CN111585336A - 电力分配系统 - Google Patents

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CN111585336A CN202010053117.1A CN202010053117A CN111585336A CN 111585336 A CN111585336 A CN 111585336A CN 202010053117 A CN202010053117 A CN 202010053117A CN 111585336 A CN111585336 A CN 111585336A
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Abstract

一种电力分配系统，包括：第一路径，通过该第一路径从DC/DC转换器向负载组中要被驱动的驱动负载供电；第二路径，与第一路径并联连接，通过该第二路径从电池向驱动负载供电；第三路径，与第二路径串联连接，并连接DC/DC转换器和电池；第一切换电路，被设置在第三路径中并且切换到ON状态或OFF状态；以及控制单元，基于导航系统的行驶路线信息将第一切换电路切换为ON状态或OFF状态。控制单元根据从行驶路线信息导出的驱动负载的负载电流的峰值电流，将第一切换电路切换为ON状态。

Description

电力分配系统
技术领域
本公开涉及一种电力分配系统。
背景技术
在现有技术中，从DC/DC转换器和电池中的至少一个供电的电力分配系统安装在诸如混合动力交通工具或电动交通工具(Electric Vehicle，EV)的交通工具上。电力分配系统包括第一路径和第二路径。
发明内容
通常，当DC/DC转换器的输出电流超过DC/DC转换器的额定电流时，由于DC/DC转换器中包括的线圈的磁饱和导致输出效率降低，并且DC/DC转换器的输出电压降低。因此，在如专利文献1所述的现有技术中，例如，将12V电池与DC/DC转换器并联安装，并且DC/DC转换器和电池始终连接。由于这种电路配置，电池的充电和放电由DC/DC转换器的输出电压控制。因此，由于电池被维持在完全充电状态，因此，如果电池由铅蓄电池形成，则电池的劣化被防止，但是，如果电池由锂离子电池形成，则电池的劣化被促进。因此，在电池由锂离子电池形成的情况下，控制电池的输出电压以使其不处于完全充电状态。
然而，由于DC/DC转换器的输出电压与电池的输出电压之间存在差异，因此对电池执行微充电和放电。微充电和放电的这种重复被认为是使诸如锂离子电池的不优选维持完全充电状态的电池劣化的因素。
鉴于这种情况做出了本公开，并且本公开能够防止电池的劣化。
根据本公开的一个方面的电力分配系统被安装在交通工具中，并且从DC/DC转换器和电池中的至少一个供电。该电力分配系统包括：第一路径，通过第一路径从DC/DC转换器向负载组中要被驱动的驱动负载供电；第二路径，与第一路径并联连接，通过第二路径从电池向驱动负载供电；第三路径，与第二路径串联连接，并且连接DC/DC转换器和电池；第一切换电路，设置在第三路径中，并且可以被切换为ON状态和OFF状态中的任意一个；以及控制单元，其基于安装在交通工具上的导航系统的行驶路线信息，将第一切换电路切换为ON状态和OFF状态中的任意一个。控制单元根据基于行驶路线信息导出的驱动负载的负载电流的峰值电流将第一切换电路切换为ON状态。
在根据本公开的一个方面的电力分配系统中，在DC/DC转换器的输出电流超过DC/DC转换器的额定电流的时间区域中产生峰值电流，并且控制单元优选地在该时间区域中维持第一切换电路的ON状态。
在根据本公开的一个方面的电力分配系统中，控制单元导出基于行驶路线信息而分析出的每个行驶区域的峰值电流，并且每个行驶区域被预测交通工具在行驶期间通过，并且每个行驶区域优选地是直线区域(rectilinear area)和交叉区域(intersectionarea)中的一个。
