CN113165587A - 安装在车辆中的电力供应系统 - Google Patents

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CN113165587A CN201980077901.1A CN201980077901A CN113165587A CN 113165587 A CN113165587 A CN 113165587A CN 201980077901 A CN201980077901 A CN 201980077901A CN 113165587 A CN113165587 A CN 113165587A
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Abstract

披露了一种安装在车辆中的电力供应网络，该电力供应网络包括一个或多个电能源，包括至少两个配电箱(511)，该至少两个配电箱各自包括：至少一条内部配电总线(601，602)，该至少一条内部配电总线可以连接至该一个或多个电能源；至少两个输出开关(61，62，63，64，65，66，67，68)，每个输出开关从该内部配电总线向该车辆的不同用电器供应电力；处理器(603)，该处理器用于控制输出开关以便将消耗负载分配在与该车辆的不同操作模式相关联的这些用电器之间。

Description

安装在车辆中的电力供应系统
技术领域
本发明涉及车辆、更具体地机动车辆中的车载电力供应网络。
背景技术
通常，这样的电力供应网络包括一个或多个熔丝盒，其在输入端直接连接或通过电缆间接连接到电池和交流发电机，并且在输出端通过其他电缆连接到不同的用电器或用电器群组。此外，许多车载计算机进而通过总线型或有线型连接来连接到不同的用电器，以控制和监测这些用电器的操作。
已知的电力供应网络架构的缺点在于需要许多不同的电线和电缆。这些架构的缺点还有不是非常模块化。例如，增加、移除或修改用电器可能需要对布线图进行全面检查，除非已经正确预见了所有将来的修改。保护熔丝还具有以下缺点：在电路因熔丝损坏而断开后必须更换熔丝。用复位断路器来代替熔丝(住宅中就是这种情况)在当今机动车辆的许多操作模式并不一定都需要同一种能量分配的情况下将具有其他缺点，比如例如在体积或在能量分配管理方面的缺点。
发明内容
为了克服现有技术的缺点，本发明的主题是一种车辆中的车载电力供应网络，该车载电力供应网络包括一个或多个电能源，其特征在于，该车载电力供应网络包括至少两个配电箱，该至少两个配电箱各自包括：至少一条内部配电总线，该内部配电总线可以连接至所述一个或多个电能源；至少两个输出开关，各自用于从内部配电总线向不同于该车辆的用电器供电；以及驱动器处理器，该驱动器处理器用于驱动所述输出开关将消耗负载分配在与车辆的不同操作模式相关联的用电器之间。
根据本发明的配电网络因此使得可以按照每个配电箱附近的用电器组来分配车辆的电消耗管理，从而使得可以减少、简化和更好地管理布线。
有利地，输出开关中的至少一个包括至少两个并联开关路径，这些开关路径上游通过第一公共电导体连接至内部配电总线，并且下游通过第二公共电导体连接至用电器之一。
特别地，所述输出开关的至少一个包括由smart MOS晶体管形成的至少一个开关路径。
同样有利地，电力供应网络包括连接至每个电能源的耦合箱和用于将每个配电箱连接至每个耦合箱的一组电线。
特别但非必要地，当电力供应网络包括至少两个电能源时，每个耦合箱包括：
-选择器，该选择器包括多个开关路径，所有开关路径上游连接至同一能量源极，并且每个开关路径下游连接至离开该耦合箱的电线；
-控制处理器，该控制器用于控制该选择器，以便控制和监测连接至被分派到同一能量源极的电线的每条路径的接通状态。
更特别地，离开耦合箱的多条电线被以共用方式分配到至少两个配电箱，并且这些配电箱中的每一个包括：
-输入开关，该输入开关具有多个并联开关路径，这些开关路径上游各自单独连接至所述所分配的电线之一，并且下游以成群组、成子群组或单独的方式连接至一条内部配电总线或该(多条)内部配电总线，所述驱动器处理器控制和监测每个路径的接通状态。
可替代地，离开耦合箱的每条电线连接至仅一条内部配电总线。
