CN114726083A - 自动驾驶电源分配与电源管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自动驾驶电源分配与电源管理系统，属于自动驾驶电源领域。本发明电源分配模块和主蓄电池、冗余电池、DCDC电源模块连接，电源分配模块通过LIN总线采集主蓄电池和冗余电池I、V、SOC、故障状态信息，通过电池状态，电源分配模块可通过DCDC电源模块给主蓄电池和冗余电池进行充放电；电源分配模块实时采集电压、电流、温度、Mos管状态或各通道状态，并通过CAN总线输出和故障隔离。本发明和现有的供电系统相比，模式更加灵活、安全，可以实现多路电源管理、多路电源在任何工况下互不影响工作、单路故障后及时切断的目的，主回路和冗余回路实现物理隔离、相互备份的功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动驾驶电源分配与电源管理系统，属于自动驾驶电源领域。
背景技术
现有的自动驾驶整车供电系统，大多数为单电源供电系统，电源出现故障之后自动驾驶及整车无法工作；也出现了部分具有双电源供电的自动驾驶系统，但是无故障检测功能，其电路安全主要由传统保险丝盒的形式来保障实现，如果发生故障导致保险丝损坏，整车无法获得故障保险位置，不能及时掌握故障范围，车辆无法对应采取措施将会导致整车系统存在不确定的安全隐患，最终无法保障自动驾驶系统的安全性。
1.现有方案只是从整车电源系统角度出发，对整个电源系统概念化设计；
2.现有方案中冗余电源控制系统自身单路供电，如供电异常，直接导致系统无法供电，与自动驾驶对于系统安全等级要求不符；
3.现有方案中冗余电源控制系统自身单路CAN通信，如单路CAN通信异常，无法确保系统正常通信，与自动驾驶对于系统安全等级要求不符；
4.现有方案中供电保险采用传统保险丝设计，如出现故障，短路，此时整车电源故障引起火灾，后果不堪设想。
现有的专利文件汽车电源回路冗余系统，专利号202011159764.7，与本申请的共同点为：当发生故障时会切断故障回路，进行故障隔离；现有区别如下：
1、本专利具有一级、二级、三级配电管理；
2、本专利具有电池充放电管理功能；
3、本专利具有整车电平衡管理；
4、本专利具有整车负载管理；
5、本专利具有整车静态电流管理。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种自动驾驶电源分配与电源管理系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种自动驾驶电源分配与电源管理系统，所述自动驾驶电源分配与电源管理系统包括一级配电冗余回路、一级配电主回路、二级配电回路、三级配电回路和电源分配模块，一级配电冗余回路包括冗余电池，一级配电主回路包括主蓄电池和DCDC电源模块，二级配电回路包括主电源和冗余电源；
电源分配模块和主蓄电池、冗余电池、DCDC电源模块连接，电源分配模块通过LIN总线采集主蓄电池和冗余电池I、V、SOC、故障状态信息，通过电池状态，电源分配模块可通过DCDC电源模块给主蓄电池和冗余电池进行充放电；
电源分配模块实时采集DCDC回路电压、电流、温度、Mos管状态，并通过CAN总线输出和故障隔离；
电源分配模块实时采集一级配电主回路和一级配电冗余回路供电电压、电流、温度、MOS管状态，并通过CAN总线输出和故障隔离；
电源分配模块控制二级配电回路为自动驾驶相关控制器供电，实时采集二级配电主回路和冗余回路各通道状态，根据二级配电主回路和冗余回路各通道状态进行供电管理和故障隔离；
其他负载和模块通过电源分配模块输出控制三级配电回路进行供电，实时采集三级配电回路各通道状态，根据当前三级配电回路各通道状态进行供电管理和故障隔离。
本发明一种自动驾驶电源分配与电源管理系统，所述电源分配模块包括数据采集模块，具体为：主蓄电池和冗余电池电压采集模块、DCDC电压采集模块，主回路和冗余回路电压采集模块、二级配电主回路和冗余回路电压采集模块和三级配电电压采集模块。
本发明一种自动驾驶电源分配与电源管理系统，所述电源分配模块包括CAN模块和LIN模块，CAN模块包括主回路CAN收发模块和冗余回路CAN收发模块，LIN模块包括主回路LIN收发模块和冗余回路LIN收发模块。