根据本公开的一方面，可以防止电池的劣化。
附图说明
图1是根据应用了本公开的实施例的电力分配系统的电路框图。
图2是示出根据应用了本公开的实施例的DC/DC转换器的输出电流和输出电压的输出特性的示例的示图。
图3是示出根据应用了本公开的实施例的导航系统的行驶路线和行驶区域X(0)至X(10)的示例的示图。
图4是示出根据应用了本公开的实施例的驱动负载的负载电流的峰值电流的预测图的示例的示图。
图5是示出根据应用了本公开的实施例的第一切换电路和第二切换电路的切换时间表的示例的示图。
图6是示出根据应用了本公开的实施例的电力分配系统的控制示例的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本公开的实施例，但是本公开不限于以下实施例。
(电路配置)
图1是根据应用了本公开的实施例的电力分配系统的电路框图。图1所示的电力分配系统安装在交通工具(未示出)上，并从DC/DC转换器1和电池7中的至少一个供电。该交通工具(未示出)例如是电动交通工具、插电式混合动力交通工具(PHEV)、混合动力交通工具(Hybrid Electric Vehicle，HEV)等。
供电目的地是第一负载组61和第二负载组62。第一负载组61包括例如现有技术中假定的典型负载和与自动驾驶相关联的负载。第二负载组62是自动驾驶所需的最小负载。典型的负载是例如电动助力转向设备、灯、雨刮器等。在自动驾驶中，例如，在日本政府或美国国家公路交通安全管理局(National Highway Traffic Safety Administration，NHTSA)指定的自动化级别级别3(LV3)下，系统控制交通工具的所有加速、转向和制动。因此，与自动驾驶相关联的负载对应于用于控制交通工具的加速、转向和制动的负载，具体地是电动助力转向设备、全球定位系统(Global Positioning System，GPS)、各种雷达设备、成像设备、各种ECU等。即，供电目的地是要在负载组6中要被驱动的驱动负载。
第一负载组61和第二负载组62可以包括能够继续最小限度自动驾驶的负载。例如，假设级别2(LV2)为自动化级别，则系统需要在交通工具的加速、转向和制动之间自动执行多个操作，使得能够继续最小限度自动驾驶的负载被配置为实现以上操作。因此，能够继续最小限度自动驾驶的负载包括用于通过系统自动执行交通工具的加速、转向和制动中的多个操作的负载，具体地，是用于实现作为自动化级别的级别3(LV3)的部分配置。当第一负载组61和第二负载组62中的任意一个不受特别限制时，其被称为负载组6。
DC/DC转换器1包括切换电路(未示出)等，并且将通过发动机的旋转而产生电力的电动机或发电机的高压输出电压转换成低压输出电压。因此，DC/DC转换器1可以将低压输出电压输出到第一负载组61和第二负载组62。另一方面，电池7由蓄电池(secondarybattery)形成。具体地，蓄电池是锂离子电池，并且向第一负载组61和第二负载组62供应暗电流。另外，电池7用作DC/DC转换器1的辅助电源。并且在DC/DC转换器1异常时还用作向第一负载组61和第二负载组62供电的备用电源。如果将电力供应给负载组6中的任意一个，则可以继续自动驾驶。
如图1所示，电力分配系统包括第一路径B1、第二路径B2、第三路径B3和第四路径B4。第一路径B1是主供电路径，通过该主供电路径从DC/DC转换器1向第一负载组61中要驱动的驱动负载供电。第二路径B2与第一路径并联连接，并且是备用电源路径，通过该备用电源路径从DC/DC转换器1和电池7中的任意一个向第二负载组62中要驱动的驱动负载供电。第三路径B3被设置在第二路径B2的连接点B31和第一路径B1的连接点B32之间。第三路径B3与第二路径B2串联连接，并且是连接DC/DC转换器1和第二负载组62的供电路径。第四路径B4是经由连接点B31连接电池7和第二负载组62的供电路径。