电力供应网络值得注意的是，车辆的操作模式包括以下各项中的全部或一些：停车模式、维修模式、物流模式、驾驶模式、微混合动力模式、自主驾驶模式和故障模式。
电力供应网络还值得注意的是，至少一个配电箱包括存储器，该存储器包含诊断指令，并且这些诊断指令可以由驱动器处理器访问以执行诊断操作。
优选地，电力供应网络包括车载通信总线和连接至该车载通信总线的中央车载计算机，从而使得每个驱动器处理器和/或每个控制处理器访问车载通信总线，以便与中央车载计算机交换信息。
更特别地，每个驱动器处理器和/或每个控制处理器在该车辆卷入碰撞事件或与失去与驱动器处理器的通信时执行安全管理程序。
另外更特别地，两个配电箱各自包括用于检测内部配电总线上的欠电压和/或过电压的至少一个电压传感器。
本发明的另一个主题是一种机动车辆，该机动车辆包括电力供应网络，该电力供应网络再现了说明书的其余部分中描述的基本特征。
附图说明
参考附图，通过阅读借助于说明性且非限制的示例对实施方式和实施例的详细描述，本发明的其他优点和特征将变得明显，在附图中：
[图1]展示了根据本发明的包括电力供应网络的第一实施方式的机动车辆；
[图2]展示了根据本发明的包括电力供应网络的第二实施方式的机动车辆；
[图3]示出了根据本发明的电力供应网络的第一变体；
[图4]示出了可以用于电力供应网路的第一变体的第一配电箱；
[图5]示出了根据本发明的电力供应网络的第二变体；
[图6]示出了可以用于电力供应网路的第二变体的第二配电箱；
[图7]示出了可以用于电力供应网路的第二变体的第三配电箱。
具体实施方式
参考[图1]，车辆、更具体地机动车辆100，包括车载电力供应网络110。电力供应网络110包括电能源101，该电能源基本上由12V电池组成。该12V电池是例如铅酸电池或锂离子电池。车载电力供应网络110包括两个配电箱111、112。
位于发动机舱(CMO)中的配电箱111连接至电池101，该电池连接至起动器103，该起动器本身连接至交流发电机102，该交流发电机可以构成另一个电能源。当发动机位于车辆的前部时，配电箱111例如位于左前部(AVG)。配电箱111将来自其连接的一个或多个电能源的电压分配给主要位于发动机舱中的用电器。
位于乘客舱、通常位于仪表板(Pdb)中的配电箱112连接至配电箱111，以便进而向主要位于车辆其余部分中的用电器分配电能。
参考[图2]，机动车辆200包括车载电力供应网络200。电力供应网络210包括三个电能源201、202、204，这些电能源基本上由12V主电池、12V副电池、以及交流发电机或BSG型起动器-交流发电机组成。这些电能源经由两个源耦合器箱连接至12V网络，这允许该能量源连接至12V车载网络或从该车载网络断开连接。车载电力供应网络210具有六个配电箱211、212、213、221、222、223。
主电池201和起动器203连接至第一源耦合器205。副电池204和交流发电机或BSG202连接至第二源耦合器206。当发动机位于车辆的前部时，配电箱211例如位于左前部(AVG)。
配电箱211还连接至配电箱221，以便将来自其连接至的电能源的电压分配至主要位于发动机舱中的用电器。
位于乘客舱前部、通常位于仪表板(Pdb)中的配电箱212、222分别连接至配电箱211和配电箱221，以便进而向主要位于车辆前部的用电器分配电能。
位于车辆后部且分别位于左后部(ARG)和右后部(ARD)的配电箱213、223分别连接至配电箱212和配电箱222，以便进而向主要位于车辆后部的用电器分配电能。
参考[图3]，电力供应网络110、210可以更精确地以电力供应网络310的形式来产生，仅借助于说明性示例，该电力供应网络包括三个配电箱311、312、313。以下给出的解释对于在如图1的两个与如图2的六个之间的任何数量、或更多个配电箱仍然有效。
配电箱311、312、313连接至电能源，该电能源由电池301组成，该电池通过一组电线81、82、83、84、85、86与12V能量产生器(交流发电机、起动器-交流发电机、DC-DC转换器等)303并联连接，一条或多条电线使得可以将这些配电箱中的每一个连接至电能源。
配电箱312、313类似于现在将参考[图4]所描述的配电箱311。
