CN114291016B - 整车电源网络保护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种整车电源网络保护系统，布置在两路电源电气节点KL30和电气节点KL30R之间，将低功能安全等级负载和智能驾驶高功能安全等级负载隔离开，处于常闭状态；其通过软件和硬件实时诊断检测所述汽车两路电源电气节点KL30和电气节点KL30R，任意一路电源发生单点电气故障，其能断开所述汽车两路电源电气节点KL30和电气节点KL30R；其中，电气节点KL30连接蓄电池正极，电气节点KL30R连接发电机正极。本发明将低功能安全等级负载和智能驾驶高功能安全等级负载分开，当汽车电源网络发生单点电气故障时，迅速断开，以消除故障电源回路对另一电源回路的影响，避免导致整个电源网络失效，保证一侧电源网络可正常工作，能提高汽车电源网络的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种整车电源网络保护系统。
背景技术
随着汽车电动化、智能网联化的需求不断发展，汽车电子器件的用电安全性随之提高，汽车电源网络失效会对车辆功能产生很大的影响，尤其是辅助驾驶或自动驾驶 相关功能一旦失效，车辆将会失去控制，造成严重事故。
目前,传统汽车电源网络架构为蓄电池与发电机并联，新能源汽车电源网络架构为两路DC-DC电源并联，形成双电源再连接至各个控制器和负载电源输入端。整车电 源的功率较大，短时工作电流甚至会达到200A以上，传统保险丝只能进行最基本的 过流熔断保护，难以根据需求进行过流阈值在线调节、电压监控诊断、可控制自恢复； 当电源网络发生单点过压或欠压或过流或短路等电气故障，会对整个电源网络造成影响，导致所有用电模块和智能驾驶功能失效，并且无法及时诊断出故障类型，如果驾 驶员不能及时接管车辆，车辆将会失去控制，引发不良后果。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分 并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意 味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明要解决的技术问题是提供一种用于车载两路电源之间，能对电源网络进行可控制开断，能进行故障诊断和故障恢复，并对电气故障点进行电气隔的整车电源网 络保护系统.
为解决上述技术问题，本发明提供的整车电源网络保护系统，布置在两路电源电气节点KL30和电气节点KL30R之间，将低功能安全等级负载和智能驾驶高功能安全等级负载隔离开，处于常闭状态；
其通过软件和硬件实时诊断检测所述汽车两路电源电气节点KL30和电气节点KL30R，任意一路电源发生单点电气故障，其能断开所述汽车两路电源电气节点KL30 和电气节点KL30R；
其中，电气节点KL30连接蓄电池正极，电气节点KL30R连接发电机正极。
可选择的，进一步改进所述的整车电源网络保护系统，所述单点电气故障包括过压、欠压、过流和短路至少其中之一。
可选择的，进一步改进所述的整车电源网络保护系统，MCU，其通过CAN通信模 块进行通信诊断，通过模拟信号输入模块进行两路LDO电源的电压、电流和温度的软 件诊断，其通过电压监控模块和双向电流监控模块识别硬件诊断故障类型，通过驱动 及MOSFET开关模块实现断开和闭合操作；
电源模块，其分为两路LDO电源，一路用于MCU供电，一路用于内部逻辑芯片供 电和CAN收发器供电；
CAN通信模块，用于MCU与整车之间的信息交互以及XCP标定；
模拟信号输入模块，其用于冗余采集电气节点KL30和电气节点KL30R电压信号、导通电流信号、温度信号，采集back to back MOSFET的源极电压信号，并输入至MCU 进行软件诊断；
温度传感器模块，其用于采集back to back MOSFET各MOSFET开关区域的温度 并转换成模拟信号输入至MCU，实现过温保护；
驱动及MOSFET开关模块，其分为两路并联连接，能分别控制实现断开和闭合操作，每路具有三组共源极back to back MOSFET拓扑实现断开时电气防反隔离；
双向电流监控模块，包括一路双向电流采样，用于采集电流信号并转化成模拟电压信号输入至MCU；一路电压监控，用于监控电流转换成的模拟电压信号，进行硬件 过流诊断，并输出过流硬件诊断标志位，当同时检测到欠压故障和过流故障时，则判定为短路故障；
电压监控模块，其分为两路，一路用于电气节点KL30过压、欠压硬件诊断，一 路用于电气节点KL30R过压、欠压硬件诊断，并输出过压、欠压硬件诊断标志位；
逻辑电路模块，用于硬件诊断关断路径和软件诊断关断路径信号的逻辑处理。
可选择的，进一步改进所述的整车电源网络保护系统，所述预驱及MOSFET开关 模块包括：
第一预驱芯片及第一～第六MOSFET开关管Q1～Q6和第二预驱芯片及第七～第十二MOSFET开关管Q7～Q12；
第一～第六MOSFET开关管Q1～Q6的第一端1共同连接至第一预驱芯片的Gate引脚；
第一～第三MOSFET开关管Q1～Q3的第二端2共同连接RSENSE的一端电气节点KL30_A，RSENSE的另一端连接至电气节点KL30；