电力分配系统还包括第一切换电路21、第二切换电路22和ECU3。第一切换电路21是设置在第三路径B3中的并且可以被切换为ON状态和OFF状态中的任意一个的电路。第二切换电路22是设置在第四路径B4中的并且可以被切换为ON状态和OFF状态中的任意一个的电路。当第一路径B1和第二路径B2正常时，第一切换电路21被控制为ON状态，并且第二切换电路22被控制为OFF状态。通过这种电路配置，从DC/DC转换器1向第一负载组61和第二负载组62供电。
当在第一路径Bl中发生异常时，将第一切换电路21控制为OFF状态，并且将第二切换电路22控制为ON状态。通过这种电路配置，电力不被供应到第一负载组61，但是被供应到第二负载组62，使得继续自动驾驶。另外，当预测到仅通过从DC/DC转换器1供应的电力而供应到第一负载组61和第二负载组62的电压降低时，第二切换电路22被控制为ON状态。通过这种电路配置，由于电池7的电力也被供应到第一负载组61和第二负载组62，因此防止了供应到第一负载组61和第二负载组62的电压降低。
第一切换电路21和第二切换电路22包括例如机械继电器，该机械继电器通过使用可动触点的机械运动而切换到ON状态和OFF状态中的任意一个。第一切换电路21和第二切换电路22可以包括半导体继电器，该半导体继电器通过包括半导体切换元件等的电子电路切换到ON状态和OFF状态中的任意一个。
ECU3包括电源电路31、输入缓冲器32、A/D转换器33、驱动器电路34、通信电路35、存储电路36和MCU37，并且用作控制单元。电源电路31在动作范围内使输入电压逐步下降至ECU3的电压。输入缓冲器32包括锁存电路，其锁存数字信号。A/D转换器33将模拟信号转换为数字信号，并将该数字信号输出至MCU37。如将在下面详细描述的，MCU37基于包括安装在交通工具(未示出)上的导航系统5的行驶路线信息的信号P1，控制驱动器电路34将第一切换电路21和第二切换电路22中的每一个切换到ON状态和OFF状态中的任意一个。驱动器电路34包括栅极驱动器，并且输出驱动第一切换电路21的电压V1和驱动第二切换电路22的电压V2。通信电路35从导航系统5接收包括行驶路线信息的信号P1。存储电路36包括例如电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM(注册商标))。
图2是示出根据应用了本公开的实施例的DC/DC转换器1的输出电流和输出电压的输出特性的示例的示图。如图2所示，当DC/DC转换器1的输出电流超过DC/DC转换器1的额定电流时，由于DC/DC转换器1中包括的线圈的磁饱和，输出效率降低，使得DC/DC转换器1的输出电压降低。因此，通过利用电池7补偿DC/DC转换器1的输出电压的降低，ECU3执行其中施加到第一负载组61和第二负载组62中的每一组中包括的负载中要被驱动的驱动负载的施加电压保持在恒定水平的控制。具体地，ECU3根据基于行驶路线信息导出的驱动负载的负载电流的峰值电流，将第一切换电路21切换为OFF状态，并且将第二切换电路22切换为ON状态。如图2中所示，在DC/DC转换器1的输出电流超过DC/DC转换器1的额定电流的时间区域Tp中产生峰值电流。因此，ECU3在时间区域Tp中维持第一切换电路21的OFF状态和第二切换电路22的ON状态。
接下来，将参考图3详细描述行驶路线信息。图3是示出根据应用了本公开的实施例的导航系统5的行驶路线和行驶区域X(0)至X(10)的示例的示图。如现有技术中那样，当人驾驶交通工具(未示出)时，ECU3难以预测将要何时驱动和驱动什么样的负载，使得需要始终利用电池7辅助DC/DC转换器1。然而，在如上所述的自动驾驶中，由于系统驾驶交通工具(未示出)，因此ECU3可以预测将要何时驱动以及驱动什么样的负载。即，ECU3可以预测要被驱动的驱动负载。因此，ECU3使用导航系统5的行驶路线信息以实现对驱动负载的预测。例如，如图3所示，行驶路线信息包括诸如安全区A1和安全区A2的可停止区域以及关于行驶路线的道路信息。道路信息包括例如一侧上的两个车道、一侧上的一个车道和道路宽度。
