CN114425947B - 车辆电源分配系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种车辆电源分配系统及车辆，涉及车辆制造技术领域。车辆电源分配系统包括：蓄电池、发电机、第一汇流电路、第二汇流电路、至少一个第一负载和至少一个第二负载；第一汇流电路与蓄电池和发电机中的至少一个连接，至少一个第一负载与第一汇流电路连接；第二汇流电路与蓄电池和发电机中的至少一个连接，至少一个第二负载与第二汇流电路连接；第一负载的额定电流大于第二负载的额定电流。本公开的车辆电源分配系统，充分考虑不同额定电流的负载的电气化特性，使得第一负载和第二负载均衡分布，车辆电源分配系统更加安全合理，能够同时保证第一负载和第二负载的安全性和可靠性，满足各种车载系统的安全性要求。

Description

车辆电源分配系统及车辆

技术领域

本公开涉及车辆制造技术领域，特别涉及一种车辆电源分配系统及车辆。

背景技术

随着车辆制造技术领域的不断发展，传统车辆正在逐步进化到智能车辆，车载控制设备数目不断突破记录，整车用电功率不断攀升，电源功能回路也越来越丰富，对整车的电网稳定性的要求也越来越高。

相关技术中的电源分配方案通常是同电源的电器负载合并进行回路保护，这就导致了某一回路失效会连锁影响其它回路失效，无法满足车载系统的安全性要求。

发明内容

本公开提供了一种车辆电源分配系统及车辆，能够解决电源分配方案无法满足车载系统的安全性要求的问题。

所述技术方案如下：

一方面，提供了一种车辆电源分配系统，所述车辆电源分配系统包括：蓄电池、发电机、第一汇流电路、第二汇流电路、至少一个第一负载和至少一个第二负载；

所述第一汇流电路与所述蓄电池和所述发电机中的至少一个连接，所述至少一个第一负载与所述第一汇流电路连接；

所述第二汇流电路与所述蓄电池和所述发电机中的至少一个连接，所述至少一个第二负载与所述第二汇流电路连接；

所述第一负载的额定电流大于所述第二负载的额定电流。

在一些实施例中，所述第一汇流电路包括铜质汇流条；

所述第一负载的数量为至少两个，至少两个所述第一负载沿所述第一汇流电路的延伸方向间隔设置。

在一些实施例中，所述第二汇流电路包括印制电路板。

在一些实施例中，所述第一负载的额定电流大于等于20A。

在一些实施例中，所述车辆电源分配系统还包括：至少一个第三负载和至少一个第四负载；

所述至少一个第三负载与所述发电机连接，所述至少一个第四负载与所述蓄电池连接；

所述至少一个第三负载为车辆熄火状态下无需使用的负载，所述至少一个第四负载为车辆熄火状态下需要使用的负载。

在一些实施例中，所述车辆电源分配系统还包括：至少一个第五负载和至少一个第六负载；

所述至少一个第五负载和所述至少一个第六负载分别与所述蓄电池或所述发电机连接；

所述至少一个第五负载为车辆中的功率负载，所述至少一个第六负载为车辆中的信号负载。

在一些实施例中，所述车辆电源分配系统还包括：车身控制器和至少一个第七负载；所述车身控制器内具有金氧半场效晶体管模块；

所述金氧半场效晶体管模块与所述至少一个第七负载连接，所述金氧半场效晶体管模块用于控制所述至少一个第七负载；所述至少一个第七负载的额定电流小于所述至少一个第二负载的额定电流。

在一些实施例中，所述车辆电源分配系统还包括：智能功率模块和至少一个第八负载；

所述智能功率模块与所述至少一个第八负载连接，所述智能功率模块用于控制所述至少一个第八负载。

在一些实施例中，所述智能功率模块包括控制单元、驱动单元和保护电路。

另一方面，提供了一种车辆，采用本公开中任一项所述的车辆电源分配系统。

本公开提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本公开的车辆电源分配系统，将额定电流较大的第一负载通过第一汇流电路与蓄电池或发电机连接，将额定电流较小的第二负载通过第二汇流电路与蓄电池或发电机连接，充分考虑不同额定电流的负载的电气化特性，使得第一负载和第二负载均衡分布，车辆电源分配系统更加安全合理，能够同时保证第一负载和第二负载的安全性和可靠性，满足各种车载系统的安全性要求。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本公开实施例提供的车辆电源分配系统的结构示意图；