第四～第六MOSFET开关管Q4～Q6的第二端2共同连接至电气节点KL30R，第一～第六MOSFET开关管Q1～Q6的第三端3共同连接至第一预驱芯片的Source引脚，组合 成共源极back to back MOSFET开关拓扑1；
第一～第六MOSFET开关管Q1～Q6的第三端S1连接第一电阻R1一端，第一电阻R1另一端连接第二电阻R2一端和限流滤波第三电阻R3一端，第二电阻R2另一端连接 地，限流滤波第三电阻R3另一端连接第一滤波电容C1一端和MCU的ADC引脚，第一 滤波电容C1另一端连接地，用于采集S1电压信号，通过S1电压信号反馈开关拓扑1 为闭合/断开状态第七～第十二MOSFET开关管Q7～Q12的第一端1共同连接至第二预驱 芯片的Gate引脚；
第七～第九MOSFET开关管Q7～Q9的第二端2共同连接RSENSE的一端电气节点KL30_A；
第十～第十二MOSFET开关管Q10～Q12的第二端2共同连接至电气节点KL30R，第七～第十二MOSFET开关管Q7～Q12的第三端3共同连接至第二预驱芯片的Source引脚， 组合成共源极back to back MOSFET开关拓扑2；
第七～第十二MOSFET开关管Q7～Q12的第三端S2连接第四电阻R4一端，第四电 阻R4另一端连接第五电阻R5一端和限流滤波第六电阻R6一端，第五电阻R5另一端 连接地，限流滤波第六电阻R6另一端连接第二滤波电容C2一端和MCU的ADC引脚， 第二滤波电容C2另一端连接地，用于采集S2电压信号，通过S2电压信号反馈开关 拓扑2为闭合/断开状态；
第一预驱芯片使能引脚EN1连接至逻辑电路模块，用于控制开关拓扑1执行闭合 /断开功能，EN1为低电平表示第一预驱芯片使能，开关拓扑1闭合，EN1为高电平表 示第一预驱芯片不使能，开关拓扑1断开；
第二预驱芯片使能引脚EN2连接至逻辑电路模块，用于控制开关拓扑2执行闭合/断开功能，EN2为低电平表示第二预驱芯片使能，开关拓扑2闭合，EN2为高电平表 示第二预驱芯片不使能，开关拓扑2断开。
可选择的，进一步改进所述的整车电源网络保护系统，所述软件诊断过程包括：
系统初始化自检，若自检失败则执行故障识别和故障仲裁，并执行自恢复策略以及执行闭合/断开。
可选择的，进一步改进所述的整车电源网络保护系统，系统初始化自检包括：
通过驱动开关拓扑1和开关拓扑2闭合和断开检测反馈电压,判断开关拓扑1和 开关拓扑2闭合是否能正常断开和闭合。
可选择的，进一步改进所述的整车电源网络保护系统，故障识别包括：ADC冗余 故障判断、电气节点KL30故障判断、电气节点KL30R故障判断、过流故障判断和温 度故障判断。
可选择的，进一步改进所述的整车电源网络保护系统，故障仲裁包括：
根据整车发送的开启诊断功能信号，输出控制信号至预驱及MOSFET开关模块， 并向整车CAN网络发送DTC诊断故障码。
可选择的，进一步改进所述的整车电源网络保护系统，所述自恢复策略包括：发生故障断开所述汽车两路电源电气节点KL30和电气节点KL30R后，主动闭合驱动及 MOSFET开关模块，主动闭合次数小于等于三次，若三次主动尝试后，故障仍存在，保 持所述汽车两路电源电气节点KL30和电气节点KL30R断开；
若驱动及MOSFET开关模块三次内能实现闭合，则判断故障消除，则清除闭合累 计次数，所述汽车两路电源电气节点KL30和电气节点KL30R恢复闭合状态。
本发明布置在汽车两路电源电气节点KL30和电气节点KL30R之间，处于常闭状态，将低功能安全等级负载和智能驾驶高功能安全等级负载分开，用于检测两路电源 网络工作状态，通过电压监控模块和电流监控模块进行软硬件诊断检测，可实现整车 特殊情况下硬件控制断开MOSFET开关管，也可通过MCU冗余采集模拟信号进行软件诊断检测，实现整车特殊工况下软件控制断开MOSFET开关管。当汽车电源网络发生 单点电气故障时，迅速断开，以消除故障电源回路对另一电源回路的影响，避免导致 整个电源网络失效，保证一侧电源网络可正常工作，能提高汽车电源网络的安全性。 本发明能适用于传统燃油车和新新能源车型的车载电源网络，经整车验证极大的提高 了电源系统的可靠性和智能驾驶的安全性。
附图说明
本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制 的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本 发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或 属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明电源网络保护系统应用示意图。
图2是本发明电源网络保护系统结构示意图。
图3是本发明电源网络保护系统原理示意图一。
图4是本发明电源网络保护系统原理示意图二。
图5是本发明电源网络保护系统原理示意图三。
图6是本发明电源网络保护系统原理示意图四。
图7是本发明电源网络保护系统诊断流程图一。