具体地，ECU3基于行驶路线信息将交通工具(未示出)通过的地图上的区域划分为行驶区域X(0)至X(10)。行驶区域X(0)至X(10)中的每一个被预测交通工具(未示出)在行驶期间通过，并且是直线区域X_1和交叉区域X_2中的任意一个。基于道路信息进一步对直线区域X_1进行精细分类。例如，一侧上的两个车道和一侧上的一个车道是不同的直线区域X_1。例如，在图3的示例中，行驶区域X(0)和行驶区域X(2)具有不同的道路宽度，但是均为直线区域X_1。在图3的示例中，行驶区域X(0)、X(2)、X(4)、X(5)、X(7)和X(9)对应于直线区域X_1。在行驶区域X(0)、X(2)、X(4)、X(5)、X(7)和X(9)中，行驶区域X(4)被分配给安全区A1并且行驶区域X(7)被分配给安全区A2。行驶区域X(1)、X(3)、X(6)、X(8)和X(10)对应于交叉区域X_2。
行驶区域X(4)被分配给安全区A1，从而当交通工具(未示出)从行驶区域X(0)移动至X(3)时，在诸如第一电池7_1和第二电池7_2的电源中发生异常时，交通工具(未示出)被安全地移动至行驶区域X(4)，即安全区A1，并且被停止。因此，由于交通工具(未示出)行驶直到到达安全区A1，所以可以通过将行驶区域X(4)分配给安全区A1来导出包括用于行驶至安全区A1的量的后备所需电力Pa1，如下所述。同样适用于行驶区域X(7)。除非特别限制，否则行驶区域X(0)至X(10)中的每一个都被称为行驶区域X。
ECU3针对如上所述划分的每个行驶区域X，导出包括在第一负载组61和第二负载组62的每一组中的负载中的驱动负载的负载电流的峰值电流。ECU3根据导出的峰值电流将切换电路2切换为ON状态。即，通过基于从导航系统5获取的行驶路线信息来预测驱动负载的负载电流的峰值电流，ECU3可以在交通工具(未示出)在如图2所示的时间区域Tp以外行驶时将电池7维持为打开状态。例如，如图3所示，当交通工具(未示出)经由中间点a1和a2从当前点S自动地行驶到目标点G时，ECU3仅在如图2所示的时间区域Tp中将切换电路2控制在ON状态。
接下来，将参考图4描述用于基于对驱动负载的负载电流的峰值电流的预测来控制切换电路2的处理。图4是示出根据应用了本公开的实施例的驱动负载的负载电流的峰值电流的预测图的示例的示图。图5是示出根据应用了本公开的实施例的第一切换电路21和第二切换电路22的切换时间表的示例的示图。首先，如上所述，针对基于行驶路线信息执行的每个行驶区域X，ECU3指定产生驱动负载的负载电流的峰值电流的位置。例如，行驶路线上的交通工具(未示出)在交叉点处右转或停放的位置是产生驱动负载的负载电流的峰值电流的位置。在指定了产生驱动负载的负载电流的峰值电流的位置之后，ECU3计算该峰值电流。根据电动助力转向设备的转向角、制动器的操作量、各种传感器和相机的驱动时间等来计算峰值电流。图4示出了驱动负载的负载电流的峰值电流，在该峰值电流中，对计算结果进行了积分并且考虑了当前负载电流。具体地，如图4所示，当假定DC/DC转换器1的输出电流超过DC/DC转换器1的额定电流时，允许电池7补偿DC/DC转换器1的输出电压的降低，以便供应驱动负载的负载电流的峰值电流。
