CN110871687B - 车辆用电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车辆用电源系统，其包括第一电源系统、第二电源系统及第三电源系统，其中，所述第一电源系统配置为，包括第一DC‑DC变换器和第一电池，向至少包括自动驾驶系统在内的第一负载供给电力，所述第二电源系统配置为，包括第二DC‑DC变换器和第二电池，向至少包括转向ECU、制动器ECU、以及信息通信部在内的第二负载供给电力，并且，所述第三电源系统配置为，包括连接控制器和第三电池，向至少包括转向ECU、制动器ECU、以及所述信息通信部在内的第三负载供给电力。

Description

车辆用电源系统
技术领域
本发明涉及一种车辆用电源系统。
背景技术
日本特开2017-218013公开了一种车辆用电源系统，其对于向包含ACC(自适应巡航控制)、LKA(车道保持辅助)、以及自动制动器等在内的驾驶辅助系统供给电力的电源，由主电源和副电源(备用电源)冗余地构成。在上述车辆用电源系统中，利用冗余电源结构，从而即使在驾驶辅助系统动作时主电源发生异常，也能够利用副电源使驾驶辅助系统继续动作。
发明内容
在上述日本特开2017-218013所记载的车辆用电源系统中，在例如将自动驾驶系统通过加装方式向车辆安装的情况下，考虑将自动驾驶系统与现有的车载基础架构的电源系统连接。但是，在将自动驾驶系统与车载基础架构的电源系统连接的结构中，自动驾驶系统会受到由车载基础架构的负载组产生的电压变动的影响。因此，有可能向自动驾驶系统供给的电压变得不稳定，自动驾驶系统无法最恰当地进行动作。
本发明提供一种能够使自动驾驶系统的电源系统稳定的车辆用电源系统。
本发明的第一方式所涉及的车辆用电源系统包括：高压电池；第一电源系统，其配置为由所述高压电池供给电力；第二电源系统，其配置为由所述高压电池供给电力；以及第三电源系统，其配置为由所述高压电池供给电力，其中，所述第一电源系统与至少包含自动驾驶系统在内的第一负载连接，所述第一电源系统包括：第一DC-DC变换器，其配置为将从所述高压电池供给来的电力进行电压变换而输出；以及第一电池，其被供给所述第一DC-DC变换器的输出电力，所述第一电源系统配置为，将所述第一DC-DC变换器的输出电力及所述第一电池的电力向所述第一负载供给，所述第二电源系统与至少包含转向ECU、制动器ECU以及信息通信部在内的第二负载连接，所述信息通信部配置为与所述自动驾驶系统之间发送/接收控制信息，所述第二电源系统包括：第二DC-DC变换器，其配置为将从所述高压电池供给来的电力进行电压变换而输出；以及第二电池，其被供给所述第二DC-DC变换器的输出电力，所述第二电源系统配置为，将所述第二DC-DC变换器的输出电力及所述第二电池的电力向所述第二负载供给，所述第三电源系统与至少包括转向ECU、制动器ECU、以及所述信息通信部在内的第三负载连接，所述第三电源系统包括：连接控制器，其配置为控制所述第二DC-DC变换器和所述第三负载之间的连接状态；以及第三电池，其被供给由所述第二DC-DC变换器经由所述连接控制器输出的电力，并且所述第三电源系统配置为，将由所述第二DC-DC变换器输出的电力经由所述连接控制器向所述第三负载供给，将所述第三电池的电力向所述第三负载供给。
根据上述本发明的车辆用电源系统，能够使自动驾驶系统的电源系统稳定。
附图说明
下面将参照附图描述本发明所例示的实施例的特征、优点以及技术和工业意义，相同的附图标记表示相同的部件，其中：
图1是示出本发明的一个实施方式所涉及的车辆用电源系统的概略结构的图。
图2是示出图1的控制部执行的DDC控制处理的步骤的流程图。
具体实施方式
[概要]
在本发明中，构建一种将自动驾驶系统的电源系统与车载基础架构的电源系统分离的电源系统。由此，自动驾驶系统的电源系统不会受到车载基础架构的电源系统中产生的电压变动的影响。从而，能够使自动驾驶系统的电源系统稳定。
[结构]