图8是本发明电源网络保护系统诊断流程图二。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的 具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应 用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以 多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当 理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性 具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。应当理解的是，当元件被称作“连 接”或“结合”到另一元件时，该元件可以直接连接或结合到另一元件，或者可以存 在中间元件。不同的是，当元件被称作“直接连接”或“直接结合”到另一元件时，不存在中间元件。在全部附图中，相同的附图标记始终表示相同的元件。
第一实施例；
参考图1所示，本发明提供一种整车电源网络保护系统，布置在两路电源电气节点KL30和电气节点KL30R之间，将低功能安全等级负载和智能驾驶高功能安全等级负载隔离开，处于常闭状态；
其通过软件和硬件实时诊断检测所述汽车两路电源电气节点KL30和电气节点KL30R，任意一路电源发生单点电气故障，其能断开所述汽车两路电源电气节点KL30 和电气节点KL30R；
其中，电气节点KL30连接蓄电池正极，电气节点KL30R连接发电机正极。
第二实施例；
参考图1结合图2所示，本发明提供一种整车电源网络保护系统，布置在两路电 源电气节点KL30和电气节点KL30R之间，将低功能安全等级负载和智能驾驶高功能 安全等级负载隔离开，处于常闭状态；其通过软件和硬件实时诊断检测所述汽车两路 电源电气节点KL30和电气节点KL30R，任意一路电源发生单点电气故障，其能断开所述汽车两路电源电气节点KL30和电气节点KL30R；电气节点KL30连接蓄电池正极， 电气节点KL30R连接发电机正极，包括：
MCU，通过CAN通信模块接收和发送所需要的车辆信息，根据车辆发送的开启/关闭智能驾使功能信息，执行开启/关闭电源网络诊断功能，通过模拟信号输入模块采 集并监控电气节点KL30、电气节点KL30R的电压ADC值和电气节点KL30与电气节点 KL30R通路电流转换成的ADC值，与默认设定的或可在线标定的过压、欠压、过流， 软件诊断阈值进行比较，通过温度传感器模块采集温度转换成的ADC值，与默认设定 的或可在线标定的过温阈值进行比较，实现软件诊断功能，软件诊断流程包括：系统初始化自检，故障识别，故障仲裁，自恢复策略，执行闭合/断开，可检测的故障包 括：电气节点KL30过压、电气节点KL30欠压、电气节点KL30R过压、电气节点KL30R 欠压、电气节点KL30至电气节点KL30R电流流向的正向过流、电气节点KL30R至电 气节点KL30电流流向的反向过流、过温，当同时检测到欠压故障和过流故障，则判 定为短路故障，通过软件控制预驱及MOSFET开关模块执行闭合或断开功能；本实施 例中，MCU是infineon的144PIN的SAK-TC234LP-32F200N AC；建议MCU性能参数为： PFLASH:2MByte；DFLASH:192Kbyte；DMA:16channels；ADC:24channles/2Modules；CAN:1channel及以上；ASIL:ASIL-D；
电源模块，其分为两路LDO电源，一路用于MCU供电，一路用于内部逻辑芯片供 电和CAN收发器供电；
CAN通信模块，包括一路高速CAN收发与车载CAN网络连接，用于MCU与整车之 间的信息交互以及XCP标定；
模拟信号输入模块，其用于冗余采集电气节点KL30和电气节点KL30R电压信号、导通电流信号、温度信号，采集back to back MOSFET的源极电压信号，并输入至MCU 进行软件诊断；
其使用不同的分压比分别将电气节点KL30和电气节点KL30R各分为两路ADC值 进行冗余采集，结合双向电流监控模块，将电气节点KL30和电气节点KL30R通路电 流分为两路ADC值进行冗余采集，并分别输入至MCU的两个ADC模块进行冗余校验， 当两路ADC差值在设定的差值阈值范围内，判定采样ADC值有效，当两路ADC差值在 设定差值阈值范围以外，判定采样ADC值无效；
温度传感器模块，其用于采集back to back MOSFET各MOSFET开关区域的温度 并转换成模拟信号输入至MCU，实现过温保护；
驱动及MOSFET开关模块，其分为两路并联连接，能分别控制实现断开和闭合操作，每路具有三组共源极back to back MOSFET拓扑实现断开时电气防反隔离；
双向电流监控模块，包括一路双向电流采样，用于采集电流信号并转化成模拟电压信号输入至MCU；一路电压监控，用于监控电流转换成的模拟电压信号，进行硬件 过流诊断，并输出过流硬件诊断标志位，当同时检测到欠压故障和过流故障时，则判定为短路故障；
电压监控模块，其分为两路，一路用于电气节点KL30过压、欠压硬件诊断，一 路用于电气节点KL30R过压、欠压硬件诊断，并输出过压、欠压硬件诊断标志位；
逻辑电路模块，用于硬件诊断关断路径和软件诊断关断路径信号的逻辑处理。