具体地，如图5所示，ECU3根据用于每个行驶区域X的驱动负载的负载电流的峰值电流的大小，将第一切换电路21控制为ON状态，并且将第二切换电路22控制为ON状态和OFF状态中的任意一个。例如，在直线区域X_1(i)至X_1(i+2)中，第二切换电路22被控制为处于OFF状态。另一方面，在交叉区域X_2(j)至X_2(j+2)和停车区域X_0中，第二切换电路22被控制为处于ON状态。即，当驱动负载的负载电流的峰值电流超过DC/DC转换器1的额定电流时，由于DC/DC转换器1中包括的线圈的磁饱和，输出效率降低，并且DC/DC转换器1的输出电压降低，使得除了第一切换电路21之外，ECU3还控制第二切换电路22处于ON状态，从而控制来自DC/DC转换器1和电池7的供电成为可能。因此，如上所述，防止了供应给第一负载61和第二负载62的电压降低。另一方面，当驱动负载的负载电流的峰值电流未超过DC/DC转换器1的额定电流时，DC/DC转换器1的输出电压不会降低，使得ECU3控制第二切换电路22处于OFF状态，同时控制第一切换电路21处于OFF状态，从而可以控制来自DC/DC转换器1的供电。当没有特别限制直线区域X_1(i)至X_1(i+2)中的任意一个时，其被称为直线区域X_1。当没有特别限制交叉区域X_2(j)至X_2(j+2)中的任意一个时，其被称为交叉区域X_2。
(动作)
接下来，将参考图6描述具体的控制示例。另外，在步骤S15至S18中说明的峰值电流是驱动负载的负载电流的峰值电流。图6是示出根据应用了本公开的实施例的电力分配系统的控制示例的流程图。在步骤S11中，ECU3确定是否已经从导航系统5获取了行驶路线信息。当ECU3确定已经从导航系统5获取了行驶路线信息时(步骤S11；是)，处理进入步骤S12。当ECU3确定尚未从导航系统5获取行驶路线信息时(步骤S11；否)，重复步骤S11的处理。
在步骤S12中，ECU3基于行驶路线信息来分析行驶路线，并且处理进入步骤S13。在步骤S13中，ECU3基于行驶路线信息将行驶区域X划分为直线区域X_1和交叉区域X_2中的任意一个，并且处理进入步骤S14。行驶区域X(4)是直线区域X_1，并且对应于安全区A1。行驶区域X(7)是直线区域X_1，并且对应于安全区A2。在步骤S14中，ECU3针对每个行驶区域X预测在备用负载6_2中要被驱动的驱动负载，并且处理进入步骤S15。在步骤S15中，针对每个行驶区域X，ECU3导出用于峰值电流的电力，并且处理进入步骤S16。
在步骤S16中，ECU3导出中途点a1的路径中的峰值电流，然后处理进入步骤S17。在步骤S17中，ECU3导出中途点a2的路径中的峰值电流，并且处理进入步骤S18。在步骤S18中，ECU3导出目标点G的路径中的峰值电流，并且处理进入步骤S19。在步骤S19中，ECU3测量除驱动以外的负载电流，并且处理进入步骤S20。为了预测电压下降，需要获得包括驾驶所需的负载电流和除驾驶以外的(诸如空调或音频)的负载电流的电流值。因此，在ECU3获得由交通工具消耗的所有电流值之后，处理进入步骤S20。在步骤S20中，ECU3确定需要电池7协助的行驶区域X，并且处理进入步骤S21。在步骤S21中，ECU3创建切换时间表，并且处理进入步骤S22。在步骤S22中，ECU3对电池7执行充电和放电，并且处理进入步骤S23。
在步骤S23中，ECU3测量除驾驶以外的电流值，并且处理进入步骤S24。在步骤S24中，ECU3确定测量的电流值是否已经从先前测量的电流值改变为等于或大于指定值。当ECU3确定测量的电流值已经从先前测量的电流值改变为等于或大于指定值时(步骤S24；是)，处理返回到步骤S20。当ECU3确定测量的电流值未从先前测量的电流值改变为等于或大于指定值时(步骤S24；否)，处理进入步骤S25。在步骤S25中，ECU3确定是否已通过划分的行驶区域X中的一个。当ECU3确定已经通过了划分的行驶区域X中的一个时(步骤S25；是)，处理进入步骤S26。当ECU3确定未通过划分的行驶区域X中的一个时(步骤S25；否)，处理返回到步骤S23。处理返回到步骤S23，从而ECU3始终监视除驾驶之外的电流值，并通过下一步骤S24的处理将先前测量的电流值与当前测量的电流值进行比较。当比较结果显示等于或大于指定值的改变时，处理转移到通过从步骤S20重新开始而再次创建切换时间表。