图1是示出本发明的一个实施方式所涉及的车辆用电源系统1的概略结构的图。图1所示的车辆用电源系统1由第一电源系统100、第二电源系统200、第三电源系统300、高压电池10和控制部70构成，其中，该第一电源系统100具备第一DC-DC变换器(DDC)21及第一电池31，连接有第一负载41，该第二电源系统200具备第二DC-DC变换器(DDC)22及第二电池32，连接有第二负载42，该第三电源系统300具有连接控制器23及第三电池33，连接有第三负载43。车辆用电源系统1搭载于能够进行自动驾驶的混合动力汽车及电动汽车等中。
高压电池10是以可充放电地构成的高电压电池，例如可以为锂离子电池或镍氢电池。该高压电池10与第一DC-DC变换器21、第二DC-DC变换器22、以及未图示的电动机/发电机(MG)等驱动车辆所需的规定设备连接，经由具备分配器及/或断路器功能的接线盒(J/B)向第一DC-DC变换器21、第二DC-DC变换器22以及规定的设备并联地供给高电压电力。
控制部70是能够控制车辆用电源系统1的状态的电子控制装置(ECU:ElectronicControl Unit)。具体地，控制部70获取第一电池31、第二电池32、以及第三电池33的信息(电压、电流、温度等)，根据该获取到的信息推定各电池的状态。对于各电池的信息，能够利用未图示的、设置在各电池中的电压传感器、电流传感器、温度传感器等获取。上述进行推定的状态的细节将在后文记述。并且，控制部70基于推定出的状态而最恰当地控制第一DC-DC变换器21、第二DC-DC变换器22、以及连接控制器23。该控制方法的细节将在后文记述。
<第一电源系统>
第一电源系统100是向构成用于实施自动驾驶的自动驾驶系统的设备等负载供给用于负载动作的电力的电源系统，该设备等例如是由OEM(Original EquipmentManufacturing)服务商或MaaS(Mobility-as-a-Service)服务商等向车辆提供的。上述构成自动驾驶系统的设备可以是在出厂时预先被导入车辆的，也可以是在出厂后被导入(通过加装而安装至)车辆的。该第一电源系统100与后文记述的面向车载基础架构的第二电源系统200及第三电源系统300彼此隔离地构建。
第一DC-DC变换器21将由高压电池10供给来的高压电力变换为规定的低压电力，然后向第一电池31及第一负载41输出(供给)。规定的低电压例如是为了使由OEM服务商或MaaS服务商等向车辆提供的、构成自动驾驶系统的设备等动作所需的电压。
第一电池31是例如铅酸电池或锂离子电池等可充放电地构成的电力储存要素。该第一电池31配置为，能够储存从第一DC-DC变换器21输出的电力，另外能够向第一负载41供给电力。第一电池31的状态由控制部70监视。
第一负载41是由OEM服务商或MaaS服务商等提供的设备，作为一个例子，可以是包括自动驾驶系统411在内的设备。另外，也可以是还包括冷却器412及其它设备413在内的设备。自动驾驶系统411是用于控制车辆的自动驾驶的设备。冷却器412是用于对自动驾驶系统411动作时发热的电子控制装置(未图示)进行冷却而使动作稳定的设备。其他设备413是除了自动驾驶系统411及冷却器412之外的与自动驾驶相关的设备。此外，上述冷却器412及其他设备413如果并非自动驾驶系统411进行自动驾驶动作所必需的设备，则也可以省略。此外，在本实施方式中，记载了在组装有第一电池31及第一DC-DC变换器21的车辆中，提供了自动驾驶系统411、冷却器412及其他设备413作为构成自动驾驶系统的设备的一个例子。但是，也可以是该第一电池31及第一DC-DC变换器21的其中一者或这两者没有预先组装在车辆中，而是与例如构成自动驾驶系统的设备等一起后续向车辆提供。
<第二电源系统>
第二电源系统200用于向由OEM服务商或MaaS服务商等在设计后提供的功能之外的、为了实现原始设计的车辆中所搭载的各种功能而构建的车载基础架构所连接的各负载，供给用于负载动作的电力。
