CN110481468A - 用于l3级自动驾驶的汽车双电源系统及车辆 - Google Patents

用于l3级自动驾驶的汽车双电源系统及车辆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于L3级自动驾驶的汽车双电源系统及车辆，包括发电机、主电池、DC/DC和冗余电池；所述发电机的电能输出端分别与主电池的正极、DC/DC的电压输入端、一般用电器R1的电源正极连接；发电机的搭铁分别与主电池的负极、车身、DC/DC的接地端、一般用电器R1的电源负极连接；DC/DC的电压输出端与冗余电池的正极连接，DC/DC的负载端分别与冗余用电器R2、需双电源供电的用电器R3的电源正极连接；冗余电池的负极分别与车身、冗余用电器R2的电源负极、需双电源供电的用电器R3的电源负极连接。本发明既能够满足传统用电器的供电需求，又能够满足正常情况及主电源失效情况下冗余用电器和某些非冗余用电器的供电需求以及冗余电池的充电需求。

Description

用于L3级自动驾驶的汽车双电源系统及车辆
技术领域
本发明属于燃油汽车整车电源系统技术领域，具体涉及一种用于L3级自动驾驶的汽车双电源系统及车辆。
背景技术
传统燃油汽车的整车电源系统由供电系统和起动系统两部分组成。供电系统由发电机和蓄电池组成。随着自动驾驶技术的兴起，基于安全的考虑，常常要对关乎行车安全的用电器（如制动、转向相关用电器）做冗余设计，且要求在主供电系统（发电机和蓄电池）失效后，冗余用电器和某些非冗余用电器能正常工作。传统的供电系统显然不满足要求，因此需要新增一路供电系统，与传统供电系统构成双电源系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于L3级自动驾驶的汽车双电源系统及系统，既能满足传统用电器的供电需求，又能满足正常情况及主电源失效情况下冗余用电器和某些非冗余用电器的供电需求以及冗余电池的充电需求。
本发明所述的用于L3级自动驾驶的汽车双电源系统，包括发电机、主电池、DC/DC和冗余电池；
所述发电机的电能输出端分别与主电池的正极、DC/DC的电压输入端、一般用电器R1的电源正极连接；发电机的搭铁分别与主电池的负极、车身、DC/DC的接地端、一般用电器R1的电源负极连接；DC/DC的电压输出端与冗余电池的正极连接，DC/DC的负载端分别与冗余用电器R2、需双电源供电的用电器R3的电源正极连接；冗余电池的负极分别与车身、冗余用电器R2的电源负极、需双电源供电的用电器R3的电源负极连接；
当主电源（即指发电机和主电池）未失效时，由发电机和主电池为一般用电器R1供电；当冗余电池需要充电时，DC/DC给冗余电池充电，并给冗余用电器R2、需双电源供电的用电器R3供电；
当主电源（即指指发电机和主电池）失效时，DC/DC切断主电源与冗余用电器R2、需双电源供电的用电器R3之间的回路，由冗余电池给冗余用电器R2、需双电源供电的用电器R3供电。
所述DC/DC包括MCU、电子开关模组Q1、第一A/D转换模块、升压/降压模块、输出电流限制模块、第二A/D转换模块、电子开关模组Q2、CAN通信模块、功率二极管D1、功率二极管D2、稳压芯片和极性电容C；
所述MCU分别与电子开关模组Q1、第一A/D转换模块、升压/降压模块、输出电流限制模块、第二A/D转换模块、电子开关模组Q2、CAN通信模块、稳压芯片连接；所述第一A/D转换模块分别与电子开关模组Q1、升压/降压模块连接；所述输出电流限制模块分别与升压/降压模块、第二A/D转换模块连接；所述第二A/D转换模块与电子开关模组Q2连接；所述电子开关模组Q2还与功率二极管D1的正极连接，功率二极管D1的负极与功率二极管D2的负极连接，功率二极管D2的正极分别与电子开关模组Q1、极性电容C的正极连接，极性电容C的负极与稳压芯片连接，稳压芯片还与功率二极管D1的负极和功率二极管D2的负极的连接点连接。