配电箱311包括内部配电总线401，该内部配电总线只需连接至电线81，以便将其连接至由与12V能量产生器303并联连接的电池301形成的电能源。
多个输出开关44、45、46、48各自包括开关路径，这些开关路径上游通过电导体430、440连接至内部配电总线401，并且各自下游通过第二电导体431、432、433、442连接至不同的连接器或端子，该连接器或端子通往用电器之一。例如，图3中可以看出，开关45使得可以从内部配电总线401向用电器35供应电力。
输出开关47包括两个并联的开关路径，这些开关路径上游通过公共电导体440连接至内部配电总线401，并且下游通过第二公共电导体441连接至用电器37。因此，输出开关47允许从内部配电总线401向用电器37供应比开关45允许向用电器35供应的电流更大的电流。
在该示例中，配电箱311还包括内部配电总线402，该内部配电总线只需连接至电线82，以便将其连接至由电池301和能量产生器303形成的电能源。
输出开关41、42、和43各自包括三个或四个并联开关路径，这些开关路径上游通过第一公共电导体410、420连接至内部配电总线402，并且下游通过第二公共电导体411、421连接到不同的用电器。输出开关41比开关42多一个开关路径，因而开关41允许从内部配电总线402向用电器31供应比开关42允许向用电器32供应的电流更大的电流。
为同一开关放置多个并联开关路径对通过MOS(金属氧化物半导体)晶体管(例如，金属氧化物栅极场效应晶体管)产生开关尤其有用。MOS晶体管的优点在于具有非常短的响应时间，这在汽车安全领域是很有价值的。然而，机动车辆中的12V量级的低供电电压导致高电流值，以满足用电器的涌入功率需求。将电流分配在多个并联开关路径中使得可以在使通过每个晶体管的电流更小的同时满足电流需求。
驱动器处理器403控制每个输出开关44、45、48的单个开关路径的断开和闭合，或控制输出开关41、42、43、47中的每一个的所有开关路径的同时断开和闭合，以便将消耗负载分配在与车辆的不同操作模式相关联的用电器之间。
通过smart MOS晶体管来产生开关路径使得可以本地地管理温度、电流值、电压值，并且可以与驱动器处理器通信(在控制/监测和器械操作两方面)。
与功率MOS晶体管相关联的芯片可以包括用于MOS晶体管的结的温度探针、以及微处理器，该微处理器能够读取由该探针测得的温度值，并且能够在晶体管的内部结发生过热的情况下(例如，只要测得的温度达到或超过150℃就)使该MOS晶体管截止以断开开关路径，从而保护功率MOS晶体管。与功率MOS晶体管相关联的芯片还可以包括用于通过MOS晶体管的结的电流的电流探针，微处理器可访问该电流探针，在通过晶体管的内部结的电流过大的情况下，该微处理器驱动MOS晶体管使其截止以断开开关路径，从而保护功率MOS晶体管。还可以对微处理器进行编程，以便将电流限制为在短时间内处于可参数化的最大值，以允许某些瞬态行为。与功率MOS晶体管相关联的芯片还可以包括在MOS晶体管的结的输出处的电压探针。在可参数化的电压阈值被超过的情况下，微处理器可以通过控制MOS晶体管使其处于截止状态来断开开关路径，以便保护功率MOS晶体管。该芯片配备有数字和/或模拟接口，以接收来自驱动器处理器的控制指令，并且将与实时温度、安培数、电压有关的数据、以及与越限警报有关的数据传送至驱动器处理器。
参考[图5]，电力供应网络110、210或者其他车载电力供应网络还可以以电力供应网络510的形式来产生，在此再次仅借助于说明性示例，电力供应网络包括三个配电箱511、512、513。
电力供应网络510与电力供应网络310的不同之处基本上在于，电力供应网络510包括两个电能源。第一电能源由主电池503组成，该主电池在第一耦合箱506的上游与起动器504并联连接。第二电能源由附加紧急电池503组成，该附加紧急电池在第二耦合箱506上游与起动器504并联连接。
每个耦合箱505、506分别包括选择器507、508，该选择器包括多个开关路径(在图5的说明性示例中是八个)，每个开关路径下游连接至离开耦合箱的电线。离开耦合箱505的电线中的每一条均连接(例如在此通过接合(splice))至电线91、92、93、94、95、96、97，该电线本身连接至耦合箱506的电线。选择器507的开关路径上游都连接至电池501的同一+极。选择器508的开关路径上游都连接至电池503的同一+极。