图2是本公开另一实施例提供的车辆电源分配系统的结构示意图；

图3是本公开另一实施例提供的车辆电源分配系统的结构示意图；

图4是本公开另一实施例提供的车辆电源分配系统的结构示意图；

图5是本公开另一实施例提供的车辆电源分配系统的结构示意图。

图中的附图标记分别表示为：

1、蓄电池；2、发电机；3、第一汇流电路；4、第二汇流电路；5、第一负载；6、第二负载；7、第三负载；8、第四负载；9、第五负载；10、第六负载；11、车身控制器；110、金氧半场效晶体管模块；12、第七负载；13、智能功率模块；130、控制单元；131、驱动单元；132、保护电路；14、第八负载。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

除非另有定义，本公开实施例所用的所有技术术语均具有与本领域普通技术人员通常理解的相同的含义。

目前车辆智能化水平的提高和整车电器负载的增多，对整车电网稳定性的要求越来越高。

相关技术中的车辆电源分配方案通常是基于成本维度考虑，又因为传统电器负载对电源回路灵敏度要求不高，因此采用同电源的电器负载进行合并保护，根据负载功率的不同，可通过一级、二级甚至三级保险进行保护。虽然这种方案在性价比上有一定优势，但无法满足某一回路失效带来其他回路失效的连锁安全问题，及无法满足整车智能化功能安全等级的要求。

随着车辆电动化、智能化、网联化等持续发展，传统车辆正在逐步进化到智能车，车载控制设备数目不断突破记录，整车用电功率不断攀升，电源功能回路也越来越丰富，对应的电源分配回路数逐步提升，电源分配设计质量上也要求也越来越高，长远看以前的技术无法再满足使用需求。

为适应汽车技术的发展形势，整车高精度控制器、传感器的应用，电器架构也由原来的分布式逐步到区域控制，为了降低电路设计的复杂程度，对应的整车电源分配技术需要满足新的电器负载保护要求及根据新的电器架构来进行设计，提高系统安全性。

因此，本公开为了满足车辆智能控制和传感器以及小功率新型电器负载的应用，而采用的可靠性提升的一种车辆电源分配系统。

本公开根据整车电器负载的工作特性和对电气参数的灵敏度要求，整车电源的性能特点以及各电器负载的布置位置，整车线束拓扑等设计出一种能满足回路能量传输和安全可靠，成本有优势的电源分配系统。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。

图1是本公开实施例提供的车辆电源分配系统的结构示意图。

一方面，结合图1所示，本实施例提供了一种车辆电源分配系统，车辆电源分配系统包括：蓄电池1、发电机2、第一汇流电路3、第二汇流电路4、至少一个第一负载5和至少一个第二负载6；第一汇流电路3与蓄电池1和发电机2中的至少一个连接，至少一个第一负载5与第一汇流电路3连接；第二汇流电路4与蓄电池1和发电机2中的至少一个连接，至少一个第二负载6与第二汇流电路4连接；第一负载5的额定电流大于第二负载6的额定电流。

本实施例的车辆电源分配系统，将额定电流较大的第一负载5通过第一汇流电路3与蓄电池1或发电机2连接，将额定电流较小的第二负载6通过第二汇流电路4与蓄电池1或发电机2连接，充分考虑不同额定电流的负载的电气化特性，使得第一负载5和第二负载6均衡分布，车辆电源分配系统更加安全合理，能够同时保证第一负载5和第二负载6的安全性和可靠性，满足各种车载系统的安全性要求。

图1-3中，实线和虚线具有相同的物理意义，均用于表示不同电器元件的电性连接关系。

在一些可能的实现方式中，至少一个第一负载5与蓄电池1连接(参考图1中，第一负载5实线连接第一汇流电路3，第一汇流电路3实线连接蓄电池1)，至少一个第二负载6与发电机2连接(参考图1中，第二负载6实线连接第二汇流电路4，第二汇流电路4实线连接发电机2)，蓄电池1为至少一个第一负载5供电，发电机2为至少一个第二负载6供电。

在另一些可能的实现方式中，至少一个第一负载5与发电机2连接(参考图1中，第一负载5实线连接第一汇流电路3，第一汇流电路3虚线连接发电机2)，至少一个第二负载6与蓄电池1连接(参考图1中，第二负载6实线连接第二汇流电路4，第二汇流电路4虚线连接蓄电池1)，发电机2为至少一个第一负载5供电，蓄电池1为至少一个第二负载6供电。