本发明的工作原理如下：当冗余电池需要充电时，电子开关模组Q1导通，电子开关模组Q2断开，DC/DC通过升压/降压模块给冗余电池充电，同时通过电子开关模组Q1到load端给冗余用电器R2、需双电源供电的用电器R3供电；
当冗余电池不需要充电时，MCU不使能升压/降压模块，此时DC/DC不给冗余电池充电；
若充电过程中DC/DC检测到输入端电压低于或高于阀值，或接收到自动驾驶控制器的指令，MCU导通电子开关模组Q2，断开电子开关模组Q1，同时不使能升压/降压模块，切换间隙的供电由极性电容C完成，切换后冗余用电器R2、需双电源供电的用电器R3由冗余电池供电；
当冗余电池不需要充电时，电子开关模组Q1和电子开关模组Q2均导通，MCU不使能升压/降压模块，DC/DC通过Load端给冗余用电器R2、需双电源供电的用电器R3供电，因Q1、Q2间有一对二极管D1、D2，主电源的电流不会经过Q2流到冗余电池，同时冗余电池的电流不会经过Q1流到主电源。
进一步，还包括用于检测冗余电池的SOC状态、充放电电流状态信息的蓄电池传感器，该蓄电池传感器通过LIN总线与DC/DC通信，上报冗余电池的SOC状态和充放电电流状态，DC/DC通过LIN总线向蓄电池传感器发送状态查询指令；DC/DC通过CAN总线向自动驾驶控制器反馈DC/DC的输出电压、输出电流、内部温度和保护状态，其他控制器通过CAN总线向DC/DC发送状态查询指令和通断指令。
所述发电机和主电池布置在发动机舱内，所述冗余电池和DC/DC布置在行李箱内；当车辆发生正碰或侧碰时，即使主电源（指发电机和主电池）失效时，也不影响冗余电池供电，冗余用电器R2、需双电源供电的用电器R3仍能正常工作；当冗余电池失效时，也不影响主电源供电，冗余用电器R2、需双电源供电的用电器R3仍能正常工作。
本发明所述的一种车辆，包括如本发明所述的用于L3级自动驾驶的汽车双电源系统。
进一步，所述车辆为搭载有L3自动驾驶系统的车辆。
本发明具有以下优点：本发明即能够兼容传统电源系统，又能够满足L3级自动驾驶对冗余安全的需求，同时还能够对DC/DC进行监控，当DC/DC出现异常时，能够进行提醒。
附图说明
图1为本发明的物理架构图；
图2为本发明的网络架构图；
图3为本发明中的 DC/DC的内部电路结构图；
图4为本发明中DC/DC的Vout端电压与冗余电池SOC的关系图；
图5为本发明中DC/DC的内部电路工作流程图。
图1中：DC/DC-直流稳压器，R1—一般用电器，R2—冗余用电器，R3—需双电源供电的用电器，Vin1—DC/DC电压输入端，Vout/Vin2—DC/DC电压输出端/冗余电池电压输入端，GND—DC/DC接地端，CANH—CAN高，CANL—CAN低；
图3中：Main Batt—接主电源，Rdd Batt—接冗余电池， Q1、Q2—电子开关模组，1、2—电子开关模组控制端，MCU—微控制器， VCC—MCU供电端，C—极性电容，D1、D2—功率二极管,Load—接用电器电源正极。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本实施例中，一种用于L3级自动驾驶的汽车双电源系统，包括发电机、主电池、DC/DC和冗余电池，以上各部分的连接关系如下：
所述发电机的电能输出端分别与主电池的正极、DC/DC的电压输入端、一般用电器R1的电源正极连接；发电机的搭铁分别与主电池的负极、车身、DC/DC的接地端、一般用电器R1的电源负极连接；DC/DC的电压输出端与冗余电池的正极连接，DC/DC的负载端分别与冗余用电器R2、需双电源供电的用电器R3的电源正极连接；冗余电池的负极分别与车身、冗余用电器R2的电源负极、需双电源供电的用电器R3的电源负极连接。