用于控制选择器507的控制处理器509使得可以分别控制和监测连接至被分派或未被分派到由电池501形成的能量源的+极和/或能量产生器502的电线的每个路径的接通状态或断开状态。
用于控制选择器508的控制处理器520使得可以分别控制和监测连接至被分派或未被分派到由电池503形成的能量源的+极的电线的每个路径的接通状态或断开状态。
这两个处理器509、520通过车载通信总线90彼此通信，以便控制每个选择器507、508的开关路径，使得每条电线91、92、93、94、95、96、97优选地连接至多一个电能源的电势。例如，在车辆的紧急操作模式下，处理器509控制选择器507的所有路径使这些路径处于断开状态，同时处理器520控制选择器508的所有路径使这些路径处于接通状态，从而使得电力供应网络510仅由第二能量源供应电力。例如，在车辆的能量分配操作模式中，处理器509控制选择器507的连接至电线91、92、93的路径使这些路径处于接通状态，并且控制选择器507的连接至电线94、95、96、97、98的路径使这些路径处于断开状态，同时处理器520控制选择器508连接至电线91、92、93的路径使这些路径处于断开状态，并且控制选择器508连接至电线94、95、96、97、98的路径使这些路径处于接通状态，从而使得电力供应网络510由第一能量源以共享方式供电。还可以设想控制这两个选择器507、508的所有或一些相同的开关路径使其处于接通状态，例如以便从能量产生器502对附加电池503进行再充电。
处理器509、520各自以受熔丝521、522保护的方式分别从选择器507、508上游被供应电力，和/或以受开关路径之一保护的方式分别从选择器507、508下游被供应电力。
在替代性实施例中，配电箱512、513类似于现在将参考[图6]描述的配电箱511。
配电箱511包括相当于一条或多条内部配电总线401、402的一条或两条内部配电总线601、602。
多个输出开关64、65、66、67、68各自包括一个或两个开关路径，以相当于与输出开关44、45、46、47、48相当的方式，这些开关路径上游连接至内部配电总线601，以便从内部配电总线601向用电器54、55、56、57、58供应电力。
在该示例中，配电箱511还包括内部配电总线602。输出开关61、62、和63各自包括三个或四个并联开关路径，这些开关路径上游通过第一公共电导体610、620连接至内部配电总线602，并且下游通过第二公共电导体611、621连接到不同的用电器。输出开关61比开关62多一个开关路径，因而开关61允许从内部配电总线602向用电器51供应比开关62允许向用电器53供应的电流更大的电流。
如对于配电箱311的开关同样地，为同一开关放置多个并联开关路径对通过MOS(金属氧化物半导体)晶体管(例如，金属氧化物栅极场效应晶体管或Smart-MOSTM晶体管)产生开关尤其有用。
驱动器处理器603控制每个输出开关64、65、68的单个开关路径的断开和闭合，或控制输出开关61、62、63、67中的每一个的所有开关路径的同时断开和闭合，以便将消耗负载分配在与车辆的不同操作模式相关联的用电器之间。
然而，配电箱311更适合于其中离开耦合箱305、505、506的每条电线均连接至仅一条内部配电总线的电力供应网络，同时图6中示出的配电箱511更适合于其中离开耦合箱305、505、506的多条电线以共用方式被分配到至少两个相似的配电箱511、512、513的电力供应网络。
和图6中示出的配电箱511相同的配电箱512、513与配电箱311的不同之处基本上在于，前者的每个箱均包括具有多个并联开关路径的输入开关60，这些开关路径上游各自单独连接至所分配的电线91、92、93、94、95、96、97、98之一，并且下游以成群组、成子群组或单独的方式连接至一条或多条内部配电总线601、602。驱动器处理器603控制和监测每个路径的接通状态和断开状态，以确定第一组电线91、92、93中的哪一条或多条电线连接或未连接至内部配电总线601、以及第二组电线94、95、96中的哪一条或多条电线连接或未连接至内部配电总线602。