本发明一种自动驾驶电源分配与电源管理系统，所述电源分配模块包括隔离开关：主蓄电池隔离开关Q1，冗余电池隔离开关Q2、主回路隔离开关Q3、冗余回路隔离开关Q4、主回路和冗余回路各通道Mos管开关；
当主蓄电池或冗余电池出现过压、欠压、过流、过温、过载时，电源分配模块立即切断Q3或Q4故障回路，进行故障隔离，禁止自动驾驶，当故障恢复后，允许自动驾驶；
当一级配电主回路或冗余回路出现过压、欠压、过流、过温、过载时，电源分配模块立即切断Q1&Q3或Q2&Q4故障回路，禁止自动驾驶，当故障恢复后，允许自动驾驶；
当二级配电主回路或冗余回路某一个通道出现过压、欠压、过流、过温、过载时，首先会切断故障通道，电源分配模块在一定时间内判断该故障是否影响该回路别的通道，如果不影响，此时只切断该故障通道，如果影响该回路别的通道，电源分配模块立即切断Q1&Q3或Q2&Q4故障回路，禁止自动驾驶，当故障恢复后，允许自动驾驶。
本发明一种自动驾驶电源分配与电源管理系统，通过电池状态，电源分配模块可通过DCDC给主蓄电池和冗余电池进行充放电具体为：
电量极低0～70％、电量较低65％～85％、正常电量82％～96％或极高电量94％～100％；
A电池充电管理：
a)快速充电策略：在主电池或冗余电池电量处于极低电量状态时，应快速为蓄电池充电，降低硫化反应对蓄电池寿命的影响；
b)基于目标SOC的充电策略：在主电池或冗余电池处于正常电量状态时，应以控制蓄电池保持在目标SOC范围内为目标，这样蓄电池既有可以单独满足低压系统用电需求，同样也具有一定制动能量回收的能力；当满足以下条件时，激活基于目标SOC的充电策略：
1、车辆运行状态模块反馈当前模式为“加速模式”、“匀速模式”或“驻车模式”；
2、蓄电池电量处于较低、正常或极高电量状态；
在基于目标SOC的充电策略下，目标电压是通过目标充电电流与实际充电电流闭环控制实现的，并实时监测对蓄电池的充电电流，以免充电电流过大影响蓄电池寿命；
B电池放电管理：当主电池或冗余电池电量处于极高电量状态时，为了合理使用蓄电池电能，需对蓄电池进行主动放电管理，对蓄电池进行放电控制；当满足以下条件时，激活主动放电策略：
a)蓄电池电量处于极高电量状态；
b)车辆处于加速或减速状态。
本发明一种自动驾驶电源分配与电源管理系统，采用双电源冗余系统供电，电源分配模块主要为自动驾驶车辆上的冗余供电系统提供故障监控、故障隔离、双电池充放电和电源切换功能；电源分配模块同时监控主供电回路、冗余供电回路以及自身电路是否发生故障，如发生故障，在有效时间内采取措施，隔离故障，确保车辆能够维持一定时间的正常供电，给车辆自动应变准备充足的时间，从而确保车辆驾驶安全。本发明和现有的供电系统相比，模式更加灵活、安全，可以实现多路电源管理、多路电源在任何工况下互不影响工作、单路故障后及时切断的目的，主回路和冗余回路实现物理隔离、相互备份的功能。
附图说明
图1为本发明自动驾驶电源分配与电源管理系统的外部原理图。
图2为本发明自动驾驶电源分配与电源管理系统的系统原理图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
实施例一：如图1-2所示，本实施例所涉及的一种自动驾驶电源分配与电源管理系统，PDM(电源管理模块)主要有以下部分组成：
1)隔离开关：主隔离开关(Q1)，冗余隔离开关(Q2)；主回路隔离开关(Q3)，冗余回路隔离开关(Q4)；主回路和冗余回路各通道Mos管开关；
2)数据采集模块：主电池和冗余电池电压采集模块，DCDC电压采集模块，主回路和冗余回路电压采集模块；
3)电流复用器；
4)数据存储模块；
5)CAN模块：主回路CAN收发模块，冗余回路CAN收发模块。
6)LIN模块：主回路LIN收发模块，冗余回路LIN收发模块。
7)电源模块：供电模块1、供电模块2
8)电源检测模块：BAT电源检测模块，ACC/IG电源检测模块；
9)输出通道：高变输出通道、底边输出通道、全桥输出通道。
3、系统说明：
1)一级配电：
①PDM(电源分配模块)和主电池、冗余电池、DCDC连接，PDM通过LIN总线可采集主电池状态信息(I、V、SOC、故障状态)，通过电池状态，PDM可通过DCDC给主电池和冗余电池进行充放电；