在步骤S26中，ECU3确定是否存在未行驶的行驶区域X。当ECU3确定存在未行驶的行驶区域X时(步骤S26；是)，处理返回到步骤S16。当ECU3确定不存在未行驶的行驶区域X时(步骤S26；否)，处理进入步骤S27。在步骤S27中，ECU3确定是否已经达到目标点G。当ECU3确定已经达到目标点G时(步骤S27；是)，处理结束。当ECU3确定尚未达到目标点G时(步骤S27；否)，处理返回到步骤S11。
(效果)
根据以上说明，在本实施方式中，根据基于行驶路线信息导出的驱动负载的负载电流的峰值电流，将切换电路2控制为ON状态。当驱动负载的负载电流是峰值电流时，DC/DC转换器1的输出电流超过DC/DC转换器1的额定电流，从而DC/DC转换器1的输出电压降低。因此，如果根据驱动负载的负载电流的峰值电流将切换电路2控制为ON状态，则仅当DC/DC转换器1的输出电压降低时，才将DC/DC转换器1和电池7控制为导通状态，使得可以减少重复的微充电和放电动作。因此，可以防止电池7的劣化。
在本实施例中，在DC/DC转换器1的输出电流超过DC/DC转换器1的额定电流的时间区域Tp中维持切换电路2的ON状态。因此，如果DC/DC转换器1的输出电流没有超过DC/DC转换器1的额定电流，则DC/DC转换器1和电池7处于非导通状态，使得电池7可以尽可能地维持打开。因此，由于可以有效地使用电池7，因此可以特别显著地防止电池7的劣化。
在本实施例中，针对基于行驶路线信息而分析出的多个行驶区域X中的每一个，导出驱动负载的负载电流的峰值电流。如上所述，每个行驶区域X被预测交通工具在行驶期间通过，并且是直线区域X_1和交叉区域X_2中的任意一个。因此，可以适当地预测与每个行驶区域X相对应的驱动负载。因此，由于可以改善导出驱动负载的负载电流的峰值电流的精度，因此可以适当地设定切换电路2的切换定时。
尽管以上已经基于实施例描述了应用本公开的电力分配系统，但是本公开不限于此，并且可以在不脱离本公开的精神的情况下进行修改。
例如，在本实施例中，已经将作为自动化级别的级别3(LV3)和级别2(LV2)描述为自动驾驶，但是本发明不限于此。例如，负载可以是等于或高于作为自动化级别的级别4(LV4)的负载，或者可以是作为自动化级别的级别1(LV1)的负载。

Claims (3)

1.一种电力分配系统，安装在交通工具中，并从DC/DC转换器和电池的至少一个供电，所述电力分配系统包括：
第一路径，通过所述第一路径，从所述DC/DC转换器向负载组中要被驱动的驱动负载供电；
第二路径，与所述第一路径并联连接，通过所述第二路径从所述电池向所述驱动负载供电；
第三路径，与所述第二路径串联连接，并且连接所述DC/DC转换器和所述电池；
第一切换电路，被设置在所述第三路径中并且能够被切换为ON状态和OFF状态中的任意一个；以及
控制单元，基于安装在所述交通工具上的导航系统的行驶路线信息，将所述第一切换电路切换为ON状态和OFF状态中的任意一个，
其中，所述控制单元根据基于所述行驶路线信息导出的所述驱动负载的负载电流的峰值电流，将所述第一切换电路切换为ON状态。
2.根据权利要求1所述的电力分配系统，其中，
所述峰值电流在所述DC/DC转换器的输出电流超过所述DC/DC转换器的额定电流的时间区域中产生，以及
所述控制单元在所述时间区域中维持所述第一切换电路的ON状态。
3.根据权利要求1或2所述的电力分配系统，其中，
所述控制单元导出基于所述行驶路线信息而分析出的每个行驶区域的峰值电流，以及
所述每个行驶区域被预测所述交通工具在行驶期间通过，并且所述每个行驶区域是直线区域和交叉区域中的一个。
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