CN118025052A - 一种商用车智能配电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车电子电源防护系统技术领域，具体为一种商用车智能配电系统，包括低压锂电池和区域模块，所述低压锂电池内集成一级回路，一级回路包括一级MCU、一级MOS管和一级预驱芯片，一级MCU连接一级MOS管和一级预驱芯片，一级预驱芯片控制一级MOS管的通断以及与区域模块的信息交互；区域模块内集成二级回路，二级回路包括二级MOS管和二级预驱芯片，二级MOS管的输入连接一级MOS管的输出，二级预驱芯片控制二级MOS管的通断以及与外界设备的信息交互；本发明通过MOS管与低压电池和区域模块控制器的集成，来对整车用电器进行电源分配和电量管理，智能配电进行配电回路的精准控制，无需设计裕量，降低导线成本。

Description

一种商用车智能配电系统

技术领域

本发明涉及汽车电子电源防护系统技术领域，具体涉及一种商用车智能配电系统。

背景技术

传统的电源防护系统主要有硬线式、绕线式、汇流条式、PCB印刷电路板等类型，通常需要在底盘上设置底盘电源分配盒，在驾驶室设置中央电器装置板。但本质上均属于熔断丝和继电器的组合，体积较大，需要不定期的维护和更换，仅能进行短路保护，功能单一，导线数量多。但随着芯片半导体技术的发展，功能丰富、安全可控的智能配电成为新的发展趋势，并在部分主流车型上得到应用。

现有平台采用保险丝和继电器组合的方案，在底盘上有底盘电源分配盒，作为一级回路给底盘负载和中央电器装置板供电，中央电器装置板作为二级回路，给驾驶室负载供电。中央电器装置板上集成了大量的保险丝和继电器，通过PCB、汇流条等方式为各支路进行电源的分配。现有平台主要存在以下问题：

1）保险丝和继电器的组合方案，必须设计独立的底盘电器盒和驾驶室电器盒，适用于分布式架构，无法满足现有的域融合架构和中央集中架构。

2）保险丝和继电器体积大，无法解决无人驾驶车辆电源冗余的需求。

3）传统保险丝仅有短路保护功能，无法满足冗余控制、实时监控、故障诊断、切断隔离和远程OTA、网络安全等智能网联汽车的需求。

4）传统保险丝的适配导线线径裕量较大，导致线束成本较高。

因此，需要设计一种商用车领域的智能配电集成方案，取消了传统的底盘电器盒和中央电器装置板，以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种商用车智能配电系统，通过MOS管与低压电池和区域模块控制器的集成，对整车用电器进行电源分配和电量管理，可应用在域融合架构和中央集中架构上。MOS管采用的MOSFET半导体芯片，占用体积非常小，可设计多路冗余电源，不会占用整车布置空间，提高无人驾驶车辆电源系统的安全性。整体智能配电系统具备过载、过温、过压、过流保护，电压电流实时监控、故障诊断、开路检测、阈值设置、切断隔离和远程OTA等智能化功能。智能配电进行配电回路的精准控制，无需设计裕量，可降低导线成本30%以上。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种商用车智能配电系统，包括集成了电源的分配和电量的管理工作的低压锂电池和区域模块，所述低压锂电池内集成一级回路，一级回路包括一级MCU、一级MOS管和一级预驱芯片，一级MCU与整车进行诊断、监测信息交互并控制一级预驱芯片，一级预驱芯片控制一级MOS管的通断，从而实现电源的智能分配和管理；

区域模块内集成二级回路，二级回路包括二级MOS管和二级预驱芯片，二级MCU与整车进行诊断、监测信息交互并控制二级预驱芯片，二级预驱芯片控制二级MOS管的通断，从而实现电源的智能分配和管理。

优选的是，所述低压锂电池内的一级MCU连接多组一级MOS管和多组一级预驱芯片，一级预驱芯片连接一级MOS管。

优选的是，所述区域模块包括但不限于驾驶室区域模块和底盘区域模块。

优选的是，所述区域模块内部设有采集驱动电路和MOS配电回路，采集驱动电路设有采集驱动MCU，采集驱动MCU设有开关信号采集接口、驱动信号输出接口和CAN通讯接口，采集驱动MCU控制区域内信号采集和驱动。

优选的是，所述MOS配电回路设有多个不同规格的MOS管或HSD，MOS管用于20A以上的大电流，HSD用于20A以下的小电流，通过多层级控制实现电源回路的精准高效的电源分配和电量管理。

优选的是，所述一级MCU通过总线连接一级预驱芯片，一级MCU控制一级预驱芯片的输出引脚进而控制一级MOS管的栅极开关。

优选的是，所述一级MCU通过CAN总线与整车进行通讯，一级MCU通过CAN总线检测采集整车电路的工作状态及电气参数，一级MCU还电性连接车辆仪表和多媒体显示器，车辆仪表和多媒体显示器显示CAN总线采集的车辆信息和电源诊断信息。