第二DC-DC变换器22将由高压电池10供给来的高电压电力变换为规定的低电压电力，向连接控制器23、第二电池32、以及第二负载42输出(供给)。规定的低电压可以是为了使车载基础架构的第二负载42动作所需的电压。此外，该第二DC-DC变换器22也可以配置为，包括未图示的逆变器或升压变换器等，作为对由电动机/发电机(MG)进行的动力运行动作及再生动作进行控制的动力控制单元(PCU)的一部分。
第二电池32是例如铅酸电池或锂离子电池等可充放电地构成的电力储存要素。该第二电池32配置为，储存从第二DC-DC变换器22输出的电力，另外将自身存储的电力向第二负载42和连接控制器23输出(供给)。第二电池32的状态由控制部70被监视。
作为一个例子，第二负载42包括控制转向(EPS)的ECU 422、控制制动器的ECU423、以及接口盒(I/F_BOX)424、以及上述所列举出的设备之外且搭载于车辆中的通常设备421。接口盒424是在由OEM服务商或MaaS服务商等提供给车辆的自动驾驶系统411和搭载于车辆中的各种系统之间进行信息通信的信息通信部，作为网关起作用。该接口盒424通过与自动驾驶系统411进行通信而获取自动驾驶系统411中生成的、与车辆的自动驾驶相关的运行计划即路线数据。
<第三电源系统>
第三电源系统300是以第二电源系统200的备用电源为目的而冗余地构成的电源系统。该第三电源系统300配置为，能够在第二电源系统200发生电源故障的情况下等，在紧急时为了使车辆安全地进行避让行动而使必要的负载继续动作。
连接控制器23插入第二DC-DC变换器22和第三负载43之间，控制第二DC-DC变换器22和第三负载43之间的连接状态。连接控制器23例如可以由在导通及断开状态之间切换的半导体继电器、或者将输入电压进行电压变换(保持、升压、降压)而输出的DC-DC变换器构成。该连接控制器23将由第二DC-DC变换器22输出的部分电力向第三电池33及第三负载43输出(供给)。
第三电池33是例如铅酸电池或锂离子电池等可充放电地构成的电力储存要素。该第三电池33配置为，能够储存从连接控制器23输出的电力，另外能够向第三负载43供给电力。第三电池33的状态由控制部70监视。
作为一个例子，第三负载43包括控制转向(EPS)的ECU 431、控制制动器的ECU432、以及上述接口盒(I/F_BOX)424。转向ECU 431是构成为与转向ECU 422相同功能的冗余设备。制动器ECU 432是构成为与制动器ECU 423相同功能的冗余设备。
此外，在上述本实施方式的结构例中，形成在第二电源系统200及第三电源系统300中各自独立地连接有转向ECU及制动器ECU的冗余结构，但也可以配置为，使转向ECU及制动器ECU均为单一构成且能够由第二电源系统200及第三电源系统300的任意一个供给电力。另外，接口盒424形成为能够由第二电源系统200及第三电源系统300的任意一个供给电力的单一构成，但也可以形成为将两个接口盒424与第二电源系统200及第三电源系统300各自独立地连接的冗余结构。
[通过结构实现的作用]
对由上述第一电源系统100、第二电源系统200、及第三电源系统300构成的车辆用电源系统1能够实现的作用的一个例子进行说明。
在车辆用电源系统1中，包括自动驾驶系统411的第一电源系统100构成为与车载基础架构的第二电源系统200及第三电源系统300隔离。也就是说，通过在第一电源系统100、第二电源系统200以及第三电源系统300之间插入能够抑制电压变动的DC-DC变换器21及22，而实施上述电源系统的隔离。通过这一结构，能够避免自动驾驶系统411受到与车载基础架构连接的第二负载42及第三负载43产生的电压变动的影响。由此，能够使连接有自动驾驶系统411的第一电源系统100稳定，使自动驾驶最恰当地进行动作。