当主电源（指发电机和主电池）未失效时，由发电机和主电池为一般用电器R1供电；当冗余电池需要充电时，DC/DC给冗余电池充电，并给冗余用电器R2、需双电源供电的用电器R3供电。
当主电源（指发电机和主电池）失效时，DC/DC切断主电源与冗余用电器R2、需双电源供电的用电器R3之间的回路，由冗余电池给冗余用电器R2、需双电源供电的用电器R3供电。
本实施例中，所述发电机和主电池布置在发动机舱内，所述冗余电池和DC/DC布置在行李箱内。当车辆发生正碰或侧碰时，即使主电源失效时，也不影响冗余电池供电，冗余用电器R2、需双电源供电的用电器R3仍能正常工作。当冗余电池失效时，也不影响主电源供电，冗余用电器R2、需双电源供电的用电器R3仍能正常工作。
如图2所示，本实施例中，还包括用于检测冗余电池的SOC状态、充放电电流状态信息的蓄电池传感器，该蓄电池传感器通过LIN总线与DC/DC通信，用于上报冗余电池的SOC状态和充放电电流状态，DC/DC通过LIN总线向蓄电池传感器发送状态查询指令。DC/DC通过CAN总线向自动驾驶控制器反馈DC/DC的输出电压、输出电流、内部温度和保护状态等，其他控制器（本实施例中，指车身控制器，或EMS（发动机控制器））通过CAN总线向DC/DC发送状态查询指令和通断指令。
蓄电池传感器与DC/DC进行LIN通信，若通信丢失，可作为冗余电池断路或蓄电池传感器故障的诊断依据之一，据此亦可以提醒用户进行检修。DC/DC与自动驾驶控制器进行CAN通信，DC/DC可向自动驾驶控制器上报冗余电池的SOC，充放电电流，内部温度和DC/DC自身的温度、充电电流（Vout端电流）、负载端（load端）电流等信号，自动驾驶控制器接收到DC/DC信号后，进行信号分析。当自动驾驶控制器分析出DC/DC上报的信号或者其他控制器（指车身控制器，或EMS（发动机控制器））给予DC/DC相关信号异常时，可向DC/DC发送通断指令。若通信丢失或信号内容异常，可作为DC/DC故障的诊断依据之一。
如图3所示，所述DC/DC包括MCU、电子开关模组Q1、第一A/D转换模块、升压/降压模块、输出电流限制模块、第二A/D转换模块、电子开关模组Q2、CAN通信模块、功率二极管D1、功率二极管D2、稳压芯片（采用7805三端稳压集成电，将12V转为5V）和极性电容C，以上各部分的连接关系如下：
所述MCU分别与电子开关模组Q1、第一A/D转换模块、升压/降压模块、输出电流限制模块、第二A/D转换模块、电子开关模组Q2、CAN通信模块、稳压芯片连接；所述第一A/D转换模块分别与电子开关模组Q1、升压/降压模块连接；所述输出电流限制模块分别与升压/降压模块、第二A/D转换模块连接；所述第二A/D转换模块与电子开关模组Q2连接；所述电子开关模组Q2还与功率二极管D1的正极连接，功率二极管D1的负极与功率二极管D2的负极连接，功率二极管D2的正极分别与电子开关模组Q1、极性电容C的正极连接，极性电容C的负极与稳压芯片连接，稳压芯片还与功率二极管D1的负极和功率二极管D2的负极的连接点连接。
当冗余电池需要充电（SOC≠100%）时，电子开关模组Q1导通，电子开关模组Q2断开，DC/DC通过升压/降压模块给冗余电池充电且充电电压可根据冗余电池SOC调节（参见图4），同时通过电子开关模组Q1到load端给冗余用电器R2、需双电源供电的用电器R3供电。当冗余电池不需要充电（SOC=100%）时，MCU不使能升压/降压模块，此时DC/DC不给冗余电池充电。若充电过程中DC/DC检测到输入端电压低于或高于阀值（可预设），或接收到自动驾驶控制器的指令，MCU导通电子开关模组Q2，断开电子开关模组Q1（参见图5），同时不使能升压/降压模块，切换间隙的供电由极性电容C完成，切换后冗余用电器R2、需双电源供电的用电器R3由冗余电池供电。当冗余电池不需要充电时，电子开关模组Q1和电子开关模组Q2均导通，MCU不使能升压/降压模块，DC/DC通过Load端给冗余用电器R2、需双电源供电的用电器R3供电，因电子开关模组Q1、电子开关模组Q2之间有一对二极管（即功率二极管D1和功率二极管D2），主电源的电流不会经过电子开关模组Q2流到冗余电池，同时冗余电池的电流也不会经过电子开关模组Q1流到主电源。