在另一些可能的实现方式中，至少一个第一负载5分别与蓄电池1和发电机2连接，至少一个第二负载6与蓄电池1或发电机2连接，蓄电池1和发电机2同步或异步的为至少一个第一负载5供电，蓄电池1或发电机2为至少一个第二负载6供电。

在另一些可能的实现方式中，至少一个第一负载5与蓄电池1或发电机2连接，至少一个第二负载6分别与蓄电池1和发电机2连接，蓄电池1或发电机2为至少一个第一负载5供电，蓄电池1和发电机2同步或异步的为至少一个第二负载6供电。

在一些可能的实现方式中，蓄电池1和发电机2连接，发电机2能够为蓄电池1充电。

在一些可能的实现方式中，发电机2为交流发电机，发电机2分为定子绕组和转子绕组两部分，车辆的发动机启动后，拖动转子绕组旋转，定子绕组感应交流电势。当蓄电池1、至少一个第一负载5或至少一个第二负载6接入时，发电机2就有交流电能输出，经过发电机2内部的整流桥将交流电转换成直流电从输出端子输出。

在一些可能的实现方式中，蓄电池1包括但不限于镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、锂聚合物电池、铅酸电池等。

在本文中提及的“若干个”、“至少一个”是指一个或者多个，“多个”、“至少两个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

结合图2所示，在一些实施例中，第一汇流电路3包括铜质汇流条；第一负载5的数量为至少两个，至少两个第一负载5沿第一汇流电路3的延伸方向间隔设置。

本实施例的车辆电源分配系统采用铜质汇流条作为第一汇流电路3，由于铜的导电性能优于其它材料，相同截面积的铜质汇流条的载流量最大，热稳定形和动稳定性较好。

此外，考虑到第一负载5的额定电流较大，若多个第一负载5集中布置，会导致严重的发热问题，因此，将至少两个第一负载5沿铜质汇流条的延伸方向间隔设置。

在一些可能的实现方式中，至少两个第一负载5沿铜质汇流条的延伸方向均匀设置。

在一些实施例中，第二汇流电路4包括印制电路板。从而，本实施例中，采用印制电路板为额定电流较小的第二负载6供电，可以节省线路成本，提高供电效率、安全性。

在一些实施例中，第一负载5的额定电流大于等于20A。从而，本实施例的车辆电源分配系统，将额定电路较大，发热较多的第一负载5均衡分布，能够避免大电流长时工作负载集中带来的发热问题。

示例性地，第一负载5包括但不限于仪表装置、加热装置等，第二负载6包括但不限于照明装置、信号装置等。

结合图3所示，在一些实施例中，车辆电源分配系统还包括：至少一个第三负载7和至少一个第四负载8；至少一个第三负载7与发电机2连接，至少一个第四负载8与蓄电池1连接；至少一个第三负载7为车辆熄火状态下无需使用的负载，至少一个第四负载8为车辆熄火状态下需要使用的负载。

本实施例的车辆电源分配系统，考虑到车辆系统中部分负载需要在车辆熄火状态下使用，部分负载无需在车辆熄火状态下使用，因此，将车辆熄火状态下无需使用的第三负载7与发电机2连接，只有当车辆启动后发电机2有电能输出状态下才能使用，将车辆熄火状态下仍需使用的第四负载8与蓄电池1连接，在车辆熄火后，依靠蓄电池1供电仍能使用。

从而，减轻了蓄电池1的供电压力，防止蓄电池1过渡耗电，而导致车辆无法点火启动的情况。

此外，还需要根据相关的法律、法规或标准等，以及负载的工作逻辑特性以及用户场景等维度，判断该负载是否属于第四负载8，确定将该负载连接发电机2或蓄电池1。

示例性地，第三负载7包括但不限于仪表装置、照明装置、信号装置、雨刷装置等。

另一示例性地，第四负载8包括但不限于喇叭装置、门锁装置等。

结合图3所示，在一些实施例中，车辆电源分配系统还包括：至少一个第五负载9和至少一个第六负载10；至少一个第五负载9和至少一个第六负载10分别与蓄电池1或发电机2连接；至少一个第五负载9为车辆中的功率负载，至少一个第六负载10为车辆中的信号负载。