另外，在车辆用电源系统1中，接口盒424存储有由自动驾驶系统411生成的作为自动驾驶计划的路线数据。由此，即使在例如以自动驾驶进行行驶时第一电源系统100发生电源故障的情况下，虽然自动驾驶系统411停止或重置，但能够按照存储在接口盒424中的路线数据而最恰当地控制转向ECU 422及制动器ECU 423，操作车辆直至成为停在路肩的状态等安全状态为止。
在除此之外进而第二电源系统200的第二电池32也发生电源故障的情况下，虽然转向ECU 422及制动器ECU 423功能停止，但可以通过第三电源系统300的第三电池33使转向ECU 431及制动器ECU 432的动作继续。由此，能够按照存储在接口盒424中的路线数据最恰当地控制转向ECU 431及制动器ECU 432，操作车辆直至成为停在路肩的状态等安全状态为止。
[控制]
接下来，参照图2对车辆用电源系统1执行的控制进行说明。图2是示出本实施方式所涉及的车辆用电源系统1的控制部70进行的DC-DC变换器(DDC)控制处理的步骤的流程图。
图2所示的DDC控制处理在车辆的电源接通时开始，反复执行直至电源断开为止。
步骤S201：控制部70基于从第一电池31、第二电池32、以及第三电池33获得的电池信息推定各电池的状态。对于要推定的状态，作为一个例子可举出充电状态SOC(State OfCharge)、功能状态SOF(State Of Function)、开路电压OCV(Open Circuit Voltage)、容量、基于预先规定的条件的(根据规定电压而以规定电流放电规定时间时的)输出电压等。
步骤S202：控制部70判断推定出的第二电池32的状态是否为需要充电的状态。该是否为需要充电的状态的判断可以基于为了推定第二电池32的状态而获取到的值是否处在规定范围内而进行。例如，可以基于推定SOC是否处在范围A[％]内进行判断，也可以基于推定OCV是否处在范围B[V]内进行判断，也可以基于推定容量是否处在范围C[Ah]内进行判断，也可以基于推定输出电压是否处在范围D[V]内进行判断。另外，可以进行上述判断中的任意一个，或者将其中的多个组合进行。上述的范围A至范围D是与第二负载42的动作所需的值对应地适当设定的。在为了推定第二电池32的状态而获取到的值处在上述范围内的情况下(S202为是)，处理前进至步骤S203，在为了推定第二电池32的状态而获取到的值不在上述范围内的情况下(S202为否)，处理前进至步骤S206。
步骤S203：控制部70判断推定出的第三电池33的状态是否为需要充电的状态。该是否为需要充电的状态的判断可以基于为了推定第三电池33的状态而获取到的值是否处在规定范围内而进行。例如，可以基于推定SOC是否处在范围E[％]内进行判断，也可以基于推定OCV是否处在范围F[V]内进行判断，也可以基于推定容量是否处在范围G[Ah]内进行判断，也可以基于推定输出电压是否处在范围H[V]内进行判断。另外，可以进行上述判断中的任意一个，或者将其中的多个组合进行。上述的范围E至范围H是与第三负载43的动作所需的值对应地适当设定的。在为了推定第三电池33的状态而获取到的值处在上述范围内的情况下(S203为是)，处理前进至步骤S204，在为了推定第三电池33的状态而获取到的值不在上述范围内的情况下(S203为否)，处理前进至步骤S206。
步骤S204：控制部70判断推定出的第一电池31的状态是否为需要充电的状态。该是否为需要充电的状态的判断可以基于为了推定第一电池31的状态而获取到的值是否处在规定范围内而进行。例如，可以基于推定SOC是否处在范围I[％]内进行判断，也可以基于推定OCV是否处在范围J[V]内进行判断，也可以基于推定容量是否处在范围K[Ah]内进行判断，也可以基于推定输出电压是否处在范围L[V]内进行判断。另外，能够进行上述判断中的任意一个，或者将其中的多个组合进行。上述的范围I至范围L是与第一负载41的动作所需求的值对应地适当设定的。在为了推定第一电池31的状态而获取到的值处在上述范围内的情况下(S204为是)，处理前进至步骤S206，在为了推定第一电池31的状态而获取到的值不在上述范围内的情况下(S204为否)，处理前进至步骤S205。