②PDM可以采集DCDC回路电压、电流、温度、Mos管状态，并通过CAN总线输出和故障隔离；
③PDM可以采集一级配电主回路和冗余回路供电电压、电流、温度、MOS管状态，并通过CAN总线输出和故障隔离；
2)二级配电：PDM(电源分配模块)二级配电提供自动驾驶相关控制器供电，实时采集主/冗余回路各通道状态，根据主/冗余回路各通道状态进行供电管理和故障隔离；
3)三级配电：其他负载和模块通过电源分配模块三级级配电进行供电，实时采集各通道状态，根据当前三级配电各通道状态进行供电管理和故障隔离；
4)故障监控处理寄存储：故障监控处理模块和故障存储模块；
5)低压电源管理模块：电平衡管理模块和静态电流管理模块；
6)CAN收发模块；
7)LIN收发模块；
8)功能安全要求：电源分配模块可达功能安全要求ASIL D等级；
实施例二：如图1-2所示，本实施例所涉及的一种自动驾驶电源分配与电源管理系统，电源分配模块有以下功能：
1)冗余电源控制：
①主电池冗与余电池切换：PDM控制主电池与冗余电池接通或断开，确保供电系统满足功能安全满足目标ASIL D
②电池充电管理：PDM采集主电池IBS和冗余电池IBS的电池状态，进行主电池/冗余电池充电管理，保证蓄电池状态良好；
a)快速充电策略：在主电池或冗余电池电量处于极低电量状态时，应快速为蓄电池充电，降低硫化反应对蓄电池寿命的影响
b)基于目标SOC的充电策略：在主电池或冗余电池处于正常电量状态时，应以控制蓄电池保持在目标SOC范围内为目标，这样蓄电池既有可以单独满足低压系统用电需求，同样也具有一定制动能量回收的能力。当满足以下条件时，激活基于目标SOC的充电策略
1、车辆运行状态模块反馈当前模式为“加速模式”、“匀速模式”或
“驻车模式”；
2、蓄电池电量处于极低(0～70％)、较低(65％～85％)、正常(82％～96％)
或极高(94％～100％)电量状态。
在基于目标SOC的充电策略下，目标电压是通过目标充电电流与实际充电电流闭环控制实现的，并实时监测对蓄电池的充电电流，以免充电电流过大影响蓄电池寿命。
③电池放电管理：当主电池或冗余电池电量处于极高电量状态时，为了合理使用蓄电池电能，需对蓄电池进行主动放电管理，对蓄电池进行放电控制。当满足以下条件时，激活主动放电策略
a)蓄电池电量处于高电量状态；
b)车辆处于加速或减速状态；
④紧急情况负载管理：紧急情况舒适性、娱乐性用电器功能限制或功能降级
2)整车电平衡管理：
①动态电平衡控制：实时监控电源系统最大输出功率，蓄电池可用功率、用电器需求功率，通过对与安全无关的负载进行分等级地满足，使三者时刻保持平衡；
②模式监控管理：判断不同模式，如正常模式、运输模式、工厂模式、展车模式下对相关用电器禁用或功能降级，以达到保护蓄电池、降低能耗的目的；
③OTA电源管理：判断蓄电池状态、评估蓄电池可用时间，避免OTA下蓄电池馈电；
④静态蓄电池状态管理：PDM通过LIN总线与电池传感器IBS通讯，在驻车状态下，PDM可间隔每xx小时唤醒IBS传感器，获取主电池和冗余电池的电池状态且以CAN总线的形式输出。
3)整车静态电流管理：
①静态电流监控与管理：驻车状态下，如静态电流超过阈值，系统进行记录及处理；
②静态电源管理：通过综合判断蓄电池状态，使车辆进入深度休眠模式，以达到延长整车静置时长，降低整车能耗的目的；
4)整车负载管理：
PDM具有多通道的电源输出接口，部分高边输出通道支持全桥模式输出，可用于电机控制类负载，PDM可进行负载管理，如下：
当车辆启动过程中，PDM可按照需求关闭部分负载，避免启动负载太大造成车辆启动困难，例如：空调、收音机、门锁、雨刮等用电器等；
整车工作过程中，PDM可按照不同工况下的负载等级进行整车负载关闭，实现有效的负载管理从而节省不必要电量消耗
注：该功能可依据实际情况进行标定和配置
5)接线隔离：
当一级配电主电池或冗余电池出现过压、欠压、过流、过温、过载时，电源分配模块立即切断Q3或Q4故障回路，进行故障隔离，禁止自动驾驶，当故障恢复后，允许自动驾驶；
当一级配电主回路或冗余回路出现过压、欠压、过流、过温、过载时，电源分配模块立即切断Q1&Q3或Q2&Q4故障回路，禁止自动驾驶，当故障恢复后，允许自动驾驶；