此外，还应当理解的是，尽管在这里可以使用术语“第一”、“第二”等来描述不 同的元件、参数、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、参数、组件、区域、 层和/或部分不应当受这些术语的限制。这些术语仅是用来将一个元件、参数、组件、 区域、层或部分与另一个元件、参数、组件、区域、层或部分区分开来。因此，在不脱离根据本发明的示例性实施例的教导的情况下，以下所讨论的第一元件、参数、组 件、区域、层或部分也可以被称作第二元件、参数、组件、区域、层或部分。
第三实施例；
参考图3所示，本发明提供一种能用于上述第二实施例的驱动及MOSFET开关模块，包括：
预驱及MOSFET开关模块分为两路，包括第一预驱芯片及第一～第六MOSFET开关管Q1～Q6和第二预驱芯片及第七～第十二MOSFET开关管Q7～Q12；其中第一～第六MOSFET开关管Q1～Q6的第一端1共同连接至第一预驱芯片的Gate引脚，第一～第三MOSFET 开关管Q1～Q3的第二端2共同连接RSENSE的一端电气节点KL30_A，RSENSE的另一端 连接至电气节点KL30，第四～第六MOSFET开关管Q4～Q6的第二端2共同连接至电气节 点KL30R，第一～第六MOSFET开关管Q1～Q6的第三端3共同连接至第一预驱芯片的 Source引脚，组合成共源极back to back MOSFET开关拓扑1，第七～第十二MOSFET 开关管Q7～Q12的第一端1共同连接至第二预驱芯片的Gate引脚，第七～第九MOSFET 开关管Q7～Q9的第二端2共同连接RSENSE的一端电气节点KL30_A，第十～第十二 MOSFET开关管Q10～Q12的第二端2共同连接至电气节点KL30R，第七～第十二MOSFET 开关管Q7～Q12的第三端3共同连接至第二预驱芯片的Source引脚，组合成共源极 back to back MOSFET开关拓扑2，其中电气节点KL30连接图1所示蓄电池正极，电 气节点KL30R连接图1所示发电机正极；
第一预驱芯片使能引脚EN1连接至逻辑电路模块，用于控制开关拓扑1执行闭合 /断开功能，EN1为低电平表示第一预驱芯片使能，开关拓扑1闭合，EN1为高电平表 示第一预驱芯片不使能，开关拓扑1断开，第一～第六MOSFET开关管Q1～Q6的第三端 S1连接第一电阻R1一端，第一电阻R1另一端连接第二电阻R2一端和限流滤波第三 电阻R3一端，第二电阻R2另一端连接地，限流滤波第三电阻R3另一端连接第一滤 波电容C1一端和MCU的ADC引脚，第一滤波电容C1另一端连接地，用于采集S1电 压信号，通过S1电压信号反馈开关拓扑1为闭合/断开状态；第二预驱芯片使能引脚 EN2连接至逻辑电路模块，用于控制开关拓扑2执行闭合/断开功能，EN2为低电平表 示第二预驱芯片使能，开关拓扑2闭合，EN2为高电平表示第二预驱芯片不使能，开 关拓扑2断开，第七～第十二MOSFET开关管Q7～Q12的第三端S2连接第四电阻R4一 端，第四电阻R4另一端连接第五电阻R5一端和限流滤波第六电阻R6一端，第五电 阻R5另一端连接地，限流滤波第六电阻R6另一端连接第二滤波电容C2一端和MCU 的ADC引脚，第二滤波电容C2另一端连接地，用于采集S2电压信号，通过S2电压 信号反馈开关拓扑2为闭合/断开状态；
使用多路back to back MOSFET并联，用于电源网络保护系统闭合时提高导通电流能力以及减少导通压降，从而降低对负载电路的影响，电源网络保护系统断开时实 现电气节点KL30与电气节点KL30R两端电气隔离，本发明提供的电源网络保护系统 可实现闭合状态导通电流200A时，导通压降低于0.1V，断开状态电气隔离电压为40V； 本实施例中，MOSFET是Nexperia的N沟道增强型场效应管BUK7S0R5-40H.
第四实施例；
参考图4、图5所示，本发明提供一种能用于上述第二实施例的电压监控模块， 包括：两路硬件电路电压监控，一路用于电气节点KL30欠压、过压监控，另一路用 于电气节点KL30R欠压、过压监控；本实施例中，使用的第一～第三电压监控芯片是 Ti的TPS37A010122DSKRQ1，其特征包括一路过压监控输入SENSE1，一路欠压监控输 入SENSE2，可调节监控滤波时间，可调节复位输出RESET1_OV、RESET1_UV恢复时间；
第七电阻R7的一端连接电气节点KL30，另一端连接第八电阻R8的一端和第一电压监控芯片的SENSE1引脚，第八电阻R8的另一端接地，第九电阻R9的一端连接电 气节点KL30，另一端连接第十电阻R10的一端和第一电压监控芯片的SENSE2引脚， 第十电阻R10的另一端接地，第一电压监控芯片SENSE1引脚为过压监控引脚，阈值 为0.8V，第一电压监控芯片SENSE2引脚为欠压监控引脚，阈值为0.8V，第十一上拉 电阻R11一端连接第一电压监控芯片的RESET1_OV引脚，另一端连接电源模块输出的 5V电压VCC_5V0，第十二上拉电阻R12一端连接第一电压监控芯片的RESET1_UV引脚， 另一端连接电源模块输出的5V电压VCC_5V0，第三电容C3的一端连接第一电压监控 芯片的CTR1引脚，另一端接地，第四电容C4的一端连接第一电压监控芯片的CTR2 引脚，另一端接地，第五电容C5的一端连接第一电压监控芯片的CTS1引脚，另一端 接地，第六电容C6的一端连接第一电压监控芯片的CTS2引脚，另一端接地，第一电 压监控芯片的RESET1_OV引脚为开漏输出，输出信号为电气节点KL30过压标志信号A， 第一电压监控芯片的RESET1_UV引脚为开漏输出，输出信号为电气节点KL30欠压标 志信号B；