此外，上述的范围A至范围L可以全部为彼此不同的值，也可以其中一部分为相同的值。
步骤S205：控制部70实施使得第一DC-DC变换器21与第二DC-DC变换器22相比更优先的电力供给控制。即，实施控制以使得第一电池31与第二电池32和第三电池33相比更优先充电而增加蓄电量。通过这一控制，例如能够抑制第一电池31陷入过放电状态、抑制电压过低而第一负载41的功能重置的情况。作为上述使第一DC-DC变换器21优先的电力供给控制，例如可以是将针对第一DC-DC变换器21的电压指示值设为高于通常(第一电池31的状态处在规定范围内时)的电压指示值而促进对第一电池31充电的控制等。上述控制在从高压电池10汲取的电力存在限制的情况下等、无法同时提高第一DC-DC变换器21及第二DC-DC变换器22这两者的电压指示的情况下有用。在实施上述电力供给控制后，处理前进至步骤S207。
步骤S206：控制部70实施使得第二DC-DC变换器22与第一DC-DC变换器21相比更优先的电力供给控制。即，实施控制以使得第二电池32及第三电池33与第一电池31相比更优先充电而增加蓄电量。通过这一控制，例如能够抑制第二电池32陷入过放电状态、抑制电压过低而第二负载42的功能重置的情况。作为上述使第二DC-DC变换器22优先的电力供给控制，例如可以是将针对第二DC-DC变换器22的电压指示值设为高于通常(第二电池32及第三电池33的状态处在规定范围内时)的电压指示值而促进对第二电池32充电的控制等。在实施上述电力供给控制后，处理前进至步骤S207。
步骤S207：控制部70判断是否发生了结束本DDC控制处理的规定的事件。规定的事件例如为车辆的电源断开、或者车辆行驶结束。在发生了事件的情况下(S207为是)，本DDC控制处理结束，在没有发生事件的情况下(S207为否)，处理返回至步骤S201。
在上述DDC控制处理中，通过协调控制第一DC-DC变换器21和第二DC-DC变换器22，从而能够最恰当地控制向第一电池31、第二电池32、以及第三电池33的电力供给。例如，在连接有自动驾驶系统411的第一电源系统100的第一电池31的容量过低的情况下，能够与车载基础架构的电源系统的第二电池32及第三电池33相比更优先实施从高压电池10向第一电池31的电力供给。
[本实施方式的作用·效果]
如上所述，根据本实施方式所涉及的车辆用电源系统1，将连接有自动驾驶系统411的第一电源系统100与车载基础架构的第二电源系统200及第三电源系统300彼此隔离。由此，能够抑制连接有自动驾驶系统411的第一电源系统100受到车载基础架构的第二负载42及第三负载43产生的电压变动的影响。从而，能够使自动驾驶系统411的电源系统稳定，使自动驾驶最恰当地进行动作。
另外，根据本实施方式所涉及的车辆用电源系统1，控制部70通过管理各电池的状态并协调各DC-DC变换器(DDC)而进行控制，从而恰当地控制从高压电池10向各电池的电力供给以使得各电池的状态处在规定范围内。由此，在例如从高压电池10汲取的电力存在限制的情况下，在第一电池31的容量较低时等，实施使第一DC-DC变换器21优先的电力供给，因此，能够在抑制汲取来自高压电池10的电力的量的同时，防止在自动驾驶系统411动作时与驾驶员的意图无关而自动驾驶自行重置这样的情况。另外，在例如从高压电池10汲取的电力存在限制的情况下，在第二电池32或第三电池33的容量较低时等，实施使第二DC-DC变换器22优先的电力供给，因此，能够抑制第二电池32或第三电池33的过放电，抑制车辆行驶时“前进·转弯·停止”的操作变得迟缓等情况。
另外，根据本实施方式所涉及的车辆用电源系统1，除了控制部70以使得各电池的状态处在规定范围内的方式进行协调控制之外，接口盒424还存储自动驾驶系统411生成的自动驾驶的路线数据。由此，在实施使第二DC-DC变换器22比第一DC-DC变换器21更优先的电力供给的期间，也能够基于接口盒424的信息继续进行自动驾驶。从而，即使在车辆行驶时由OEM服务商或MaaS服务商等提供的自动驾驶系统411万一发生故障，也能够通过与车辆的车载基础架构连接的各负载而维持自动驾驶方式的行驶。

