生故障时执行供电切换操作并且通过车载CAN总线向整车发出报警信号以指示主电网故障和备用电网启用的信息。
在上述备用电网系统功能被启用之后,控制单元224可以变换母线M上的电压以迅速使备用电池222充满电。
在本实施例中,第一电压监测电路225A设置在开关元件222的输入侧,其对母线M的电压进行监测。控制单元224根据第一电压监测电路225A测得的母线M的电压确定主供电模块是否发生故障(例如通过判断电压是否超出一个预设的范围来确定故障的发生与否)并且在发生故障时生成报警信号。
第二电压监测电路225B设置在直流-直流变换模块223连接至车载电器A2的线路上,其对该线路上的电压进行监测。当第二电压监测电路225B测得的电压异常时(例如电压超出一个预设的范围),控制单元224使直流-直流变换模块223停止电能输出。
第一过电压过滤电路226A设置在开关元件222的输入侧以提供过压保护。第二过电压过滤电路226B设置在直流-直流变换模块223连接至车载电器A2的线路上以提供过压保护。
在本实施例中,当控制单元224确定车辆处于非自动驾驶模式下时可开启能量回收功能。当开启该功能后,如果控制单元224确定汽车处于减速或制动状态(例如通过经车载CAN总线从整车控制器获取车辆处于减速或制动状态的信息),则在控制单元224的控制下,直流-直流变换模块223将母线M的电压变换为合适的电压以对备用电池222进行充电。
在本实施例中,当控制单元224确定车辆处于非自动驾驶模式下时还可开启助力功能。当开启该功能后,如果控制单元224确定汽车处于加速或爬坡状态(例如通过经车载CAN总线从整车控制器获取车辆处于加速或爬坡状态的信息),则在控制单元224的控制下,直流-直流变换模块223将备用电池222的电压转换为适配车载电器A2的电压以由备用电池222向车载电器A2供电,从而降低发电机所消耗的发动机能量。
由于可以在不背离本发明基本特征的精神下,以各种形式实施本发明,因此本实施方式是说明性的而不是限制性的,由于本发明的范围由所附权利要求定义,而不是由说明书定义,因此落入权利要求的边界和界限内的所有变化,或这种权利要求边界和界限的等同物因而被权利要求包涵。

Claims (10)

1.一种汽车备用供电模块,其特征在于,包含:
开关元件;
备用电池;
直流-直流变换模块,其配置为与至少一个车载电器耦合并且经所述开关元件接入汽车供电系统的主供电模块的母线;
控制单元,其配置为当所述主供电模块发生故障时,使所述开关元件开路以断开所述直流-直流变换模块与所述母线的连接,并且使所述直流-直流变换模块将所述备用电池的电压转换为适配所述至少一个车载电器的电压以由所述备用电池向所述至少一个车载电器供电。
2.如权利要求1所述的汽车备用供电模块,其中,所述控制单元还被配置为如果汽车处于非自动驾驶模式并且处于减速或制动状态,则使所述直流-直流变换模块对所述备用电池进行充电。
3.如权利要求1所述的汽车备用供电模块,其中,所述控制单元还被配置为如果汽车处于非自动驾驶模式并且处于加速或爬坡状态,则使所述直流-直流变换模块将所述备用电池的电压转换为适配所述至少一个车载电器的电压以由所述备用电池向所述至少一个车载电器供电。
4.如权利要求1所述的汽车备用供电模块,其中,所述汽车备用供电模块还包括:
设置在所述开关元件输入侧的第一电压监测电路,配置为监测所述母线的电压;
设置在所述开关元件输入侧的第一过电压过滤电路,配置为提供过压保护;
设置在所述直流-直流变换模块连接至所述至少一个车载电器的线路上的第二电压监测电路,配置为监测所述直流-直流变换模块向所述至少一个车载电器的供电电压;以及
设置在所述直流-直流变换模块连接至所述至少一个车载电器的线路上的第二过电压过滤电路,配置为提供过压保护。
5.如权利要求4所述的汽车备用供电模块,其中,所述控制单元还被配置为根据所述第一电压监测电路的测量信号确定所述主供电模块是否发生故障并且生成报警信号。
6.一种汽车供电系统,包含:
主供电模块;
备用供电模块,包括:
开关元件;
备用电池;
直流-直流变换模块,其配置为与至少一个车载电器耦合并且经所述开关元件接入所述主供电模块的母线;
控制单元,其配置为当所述主供电模块发生故障时,使所述开关元件开路以断开所述直流-直流变换模块与所述母线的连接,并且使所述直流-直流变换模块将所述备用电池的电压转换为适配所述至少一个车载电器的电压以由所述备用电池向所述至少一个车载电器供电。
7.如权利要求6所述的汽车供电系统,其中,所述主供电模块包括:
接入所述母线的发电机,配置为将汽车发动机的机械能转换为电能并经所述母线输出;以及
接入所述母线的蓄电池,配置为经所述母线输出电能。
8.如权利要求6所述的汽车供电系统,其中,所述控制单元还被配置为如果汽车处于非自动驾驶模式并且处于减速或制动状态,则使所述直流-直流变换模块对所述备用电池进行充电。
9.如权利要求6所述的汽车供电系统,其中,所述控制单元还被配置为如果汽车处于非自动驾驶模式并且处于加速或爬坡状态,则使所述直流-直流变换模块将所述备用电池的电压转换为适配所述至少一个车载电器的电压以由所述备用电池向所述至少一个车载电器供电。
10.如权利要求6所述的汽车供电系统,其中,所述汽车备用供电模块还包括:
设置在所述开关元件输入侧的第一电压监测电路,配置为监测所述母线的电压;
设置在所述开关元件输入侧的第一过电压过滤电路,配置为提供过压保护;
设置在所述直流-直流变换模块连接至所述至少一个车载电器的线路上的第二电压监测电路,配置为监测所述直流-直流变换模块向所述至少一个车载电器的供电电压;以及
设置在所述直流-直流变换模块连接至所述至少一个车载电器的线路上的第二过电压过滤电路,配置为提供过压保护。
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