与图6中示出的配电箱511相同的配电箱311、312、313可以在网络310中使用，以便使每个配电箱311、312、313共享每个导体81至86。换言之，在存在单个电能源的情况下同样可以使用与配电箱511相同的配电箱。
在另一个替代性实施例中，配电箱211、212、213、221、222、223类似于现在将参考[图7]描述的配电箱221。
图7中所展示的配电箱包括单条内部配电总线701，该内部配电总线连接至多个开关71、72、73、74、75、76、77、78，这些开关具有断开状态和闭合状态，其状态由处理器703控制和监测。某些开关74、75、76、78仅具有一个开关路径。某些开关71、72、73、77具有至少两个开关路径。例如，输出开关71包括四个并联开关路径，这些开关路径上游通过第一公共电导体710连接至内部配电总线701，并且下游通过第二公共电导体711连接至用电器之一。又例如，输出开关72包括三个并联开关路径，这些开关路径上游通过第一公共电导体连接至内部配电总线701，并且下游通过第二公共电导体721连接至另一个用电器。
以相当于图6中示出的配电箱511的方式，图7中示出的配电箱221包括具有多个并联开关路径的输入开关70，这些开关路径上游各自单独连接例如至所分配的电线91、92、93、94、95、96、97、98中之一，并且下游以成群组的方式连接至内部配电总线701。驱动器处理器703控制和监测每个路径的接通状态和断开状态，以确定一组电线91、92、93、94、95、96中的哪一条或多条电线连接或未连接至内部配电总线701。
不同于图6中示出的配电箱511，图7中示出的配电箱221包括两个输入连接器，每个输入连接器连接在输入开关70的每个开关路径的上游。第一连接器允许将配电箱221连接至由电能源输送的电势或由另一配电箱输送的电势。第二连接器允许配电箱221向另一个配电箱输送其通过第一连接器所连接至的电势。双连接器使得可以避免对连接配电箱的电缆进行接合。
配电箱311、511、221分别包括存储器404、604、704，这些存储器可以由处理器403、603、703访问，以便在其中写入数据和在其中读取数据或执行存储在其中的计算机指令。
要写入存储器的数据可以来自连接箱的处理器所连接的车载通信总线80、90。要写入存储器的数据还可以来自所存储的计算机指令的执行、或者来自与电力供应网络相关的测量信号。例如，两个配电箱各自包括用于检测内部配电总线上的欠电压和/或过电压的电压传感器。存储器还可以包含诊断指令，这些诊断指令可以由驱动器处理器访问以执行诊断操作。
中央车载计算机(未示出)可以有利地连接至车载通信总线80、90，以便管理车辆的不同操作模式，这些操作模式包括以下各项中的全部或一些：停车模式、维修模式、物流模式、驾驶模式、微混合动力模式、自主驾驶模式和故障模式。
配电箱311、511中的每个驱动器处理器303、503和/或每个控制处理器509、520访问车载通信总线80、90，以便与中央车载计算机交换信息，特别是以便接收用于将电能分配在连接到每个配电箱的不同用电器之间的指令。
每个驱动器处理器403、603、703和/或每个控制处理器509、520还可以经由车载通信总线或直接经由专用电线接收车辆碰撞检测警报，以便在车辆卷入碰撞事件中时执行安全管理程序。安全管理程序(其例如存储在存储器404、604、704中)可以包括断开开关41至48中的所有或一些，或者断开输入开关60、70的开关路径中的所有或一些。微型继电器49、69具有故障接触件，该故障接触件将总线401、601的端部从输入端处的电线81、91、92、93断开连接，以便将总线的端部连接至电池或迷你电池405、605，该微型继电器允许在缺乏来自电能源之一的电势的情况下对处理器403、603供应电力。在安全程序中可以规定使连接在总线401、601的端部的有限数量的输出开关47、48、67、68保持接通。
为了执行空中固件升级(FOTA)软件修改，将每个配电箱布置成检查受空中固件升级修改影响的用电器是否连接至或未连接至其输出端是有利的。可以通过存储在存储器404、604中的关联表来实施这种类型的检查。

Claims (11)