本实施例的车辆电源分配系统，对负载进行分类，确定以传递电能为主，电流、电压或功率较大的功率负载，以及以传递电信号为主，电流、电压或功率较小的信号负载，将功率负载和信号负载分离设计，避免功率负载对信号负载造成干扰。

在一些可能的实现方式中，至少一个第五负载9和至少一个第六负载10分别与蓄电池1连接，蓄电池1分别为至少一个第五负载9和至少一个第六负载10供电。

在另一些可能的实现方式中，至少一个第五负载9和至少一个第六负载10分别与发电机2连接，发电机2分别为至少一个第五负载9和至少一个第六负载10供电。

在另一些可能的实现方式中，至少一个第五负载9与蓄电池1连接，蓄电池1为至少一个第五负载9供电；至少一个第六负载10与发电机2连接，发电机2为至少一个第六负载10供电。

在另一些可能的实现方式中，至少一个第五负载9与发电机2连接，发电机2为至少一个第五负载9供电；至少一个第六负载10与蓄电池1连接，蓄电池1为至少一个第六负载10供电。

在一些可能的实现方式中，接口电路不匹配的负载不允许共用，大功率负载单独使用保险丝，不同时存在的负载可考虑复用连接线路，功能类似的负载可考虑共用连接线路。

在一些可能的实现方式中，至少一个第五负载9中的每个第五负载9单独使用保险丝，提高该第五负载9的安全性。

示例性地，第五负载9包括但不限于照明装置、电机装置、加热装置等。

另一示例性地，第六负载10包括但不限于控制器、传感器、继电器、行车雷达等。

结合图4所示，在一些实施例中，车辆电源分配系统还包括：车身控制器11和至少一个第七负载12；车身控制器11内具有金氧半场效晶体管模块110；金氧半场效晶体管模块110与至少一个第七负载12连接，金氧半场效晶体管模块110用于控制至少一个第七负载12；至少一个第七负载12的额定电流小于第二负载6的额定电流。

金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)，全称金属-氧化物半导体场效应晶体管。

MOSFET具有高速通断且为电压驱动的优点,所以它已成为开关电源的核心。MOSFET的导通电阻很低，能够减少损耗，保证蓄电池1经久耐用，能够用于代替继电器、保险丝等，在车辆电器系统中的刮水、电动玻璃升降器等装置上广泛应用。

本实施例将第七负载12的逻辑控制结构尽量集中到控制系统中，如雨刮间隙挡位驱动的继电器，集成到车身控制模块(Body Control Module，BCM)中。

示例性地，整车前后灯具都有原来的卤素灯发展为LED灯，电流也有原来的5A左右减小到1A左右，再用传统的继电器驱动已不能满足小电流负载的特性要求，新车型都考虑灯具的驱动移植到车身控制器11中，提高可靠性及成本优化。

结合图5所示，在一些实施例中，车辆电源分配系统还包括：智能功率模块13(Intelligent Power Module，IPM)和至少一个第八负载14；智能功率模块13与至少一个第八负载14连接，智能功率模块13用于控制至少一个第八负载14。其中，至少一个第八负载14根据工作频次较高和/或使用寿命短来确定。

示例性地，智能功率模块13包括控制单元130、驱动单元131和保护电路132。

本实施例的车辆电源分配系统中，IPM具有大功率晶体管高电流密度、低饱和电压和耐高压的优点,以及MOSFET高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点。IPM内置的驱动和保护电路132使系统硬件电路简单、可靠，缩短了系统开发时间，也提高了故障下的自保护能力。

示例性地，智能功率模块13包括高速、低功率的绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor，IGBT)芯片、门级驱动和保护电路132。

智能功率模块13具有如下功能优势：

(1)控制电压欠压保护:IPM使用单一的+15V供电，若供电电压低于12.5V，且时间超过toff＝10ms，发生欠压保护，封锁门极驱动电路，输出故障信号。

(2)过温保护:在靠近IGBT芯片的绝缘基板上安装了一个温度传感器，当IPM温度传感器测出其基板的温度超过温度值时，发生过温保护，封锁门极驱动电路，输出故障信号。