通过调节第五电容C5的电容值，设定第一电压监控芯片SENSE1过压检测滤波时间t1，通过调节第六电容C6的电容值，设定第一电压监控芯片SENSE2欠压检测滤波 时间t2，通过调节第三电容C3的电容值，设定电气节点KL30过压标志信号A释放时 间为t3，通过调节第四电容C4的电容值，设定电气节点KL30欠压标志信号B释放时 间为t4，通过调节第七电阻R7和第八电阻R8的比为1000:29.4，设定电气节点KL30 硬件过压阈值为20V，当电气节点KL30电压上升至大于20V，第一电压监控芯片SENSE1 引脚电压大于0.8V，超过时间t1时，电气节点KL30过压标志信号A被拉低为低电平， 当电气节点KL30电压下降至小于20V，第一电压监控芯片SENSE1引脚电压小于0.8V， 电气节点KL30过压标志信号A保持低电平时间t3后输出为高电平；通过调节第九电阻R9和第十电阻R10的比为1000:154，设定电气节点KL30硬件欠压阈值为6V，当 电气节点KL30电压下降至小于6V，第一电压监控芯片SENSE2引脚电压小于0.8V， 超过时间t2时，电气节点KL30欠压标志信号B被拉低为低电平，当电气节点KL30 电压上升至大于6V，第一电压监控芯片SENSE2引脚电压大于0.8V，电气节点KL30欠压标志信号B保持低电平时间t4后输出为高电平；
第十三电阻R13的一端连接电气节点KL30R，另一端连接第十四电阻R14的一端 和第二电压监控芯片的SENSE1引脚，第十四电阻R14的另一端接地，第十五电阻R15 的一端连接电气节点KL30R，另一端连接第十六电阻R16的一端和第二电压监控芯片 的SENSE2引脚，第十六电阻R16的另一端接地，第二电压监控芯片SENSE1引脚为过 压监控引脚，阈值为0.8V，第二电压监控芯片SENSE2引脚为欠压监控引脚，阈值为 0.8V，第十七上拉电阻R17一端连接第一电压监控芯片的RESET1_OV引脚，另一端连 接电源模块输出的5V电压VCC_5V0，第十八上拉电阻R18一端连接第二电压监控芯片 的RESET1_UV引脚，另一端连接电源模块输出的5V电压VCC_5V0，第七电容C7的一 端连接第二电压监控芯片的CTR1引脚，另一端接地，第八电容C8的一端连接第二电 压监控芯片的CTR2引脚，另一端接地，第九电容C9的一端连接第二电压监控芯片的 CTS1引脚，另一端接地，第十电容C10的一端连接第二电压监控芯片的CTS2引脚， 另一端接地，第二电压监控芯片的RESET1_OV引脚为开漏输出，输出信号为电气节点 KL30R过压标志信号C，第二电压监控芯片的RESET1_UV引脚为开漏输出，输出信号 为电气节点KL30R欠压标志信号D；
通过调节第九电容C9的电容值，设定第二电压监控芯片SENSE1过压检测滤波时间t5，通过调节第十电容C10的电容值，设定第二电压监控芯片SENSE2欠压检测滤 波时间t6，通过调节第七电容C7的电容值，设定电气节点KL30R过压标志信号C释 放时间为t7，通过调节第八电容C8的电容值，设定电气节点KL30R欠压标志信号D 释放时间为t8，通过调节第十三电阻R13和第十四电阻R14的分压比为1000:29.4， 设定电气节点KL30R硬件过压阈值为20V，当电气节点KL30R电压上升至大于20V， 第二电压监控芯片SENSE1引脚电压大于0.8V，超过时间t5时，电气节点KL30R过压 标志信号C被拉低为低电平，当电气节点KL30R电压下降至小于20V，第二电压监控 芯片SENSE1引脚电压小于0.8V，电气节点KL30R过压标志信号C保持低电平时间t7 后输出为高电平；通过调节第十五电阻R15和第十六电阻R16的分压比为1000:154， 设定电气节点KL30R硬件欠压阈值为6V，当电气节点KL30R电压下降至小于6V，第二电压监控芯片SENSE2引脚电压小于0.8V，超过时间t6时，电气节点KL30R欠压标志信号D被拉低为低电平，当电气节点KL30R电压上升至大于6V，第二电压监控芯片 SENSE2引脚电压大于0.8V，电气节点KL30R欠压标志信号D保持低电平时间t8后输 出为高电平。
第五实施例；
参考图5所示，本发明提供一种能用于上述第二实施例的双向电流监控模块，包括：一路双向电流采样，将电流信号转换为电压ADC值，一路电压监控，用于监控电 流转换的电压ADC值，本实施例中，使用的采样电阻RSENSE阻值为0.5mΩ，使用的 电流采样芯片是Ti的INA282AQDGKRQ1，其特征包括，差分输入引脚+IN、-IN共模输 入电压为-14V～80V，差模输入电压为-5V～5V，增益AV为50V/V，输出OUT引脚基准电压为2.5V，输出电压为0～5V；
采样电阻RSENSE一端连接电气节点KL30和电流采样芯片+IN输入引脚，一端连 接预驱及MOSFET开关模块的电气节点KL30_A和电流采样芯片的-IN引脚输入，电流 采样芯片OUT引脚输出ADC值信号为G；
电压计算公式为：VG＝Iload*RSNESE*AV+2.5V 公式1