1.一种车辆(100，200)中的车载电力供应网络(110，210，310，510)，该车载电力供应网络包括多个电能源(101，102，201，202，301，302，501，502，503)，包括至少两个配电箱(111，112，211，212，213，221，222，223，311，312，313，511，512，513)，该至少两个配电箱各自包括：
-至少一条内部配电总线(401，402，601，602，701)，该至少一条内部配电总线可以连接至所述电能源；
-至少两个输出开关(41，42，61，62，71，72)，各自用于从该内部配电总线向不同于该车辆的至少一个用电器(31，32，51，52)供应电力；
-驱动器处理器(403，603，703)，该驱动器处理器用于驱动所述输出开关以将消耗负载分配在与该车辆的不同操作模式相关联的这些用电器之间，该网络包括连接至每个电能源的耦合箱(305，505，506)和用于将每个配电箱(311至313，511至513)连接至每个耦合箱(305、505、506)的一组电线(81至86，91至98)，该网络的特征在于，每个耦合箱(505，506)包括：
-选择器(507，508)，该选择器包括多个开关路径，所有开关路径上游连接至能量源(501，503)的同一极(+)，并且每个开关路径下游连接至离开该耦合箱的电线；
-控制处理器(509，520)，该控制器用于控制该选择器，以便控制和监测连接至被分派到所述同一能量源极的电线的每条路径的接通/断开状态。
2.如权利要求1所述的电力供应网络，其特征在于，所述输出开关(41，42，61，62，71，72)中的至少一个包括至少两个并联开关路径，该至少两个并联开关路径上游通过第一公共电导体(410，420，610，620，710，720)连接至该内部配电总线，并且下游通过第二公共电导体(411，421，611，621，711，721)连接至这些用电器之一。
3.如权利要求1和2中任一项所述的电力供应网络，其特征在于，所述输出开关中的至少一个包括由smart MOS晶体管形成的至少一个开关路径。
4.如权利要求1至3之一所述的电力供应网络，其特征在于，离开耦合箱的每条电线连接至仅一条内部配电总线。
5.如权利要求1至3之一所述的电力供应网络(510)，其特征在于，离开耦合箱的多条电线被以共用方式分配到至少两个配电箱(511，512，513)，并且其特征在于，所述至少两个配电箱中的每一个包括：
-输入开关(60，70)，该输入开关具有多个并联开关路径，这些开关路径上游各自单独连接至所述所分配的电线(91至98)之一，并且下游以成群组、成子群组或单独的方式连接至一条内部配电总线或该(多条)内部配电总线(601至602，701)，所述驱动器处理器(603，703)控制和监测每个路径的接通状态。
6.如前述权利要求之一所述的电力供应网络，其特征在于，该车辆的操作模式包括以下各项中的全部或一些：停车模式、维修模式、物流模式、驾驶模式、微混合动力模式、自动驾驶模式和故障模式。
7.如前述权利要求之一所述的电力供应网络，其特征在于，至少一个配电箱(311，511，221)包括存储器(404，604，704)，该存储器包含诊断指令，并且这些诊断指令可以由该驱动器处理器(403，603)访问以执行诊断操作。
8.如前述权利要求之一所述的电力供应网络，其特征在于，该电力供应网络包括车载通信总线(80，90)和连接至该车载通信总线的中央车载计算机，并且其特征在于，每个驱动器处理器(403，603，703)和/或每个控制处理器(509，520)访问该车载通信总线，以便与该中央车载计算机交换信息。
9.如前述权利要求之一所述的电力供应网络，其特征在于，每个驱动器处理器(403，603，703)和/或每个控制处理器(509，520)在该车辆卷入碰撞事件或与失去通信总线时执行安全管理程序。
10.如前述权利要求之一所述的电力供应网络，其特征在于，至少两个配电箱(311，312)各自包括用于检测该内部配电总线(401，402)上的欠电压和/或过电压的电压传感器。
11.一种机动车辆(100，200)，该机动车辆包括如前述权利要求之一所述的电力供应网络(110，210)。
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