当二级配电主回路或冗余回路某一个通道出现过压、欠压、过流、过温、过载时，首先会切断故障通道，电源分配模块在xx毫秒内判断该故障是否影响该回路别的通道，如果不影响，此时只切断该故障通道，如果影响该回路别的通道，电源分配模块立即切断Q1&Q3或Q2&Q4故障回路，禁止自动驾驶，当故障恢复后，允许自动驾驶；
6)数据实时采集：
①一级配电：
实时采集主电池和冗余电池电流、电压、温度、SOC；
实时采集DCDC端电压、电流、温度、MOS管状态；
实时采集主回路和冗余回路电压、电流、温度；
实时采集主回路和冗余回路MOS状态；
②二级配电：
实时采集主回路各通道和冗余回路各通道电压、电流、温度；
实时采集主回路各通道和冗余回路各通道MOS状态；
③三级配电：
时采集三级配电回路各通道电压、电流、温度；
实时采集三级配电回路各通道MOS状态；
7)数据存储功能：
电源分配模块可记录并存储发生主一级配电故障(电池故障、冗余电池故障、主回路故障、冗余回路故障)、二级配电故障(主回路故障、冗余回路故障)、三级配电故障。
8)故障应急切断和恢复
①当一级配电主电池或者冗余电池出现过压、欠压、过流、过温、过载时，电源分配模块立即切断Q3或Q4故障回路，禁止自动驾驶；当故障恢复后，Q3和Q4闭合后，允许自动驾驶；
②当二级配电主回路或者冗余回路出现过压、欠压、过流、过载时，电源分配模块立即切断Q1&Q3或Q2&Q4故障回路，禁止自动驾驶；当故障恢复后，Q1&Q3和Q2&Q4闭合后，允许自动驾驶；
③当三级配电出现过压、欠压、过流、过载时，电管理控制器立即切断故障回路，确保车辆安全性；
9)网络通信功能
电源分配模块可与整车之间通过CAN总线进行通信，接收车辆状态(如：发动机转速、自动驾驶状态、端电压等)，并反馈冗余电源控制器的开关状态、电路保护状态、恢复接通状态、MOS管故障诊断、状态采样等信息，CAN总线通信协议遵循SAE J1939通信协议。
①PDM配备CAN1和CAN2两通道通信，两通道同时分别向主回路CAN1和冗余回路CAN2总线上发送相同数据；
②CAN1和CAN2数据互为备份，不会因为某一路CAN的故障造成冗余电源控制器无法收发信号、无法正常工作
10)故障检测和诊断需求
PDM(电源分配模块)可检测每个MOS管的通断状态，及每个MOS管是否正常，并留有接口可从外部检测出每个MOS管及其驱动是否正常。
PDM(电源分配模块)可通过电压、电流、温度传感器检测一级配电(充放电电流、电压、温度)、二级配电(主回路、冗余回路各通道)故障状态、三级配电(三级负载通道)故障状态。
PDM(电源分配模块)可通过CAN总线反馈相应的故障状态，以支持正在自动驾驶模式的车辆平稳退出自动驾驶模式。
PDM(电源分配模块)可对系统故障进行记录并存储，便于通过诊断实现对系统故障的定位分析。
11)标定功能
电源分配模块支持不同设计参数标定功能，进行以下相关设计参数的标定
a)流出到主回路和主回路各通道方向上的MOS管过流保护电流
b)流出到冗余回路和冗余回路各通道方向上的MOS管过流保护电流
c)主回路和主回路各通道MOS管的温度
d)冗余回路和冗余回路各通道MOS管的温度
e)检测到欠压、过压、过流、过温并维持到开始执行保护的时间
f)负载管理标定
g)充放电参数标定
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种自动驾驶电源分配与电源管理系统，其特征在于，所述自动驾驶电源分配与电源管理系统包括一级配电冗余回路、一级配电主回路、二级配电回路、三级配电回路和电源分配模块，一级配电冗余回路包括冗余电池，一级配电主回路包括主蓄电池和DCDC电源模块，二级配电回路包括主电源和冗余电源；
电源分配模块和主蓄电池、冗余电池、DCDC电源模块连接，电源分配模块通过LIN总线采集主蓄电池和冗余电池I、V、SOC、故障状态信息，通过电池状态，电源分配模块可通过DCDC电源模块给主蓄电池和冗余电池进行充放电；
电源分配模块实时采集DCDC回路电压、电流、温度、Mos管状态，并通过CAN总线输出和故障隔离；
电源分配模块实时采集一级配电主回路和一级配电冗余回路供电电压、电流、温度、MOS管状态，并通过CAN总线输出和故障隔离；