电流计算公式为：Iload＝(VG-2.5V)÷(RSENSE*AV) 公式2
其中VG为电流采样芯片OUT引脚输出G点的电压值，Iload为电气节点KL30与 电气节点KL30R之间的导通电流，当电气节点KL30与电气节点KL30R之间的导通电 流从电气节点KL30流向电气节点KL30R时，为正向导通电流，Iload为正数，当电气 节点KL30与电气节点KL30R之间的导通电流从电气节点KL30R流向电气节点KL30时， 为反向导通电流，Iload为负数，RSENSE为采样电阻，为0.5mΩ，AV为电流采样芯 片增益，为50V/V；
电流采样芯片OUT引脚输出的G点通过两路RC滤波电路分别输入MCU的两个ADC 模块，冗余校验后进行软件过流监控，其中一路连接第十九滤波电阻R19的一端，第 十九滤波电阻R19的另一端连接第十五滤波电容C15的一端和MCU一个ADC模块的ADC 输入引脚，第十五滤波电容C15的另一端接地，另一路连接第二十滤波电阻R20的一 端，第二十滤波电阻R20的另一端连接第十六滤波电容C16的一端和MCU另一个ADC 模块的ADC输入引脚，第十六滤波电容C16的另一端接地；
电流采样芯片OUT引脚输出的G点通过两路分压电阻输入至第三电压监控芯片的过压、欠压检测引脚，用于正向导通过流检测和反向导通过流检测，其中一路连接第 二十一电阻R21的一端，第二十一电阻R21的另一端连接第二十二电阻R22的一端和 第三电压监控芯片的SENSE1引脚，第二十二电阻R22的另一端连接地，另一路连接 第二十三电阻R23的一端，第二十三电阻R23的另一端连接第二十四电阻R24的一端 和第三电压监控芯片的SENSE2引脚，第三电压监控芯片SENSE1引脚为过压监控引脚， 阈值为0.8V，第三电压监控芯片SENSE2引脚为欠压监控引脚，阈值为0.8V，第二十 五上拉电阻R25一端连接第三电压监控芯片的RESET1_OV引脚，另一端连接电源模块 输出的5V电压VCC_5V0，第二十六上拉电阻R26一端连接第三电压监控芯片的 RESET1_UV引脚，另一端连接电源模块输出的5V电压VCC_5V0，第十一电容C11的一 端连接第三电压监控芯片的CTR1引脚，另一端接地，第十二电容C12的一端连接第 三电压监控芯片的CTR2引脚，另一端接地，第十三电容C13的一端连接第三电压监 控芯片的CTS1引脚，另一端接地，第十四电容C14的一端连接第三电压监控芯片的 CTS2引脚，另一端接地，第三电压监控芯片的RESET1_OV引脚为开漏输出，输出信号为正向过流标志信号E，第三电压监控芯片的RESET1_UV引脚为开漏输出，输出信号 为反向过流标志信号F；
通过调节第十三电容C13的电容值，设定第三电压监控芯片SENSE1过压检测滤 波时间t9，通过调节第十四电容C14的电容值，设定第三电压监控芯片SENSE2欠压 检测滤波时间t10，通过调节第十一电容C11的电容值，设定正向过流标志信号E释 放时间为t11，通过调节第十二电容C12的电容值，设定反向过流标志信号F释放时 间为t12，通过调节第二十一电阻R21和第二十二电阻R22的分压比为20:4.99，设 定硬件正向过流阈值为600A，当正向电流上升至大于600A，由公式一得出： VG＝600A*0.5mΩ*50V/V+2.5V＝4V，电流采样芯片OUT引脚输出G点电压VG大于4V， 第三电压监控芯片SENSE1引脚电压大于0.8V，超过时间t9时，正向过流标志信号E 被拉低为低电平，当正向电流下降至小于600A，电流采样芯片OUT引脚输出G点电压 VG小于4V，第三电压监控芯片SENSE1引脚电压小于0.8V，正向过流标志信号E保持 低电平时间t11后输出为高电平；通过调节第二十三电阻R23和第二十四电阻R24的 分压比为4.99:20，设定硬件反向过流阈值为600A，当反向电流上升至大于600A，由公式一得出：VG＝-600A*0.5mΩ*50V/V+2.5V＝1V，电流采样芯片OUT引脚输出G点电压VG小于1V，第三电压监控芯片SENSE2引脚电压小于0.8V，超过时间t10时，反 向过流标志信号F被拉低为低电平，当反向电流下降至小于600A，电流采样芯片OUT 引脚输出G点电压VG大于1V，第三电压监控芯片SENSE2引脚电压大于0.8V，反向 过流标志信号F保持低电平时间t12后输出为高电平；
诊断标志信号A、B、C、D、E、F分别输入至MCU的GPIO引脚和逻辑电路模块， MCU通过识别诊断标志信号A～F的电平用来判断是否发生硬件诊断故障，通过ADC引 脚监控电气节点KL30、电气节点KL30R和Iload电流用来判断是否发生软件诊断故障。
第六实施例；
本发明提供一种能用于上述第二实施例的逻辑电路模块，其通过或逻辑将输入的诊断标志位A～F进行或操作，输出硬件诊断复位信号HWDIAG，通过与逻辑将HWDIAG 信号与MCU输出的硬件诊断控制信号CTR进行与操作，输出硬件诊断复位信号HWRST， 通过或逻辑将HWRST信号与MCU输出的软件诊断复位信号SWRST进行或操作，输出复 位预驱信号分别连接第一预驱芯片使能引脚EN1和第二预驱芯片使能引脚EN2，用来 控制MOSFET开关进行闭合和断开操作。
第七实施例；