Claims (6)

1.一种车辆用电源系统，其特征在于，包括：
高压电池；
第一电源系统，其配置为由所述高压电池供给电力；
第二电源系统，其配置为由所述高压电池供给电力；以及
第三电源系统，其配置为由所述高压电池供给电力，
其中，
所述第一电源系统与至少包含自动驾驶系统在内的第一负载连接，
所述第一电源系统包括：第一DC-DC变换器，其配置为将从所述高压电池供给来的电力进行电压变换而输出；以及第一电池，其被供给所述第一DC-DC变换器的输出电力，
所述第一电源系统配置为，将所述第一DC-DC变换器的输出电力及所述第一电池的电力向所述第一负载供给，
所述第二电源系统与至少包含转向ECU、制动器ECU以及信息通信部在内的第二负载连接，所述信息通信部配置为与所述自动驾驶系统之间发送/接收控制信息，
所述第二电源系统包括：第二DC-DC变换器，其配置为将从所述高压电池供给来的电力进行电压变换而输出；以及第二电池，其被供给所述第二DC-DC变换器的输出电力，
所述第二电源系统配置为，将所述第二DC-DC变换器的输出电力及所述第二电池的电力向所述第二负载供给，
所述第三电源系统与至少包括所述转向ECU、所述制动器ECU、以及所述信息通信部在内的第三负载连接，
所述第三电源系统包括：连接控制器，其配置为控制所述第二DC-DC变换器和所述第三负载之间的连接状态；以及第三电池，其被供给由所述第二DC-DC变换器经由所述连接控制器输出的电力，
并且，
所述第三电源系统配置为，将由所述第二DC-DC变换器输出的电力经由所述连接控制器向所述第三负载供给，将所述第三电池的电力向所述第三负载供给。
2.根据权利要求1所述的车辆用电源系统，其特征在于，
还包括控制部，其配置为，基于所述第一电池的状态、所述第二电池的状态、以及所述第三电池的状态，控制所述第一DC-DC变换器、所述第二DC-DC变换器、以及所述连接控制器，
其中，所述控制部配置为：
在所述第一电池的状态不满足第一规定条件、并且所述第二电池的状态及所述第三电池的状态满足第二规定条件的情况下，实施与所述第二DC-DC变换器相比更优先所述第一DC-DC变换器的电力供给，
且在除上述情况之外的情况下，实施与所述第一DC-DC变换器相比更优先所述第二DC-DC变换器的电力供给。
3.根据权利要求2所述的车辆用电源系统，其特征在于：
所述第一电池的状态、所述第二电池的状态、以及所述第三电池的状态各自包括充电状态、功能状态、开路电压、预先规定的条件下的输出电压中的至少一个，
在所述第一电池的状态的值处在第一规定范围内时，满足所述第一规定条件，
在所述第二电池的状态的值处在第二规定范围内、并且所述第三电池的状态的值处在第三规定范围内的情况下，满足所述第二规定条件。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的车辆用电源系统，其特征在于，
所述信息通信部获取并存储由所述自动驾驶系统生成的、作为与车辆的自动驾驶相关的运行计划的路线数据。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的车辆用电源系统，其特征在于，
所述第一负载还包括冷却器，所述冷却器利用所述第一DC-DC变换器的输出电力及所述第一电池的电力而动作，冷却所述自动驾驶系统。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的车辆用电源系统，其特征在于，
所述连接控制器是以将输入来的电力进行电压变换而输出的方式配置的第三DC-DC变换器、或者是对导通状态和断开状态进行切换的半导体继电器。
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