电源分配模块控制二级配电回路为自动驾驶相关控制器供电，实时采集二级配电主回路和冗余回路各通道状态，根据二级配电主回路和冗余回路各通道状态进行供电管理和故障隔离；
其他负载和模块通过电源分配模块输出控制三级配电回路进行供电，实时采集三级配电回路各通道状态，根据当前三级配电回路各通道状态进行供电管理和故障隔离。
2.根据权利要求1所述的自动驾驶电源分配与电源管理系统，其特征在于，所述电源分配模块包括数据采集模块，具体为：主蓄电池和冗余电池电压采集模块、DCDC电压采集模块，主回路和冗余回路电压采集模块、二级配电主回路和冗余回路电压采集模块和三级配电电压采集模块。
3.根据权利要求1所述的自动驾驶电源分配与电源管理系统，其特征在于，所述电源分配模块包括CAN模块和LIN模块，CAN模块包括主回路CAN收发模块和冗余回路CAN收发模块，LIN模块包括主回路LIN收发模块和冗余回路LIN收发模块。
4.根据权利要求1所述的自动驾驶电源分配与电源管理系统，其特征在于，所述电源分配模块包括隔离开关：主蓄电池隔离开关Q1、冗余电池隔离开关Q2、主回路隔离开关Q3、冗余回路隔离开关Q4、主回路和冗余回路各通道Mos管开关；
当主蓄电池或冗余电池出现过压、欠压、过流、过温、过载时，电源分配模块立即切断Q3或Q4故障回路，进行故障隔离，禁止自动驾驶，当故障恢复后，允许自动驾驶；
当一级配电主回路或冗余回路出现过压、欠压、过流、过温、过载时，电源分配模块立即切断Q1&Q3或Q2&Q4故障回路，禁止自动驾驶，当故障恢复后，允许自动驾驶；
当二级配电主回路或冗余回路某一个通道出现过压、欠压、过流、过温、过载时，首先会切断故障通道，电源分配模块在一定时间内判断该故障是否影响该回路别的通道，如果不影响，此时只切断该故障通道，如果影响该回路别的通道，电源分配模块立即切断Q1&Q3或Q2&Q4故障回路，禁止自动驾驶，当故障恢复后，允许自动驾驶。
5.根据权利要求1所述的自动驾驶电源分配与电源管理系统，其特征在于，通过电池状态，电源分配模块可通过DCDC给主蓄电池和冗余电池进行充放电具体为：
电量极低0～70％、电量较低65％～85％、正常电量82％～96％或极高电量94％～100％；
A电池充电管理：
a)快速充电策略：在主电池或冗余电池电量处于极低电量状态时，应快速为蓄电池充电，降低硫化反应对蓄电池寿命的影响；
b)基于目标SOC的充电策略：在主电池或冗余电池处于正常电量状态时，应以控制蓄电池保持在目标SOC范围内为目标，这样蓄电池既有可以单独满足低压系统用电需求，同样也具有一定制动能量回收的能力；当满足以下条件时，激活基于目标SOC的充电策略：
1、车辆运行状态模块反馈当前模式为“加速模式”、“匀速模式”或“驻车模式”；
2、蓄电池电量处于较低、正常或极高电量状态；
在基于目标SOC的充电策略下，目标电压是通过目标充电电流与实际充电电流闭环控制实现的，并实时监测对蓄电池的充电电流，以免充电电流过大影响蓄电池寿命；
B电池放电管理：当主电池或冗余电池电量处于极高电量状态时，为了合理使用蓄电池电能，需对蓄电池进行主动放电管理，对蓄电池进行放电控制；当满足以下条件时，激活主动放电策略：
a)蓄电池电量处于极高电量状态；
b)车辆处于加速或减速状态。
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| CN202210410110.XA CN114726083A (zh) | 2022-04-19 | 2022-04-19 | 自动驾驶电源分配与电源管理系统 |
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| CN114726083A true CN114726083A (zh) | 2022-07-08 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2022-04-19 CN CN202210410110.XA patent/CN114726083A/zh active Pending
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