参考图7、图8所示，本发明提供一种能用于上述第二实施例的软件诊断的具体 可行实施过程包括：
系统初始化自检，用于检验开关拓扑1和开关拓扑2是否能正常断开和闭合，MCU初始化完成后，通过软件诊断复位信号SWRST输出高电平至第一预驱芯片引脚EN1， 控制第一预驱芯片断开开关拓扑1，MCU读取开关拓扑1的S1点反馈的电压ADC值， 判断开关拓扑1是否正常断开，通过软件诊断复位信号SWRST输出低电平至第一预驱 芯片引脚EN1，控制第一预驱芯片闭合开关拓扑1，MCU读取开关拓扑1的S1点反馈 的电压ADC值，判断开关拓扑1是否正常闭合，通过软件诊断复位信号SWRST输出高 电平至第二预驱芯片引脚EN2，控制第二预驱芯片断开开关拓扑2，MCU读取开关拓扑2的S2点反馈的电压ADC值，判断开关拓扑2是否正常断开，通过软件诊断复位信号 SWRST输出低电平至第二预驱芯片引脚EN2，控制第一预驱芯片闭合开关拓扑2，MCU 读取开关拓扑2的S2电反馈的电压ADC值，判断开关拓扑2是否正常闭合，系统初 始化自检成功后进入故障识别模块进行故障监控，系统初始化自检失败后，表示预驱或开关拓扑存在内部电路故障，MCU输出的硬件诊断控制信号CTR关闭硬件诊断功能， 并且输出软件诊断复位信号SWRST为低电平，闭合MOSFET开关；
故障识别，用于监控电源保护系统是否发生故障以及识别故障类型，包括：ADC 冗余故障判断，电气节点KL30故障判断，电气节点KL30R故障判断，过流故障判断， 温度故障判断；
MCU通过周期任务循环采集电气节点KL30电压、电气节点KL30R电压、导通电流Iload、温度的两路冗余ADC值，当电气节点KL30电压两路冗余ADC采集电压差值大 于1V，则判定电气节点KL30电压采样无效，当电气节点KL30电压两路冗余ADC采集 电压差值小于0.5V，则判定电气节点KL30电压采集有效，回滞区间为0.5V，当电气 节点KL30R电压两路冗余ADC采集电压差值大于1V，则判定电气节点KL30R电压采样 无效，当电气节点KL30R电压两路冗余ADC采集电压差值小于0.5V，则判定电气节点 KL30R电压采样有效，回滞区间为0.5V，当导通电流Iload两路冗余ADC采集电流差 值大于20A，则判定导通电流Iload采样无效，当导通电流Iload两路冗余ADC采集 电流差值小于10A，则判定导通电流Iload采样有效，回滞区间为10A，当温度两路 冗余ADC采集温差大于20℃，则判定温度采样无效，当温度两路冗余ADC采集温差小 于10℃，则判定温度采样有效；
当ADC采样无效，则判定无软件诊断故障发生，执行闭合MOSFET开关操作，当 ADC采样有效，则将有效采样的ADC值与设定的可标定软件诊断阈值进行比较，判断 是否发生软件诊断故障，当发生软件诊断故障，MCU进行200ms时间倒计时，如果倒 计时结束前故障消除，则重置倒计时，并且判断无软件诊断故障发生，如果倒计时结 束后故障仍存在，则确认发生软件诊断故障，并将软件诊断故障类型输出给故障仲裁 模块；
MCU通过周期任务循环采集硬件诊断故障标志位A～F，当发生硬件诊断故障，MCU通过采集故障标志位A～F识别故障类型，并将硬件诊断故障类型输出给故障仲裁模块；
故障仲裁模块，根据整车发送的开启诊断功能信号，用于输出控制信号至MOSFET开关执行模块，并向整车CAN网络发送DTC诊断故障码；
自恢复策略，用于电源网络保护系统因故障断开后，排除当前故障是否偶发或误触发引起的断开，以及故障消除后的主动尝试闭合MOSFET开关，主动尝试闭合次数 上限为三次，当第三次主动尝试闭合后，故障仍存在，则不再进行主动尝试闭合，电源网络保护系统保持断开状态，当主动尝试闭合不超过三次，故障消除，则清除闭合 累计次数，电源网络保护系统恢复闭合状态。
除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非 这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们 在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多 变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种整车电源网络保护系统，其特征在于：布置在两路电源电气节点KL30和电气节点KL30R之间，将低功能安全等级负载和智能驾驶高功能安全等级负载隔离开，处于常闭状态；
其通过软件和硬件实时诊断检测所述两路电源电气节点KL30和电气节点KL30R，任意一路电源发生单点电气故障，其能断开所述两路电源电气节点KL30和电气节点KL30R；
其中，电气节点KL30连接蓄电池正极，电气节点KL30R连接发电机正极，包括：
MCU，其通过CAN通信模块进行通信诊断，通过模拟信号输入模块进行两路LDO电源的电压、电流和温度的软件诊断，其通过电压监控模块和双向电流监控模块识别硬件诊断故障类型，通过驱动及MOSFET开关模块实现断开和闭合操作；
电源模块，其分为两路LDO电源，一路用于MCU供电，一路用于内部逻辑芯片供电和CAN收发器供电；
CAN通信模块，用于MCU与整车之间的信息交互以及XCP标定；