本实施例中，一种车辆，包括如本实施例中所述的用于L3级自动驾驶的汽车双电源系统。其中，所述车辆为搭载有L3自动驾驶系统的车辆。
本实施例中，一般用电器R1:前照灯，雨刮电器，空调电器等等；
冗余用电器R2包括EPS(转向辅助系统)和ibooster(制动辅助)；
需双电源供电的用电器R3包括ADS（自动驾驶控制器）、GW（网关）、BCM（车身控制器）、ACM（自动换挡控制器）、DAS（运动域控制器）、前雷达和角雷达。

Claims (6)

1.一种用于L3级自动驾驶的汽车双电源系统，其特征在于：包括发电机、主电池、DC/DC和冗余电池；
所述发电机的电能输出端分别与主电池的正极、DC/DC的电压输入端、一般用电器R1的电源正极连接；发电机的搭铁分别与主电池的负极、车身、DC/DC的接地端、一般用电器R1的电源负极连接；DC/DC的电压输出端与冗余电池的正极连接，DC/DC的负载端分别与冗余用电器R2、需双电源供电的用电器R3的电源正极连接；冗余电池的负极分别与车身、冗余用电器R2的电源负极、需双电源供电的用电器R3的电源负极连接；
当主电源未失效时，由发电机和主电池为一般用电器R1供电；当冗余电池需要充电时，DC/DC给冗余电池充电， 并给冗余用电器R2、需双电源供电的用电器R3供电；
当主电源失效时，DC/DC切断主电源与冗余用电器R2、需双电源供电的用电器R3之间的回路，由冗余电池给冗余用电器R2、需双电源供电的用电器R3供电。
2.根据权利要求1所述的用于L3级自动驾驶的汽车双电源系统，其特征在于：所述DC/DC包括MCU、电子开关模组Q1、第一A/D转换模块、升压/降压模块、输出电流限制模块、第二A/D转换模块、电子开关模组Q2、CAN通信模块、功率二极管D1、功率二极管D2、稳压芯片和极性电容C；
所述MCU分别与电子开关模组Q1、第一A/D转换模块、升压/降压模块、输出电流限制模块、第二A/D转换模块、电子开关模组Q2、CAN通信模块、稳压芯片连接；所述第一A/D转换模块分别与电子开关模组Q1、升压/降压模块连接；所述输出电流限制模块分别与升压/降压模块、第二A/D转换模块连接；所述第二A/D转换模块与电子开关模组Q2连接；所述电子开关模组Q2还与功率二极管D1的正极连接，功率二极管D1的负极与功率二极管D2的负极连接，功率二极管D2的正极分别与电子开关模组Q1、极性电容C的正极连接，极性电容C的负极与稳压芯片连接，稳压芯片还与功率二极管D1的负极和功率二极管D2的负极的连接点连接。
3.根据权利要求1或2所述的用于L3级自动驾驶的汽车双电源系统，其特征在于：还包括用于检测冗余电池的SOC状态、充放电电流状态信息的蓄电池传感器，该蓄电池传感器通过LIN总线与DC/DC通信，上报冗余电池的SOC状态和充放电电流状态，DC/DC通过LIN总线向蓄电池传感器发送状态查询指令；DC/DC通过CAN总线向自动驾驶控制器反馈DC/DC的输出电压、输出电流、内部温度和保护状态，其他控制器通过CAN总线向DC/DC发送状态查询指令和通断指令。
4.根据权利要求3所述的用于L3级自动驾驶的汽车双电源系统，其特征在于：所述发电机和主电池布置在发动机舱内，所述冗余电池和DC/DC布置在行李箱内。
5.一种车辆，其特征在于：包括如权利要求1至4任一所述的用于L3级自动驾驶的汽车双电源系统。
6.根据权利要求5所述的车辆，其特征在于：所述车辆为搭载有L3自动驾驶系统的车辆。
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