(3)过流保护:若流过IGBT芯片的电流值超过过流动作电流，且时间超过toff，则发生过流保护，封锁门极驱动电路，输出故障信号。

(4)短路保护:若负载发生短路或控制系统故障导致短路，流过IGBT的电流值超过短路动作电流，则立刻发生短路保护，封锁门极驱动电路，输出故障信号。

本实施例的车辆电源分配系统，对电路安全、电能传输效率等有直接影响，整车电源分配设计时，按区域进行电源分配，遵循就近分配原则，按需电能分配原则，安全和舒适性负载回路分开设计的原则，任一系统失效不影响其他系统正常工作的原则，线束设计标准化原则等构建安全可靠的汽车电源分配系统，同时MOSFET、IPM等芯片替代传统保险丝继电器智能化电源分配的应用促进技术趋势的发展。

本实施例的车辆电源分配系统中，电器盒的温升控制要在可接受的范围内，通过加载时序进行温升测试的输入电流，在电器盒上通入200A的温升测试的电流，验证结果表明电器盒的温升满足设计要求。

另一方面，本实施例提供了一种车辆，采用本公开中任一项的车辆电源分配系统。

本实施例的车辆采用本公开任一项实施例的车辆电源分配系统，具有本公开的全部有益技术效果。

该车辆包括但不限于乘用车、商用车、特种车辆等。其中乘用车，例如，燃油汽车、电动汽车、新能源汽车等等。

需要指出的是，在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

还需要指出的是，在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施方式或示例中。

以上所述仅为本公开的实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种车辆电源分配系统，其特征在于，所述车辆电源分配系统包括：蓄电池(1)、发电机(2)、第一汇流电路(3)、第二汇流电路(4)、至少一个第一负载(5)和至少一个第二负载(6)；

所述第一汇流电路(3)与所述蓄电池(1)和所述发电机(2)中的至少一个连接，所述至少一个第一负载(5)与所述第一汇流电路(3)连接；

所述第二汇流电路(4)与所述蓄电池(1)和所述发电机(2)中的至少一个连接，所述至少一个第二负载(6)与所述第二汇流电路(4)连接；

所述第一负载(5)的额定电流大于所述第二负载(6)的额定电流；

还包括：至少一个第五负载(9)和至少一个第六负载(10)；

所述至少一个第五负载(9)与所述蓄电池(1)或所述发电机(2)连接，所述至少一个第六负载(10)与所述蓄电池(1)或所述发电机(2)连接；

所述至少一个第五负载(9)为车辆中的功率负载，所述至少一个第六负载(10)为车辆中的信号负载；

还包括：智能功率模块(13)和至少一个第八负载(14)；

所述智能功率模块(13)与所述至少一个第八负载(14)连接，所述智能功率模块(13)用于控制所述至少一个第八负载(14)，所述至少一个第八负载(14)的工作频次较高和/或使用寿命较短；

还包括：至少一个第三负载(7)和至少一个第四负载(8)；

所述至少一个第三负载(7)为车辆熄火状态下无需使用的负载，所述至少一个第三负载(7)与所述发电机(2)连接，车辆启动状态下通过所述发电机(2)向所述至少一个第三负载(7)供电；

所述至少一个第四负载(8)为车辆熄火状态下需要使用的负载，所述至少一个第四负载(8)与所述蓄电池(1)连接，车辆熄火状态下通过所述蓄电池(1)向所述至少一个第四负载(8)供电。

2.根据权利要求1所述的车辆电源分配系统，其特征在于，所述第一汇流电路(3)包括铜质汇流条；

所述第一负载(5)的数量为至少两个，至少两个所述第一负载(5)沿所述第一汇流电路(3)的延伸方向间隔设置。

3.根据权利要求1所述的车辆电源分配系统，其特征在于，所述第二汇流电路(4)包括印制电路板。

4.根据权利要求1所述的车辆电源分配系统，其特征在于，所述第一负载(5)的额定电流大于或等于20A。

5.根据权利要求1所述的车辆电源分配系统，其特征在于，所述车辆电源分配系统还包括：车身控制器(11)和至少一个第七负载(12)；所述车身控制器(11)内具有金氧半场效晶体管模块(110)；

所述金氧半场效晶体管模块(110)与所述至少一个第七负载(12)连接，所述金氧半场效晶体管模块(110)用于控制所述至少一个第七负载(12)；所述至少一个第七负载(12)的额定电流小于所述至少一个第二负载(6)的额定电流。

6.根据权利要求1所述的车辆电源分配系统，其特征在于，所述智能功率模块(13)包括控制单元(130)、驱动单元(131)和保护电路(132)。

7.一种车辆，其特征在于，采用权利要求1-6中任一项所述的车辆电源分配系统。