模拟信号输入模块，其用于冗余采集电气节点KL30和电气节点KL30R电压信号、导通电流信号、温度信号，采集back to back MOSFET的源极电压信号，并输入至MCU进行软件诊断；
温度传感器模块，其用于采集back to back MOSFET各MOSFET开关区域的温度并转换成模拟信号输入至MCU，实现过温保护；
驱动及MOSFET开关模块，其分为两路并联连接，能分别控制实现断开和闭合操作，每路具有三组共源极back to back MOSFET拓扑实现断开时电气防反隔离；
双向电流监控模块，包括一路双向电流采样，用于采集电流信号并转化成模拟电压信号输入至MCU；一路电压监控，用于监控电流转换成的模拟电压信号，进行硬件过流诊断，并输出过流硬件诊断标志位，当同时检测到欠压故障和过流故障时，则判定为短路故障；
电压监控模块，其分为两路，一路用于电气节点KL30过压、欠压硬件诊断，一路用于电气节点KL30R过压、欠压硬件诊断，并输出过压、欠压硬件诊断标志位；
逻辑电路模块，用于硬件诊断关断路径和软件诊断关断路径信号的逻辑处理；
所述驱动及MOSFET开关模块包括：
第一预驱芯片及第一~第六MOSFET开关管Q1~Q6和第二预驱芯片及第七~第十二MOSFET开关管Q7~Q12；
第一~第六MOSFET开关管Q1~Q6的第一端1共同连接至第一预驱芯片的Gate引脚；
第一~第三MOSFET开关管Q1~Q3的第二端2共同连接RSENSE的一端电气节点KL30_A，RSENSE的另一端连接至电气节点KL30；
第四~第六MOSFET开关管Q4~Q6的第二端2共同连接至电气节点KL30R，第一~第六MOSFET开关管Q1~Q6的第三端3共同连接至第一预驱芯片的Source引脚，组合成共源极backto back MOSFET开关拓扑1；
第一~第六MOSFET开关管Q1~Q6的第三端3连接第一电阻R1一端，第一电阻R1另一端连接第二电阻R2一端和限流滤波第三电阻R3一端，第二电阻R2另一端连接地，限流滤波第三电阻R3另一端连接第一滤波电容C1一端和MCU的ADC引脚，第一滤波电容C1另一端连接地，用于采集S1电压信号，通过S1电压信号反馈开关拓扑1为闭合/断开状态第七~第十二MOSFET开关管Q7~Q12的第一端1共同连接至第二预驱芯片的Gate引脚；
第七~第九MOSFET开关管Q7~Q9的第二端2共同连接RSENSE的一端电气节点KL30_A；
第十~第十二MOSFET开关管Q10~Q12的第二端2共同连接至电气节点KL30R，第七~第十二MOSFET开关管Q7~Q12的第三端3共同连接至第二预驱芯片的Source引脚，组合成共源极back to back MOSFET开关拓扑2；
第七~第十二MOSFET开关管Q7~Q12的第三端3连接第四电阻R4一端，第四电阻R4另一端连接第五电阻R5一端和限流滤波第六电阻R6一端，第五电阻R5另一端连接地，限流滤波第六电阻R6另一端连接第二滤波电容C2一端和MCU的ADC引脚，第二滤波电容C2另一端连接地，用于采集S2电压信号，通过S2电压信号反馈开关拓扑2为闭合/断开状态；
第一预驱芯片使能引脚EN1连接至逻辑电路模块，用于控制开关拓扑1执行闭合/断开功能，EN1为低电平表示第一预驱芯片使能，开关拓扑1闭合，EN1为高电平表示第一预驱芯片不使能，开关拓扑1断开；
第二预驱芯片使能引脚EN2连接至逻辑电路模块，用于控制开关拓扑2执行闭合/断开功能，EN2为低电平表示第二预驱芯片使能，开关拓扑2闭合，EN2为高电平表示第二预驱芯片不使能，开关拓扑2断开。
2.如权利要求1所述的整车电源网络保护系统，其特征在于：所述单点电气故障包括过压、欠压、过流和短路至少其中之一。
3.如权利要求1所述的整车电源网络保护系统，其特征在于，所述软件的诊断过程包括：
系统初始化自检，若自检失败则执行故障识别和故障仲裁，并执行自恢复策略以及执行闭合/断开。
4.如权利要求3所述的整车电源网络保护系统，其特征在于，系统初始化自检包括：
通过驱动开关拓扑1和开关拓扑2闭合和断开检测反馈电压,判断开关拓扑1和开关拓扑2闭合是否能正常断开和闭合。
5.如权利要求4所述的整车电源网络保护系统，其特征在于，故障识别包括：ADC冗余故障判断、电气节点KL30故障判断、电气节点KL30R故障判断、过流故障判断和温度故障判断。
6.如权利要求5所述的整车电源网络保护系统，其特征在于，故障仲裁包括：
根据整车发送的开启诊断功能信号，输出控制信号至驱动及MOSFET开关模块，并向整车CAN网络发送DTC诊断故障码。
7.如权利要求6所述的整车电源网络保护系统，其特征在于，所述自恢复策略包括：发生故障断开所述两路电源电气节点KL30和电气节点KL30R后，主动闭合驱动及MOSFET开关模块，主动闭合次数小于等于三次，若三次主动尝试后，故障仍存在，保持所述两路电源电气节点KL30和电气节点KL30R断开；
若驱动及MOSFET开关模块三次内能实现闭合，则判断故障消除，则清除闭合累计次数，所述两路电源电气节点KL30和电气节点KL30R恢复闭合状态。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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