优选的是，所述低压锂电池和区域控制模块均采用MOSFET半导体芯片。

本发明具有以下有益效果：

1）商用车智能配电系统的智能配电节省大量继电器控制回路，同时大幅降低整车导线线径，预计整车线束成本可降低30%以上，无长导线效应，保护特性不变，对过流及短路故障保护精确而迅速，在大幅降低整车线束成本的基础上，保障车辆配电系统安全；

2）商用车智能配电系统从功能上来说，智能配电盒可进行电源系统实时监控，控制逻辑可通过编程实现，灵活性更高；

3）商用车智能配电系统从性能上来说，功耗更低，降低发热量；响应速度快，us级保护速度；防护等级高，可达到IP67；体积更小，重量更轻；

4）商用车智能配电系统从可靠性上来说，MOS器件本身的使用寿命很长，防护等级更高；

5）商用车智能配电系统从售后维护上来说，终身免维修，无需更换保险丝和继电器。

附图说明

图1是商用车智能配电系统系统低压锂电池内集成一级回路的框图。

图2是商用车智能配电系统系统的一级回路和二级回路连接的整体框图。

图3是一级回路的控制原理图。

图4是区域模块内部的控制原理图。

图中：1-一级MCU；2-一级MOS管；3-一级预驱芯片；4-低压锂电池；5-二级MOS管；6-二级预驱芯片；7-区域模块；8-采集驱动电路；9-采集驱动MCU；10-MOS配电回路；11-MOS配电MCU；12-HSD。

具体实施方式

以下将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

名词解释：

MCU：控制器。

HSD：高边驱动场效应管。

MOS管：利用电场效应来控制电流大小的半导体器件。

区域模块：一种车辆上不同区域之间信号采集和驱动的控制模块。

实施例一

如图1-4所示，一种商用车智能配电系统，包括低压锂电池4和区域模块7，低压锂电池4内集成一级回路，一级回路包括一级MCU1、一级MOS管2和一级预驱芯片3，一级MCU1连接一级MOS管2和一级预驱芯片3，一级预驱芯片3控制一级MOS管2的通断以及与区域模块7的信息交互。

低压锂电池4内的一级MCU1连接两组一级MOS管2和一级预驱芯片3，一级预驱芯片3连接一级MOS管2，低压锂电池4内还设有4个HSD12，HSD12驱动底盘上的外部设备。

一级MCU1通过总线连接一级预驱芯片3，一级MCU1控制一级预驱芯片3的输出引脚进而控制一级MOS管2的栅极开关。

一级MCU1通过CAN总线与整车进行通讯，一级MCU1通过CAN总线检测采集整车电路的工作状态及电气参数，一级MCU1还电性连接车辆仪表和多媒体显示器，车辆仪表和多媒体显示器显示CAN总线采集的车辆信息和电源诊断信息。

区域模块7内集成二级回路，二级回路包括二级MOS管5和二级预驱芯片6，二级MOS管5的输入连接一级MOS管2的输出，二级预驱芯片6控制二级MOS管5的通断以及与外界设备的信息交互。

区域模块7包括但不限于驾驶室（座舱）区域模块和底盘区域模块。

区域模块7内部设有采集驱动电路8和MOS配电回路10，采集驱动电路8设有采集驱动MCU，采集驱动MCU设有开关信号采集接口、驱动信号输出接口和CAN通讯接口，采集驱动MCU控制区域内信号采集和驱动。

MOS配电回路10设有MOS配电MCU11，MOS配电MCU11连接5个二级MOS管5，二级MOS管5连接外部的用电设备，MOS配电MCU11进行电源分配和管理。

一级MOS管2和二级MOS管5均采用MOSFET半导体芯片，一级预驱芯片3和二级预驱芯片6均采用高边驱动芯片。

实施例二：采用实施例一的连接结构形式的具体实施过程。

本发明主要将MOSFET半导体芯片应用到商用车上，进行电源防护系统的一级回路和二级回路的电流调节和分配。由MOSFET半导体芯片、高边驱动芯片、MCU、预驱电路、监测回踩电路构成。MCU通过总线信息控制高边驱动芯片的输出针脚，以控制MOSFET半导体芯片的栅极开关，达到控制外部电源的效果。并通过实时检测外部电路的工作状态及电气参数，达到保护外部器件的效果。

本发明的一级回路将MOSFET半导体芯片和一级预驱芯片3集成到低压锂电池4上，给底盘和驾驶室提供电源防护，也集成了多个MOSFET半导体芯片，数量不受限制，作为二级回路给底盘用电设备进行供电。

本发明的二级回路与区域模块7集成。区域模块7不仅负责区域内信号的采集和驱动功能，还负责电源分配和管理的功能。

本发明的一级回路和二级回路均设有MOS管和预驱芯片，预驱芯片负责控制MOS管的通断及与外界设备进行信息交互、故障诊断。

本发明采用背靠背连接实现防反接设计，以及进电异常隔离关断功能。可实现欠压、过压、短路、阈值可配，实时电流采集，过流诊断，过温保护的功能。诊断信息通过一级MCU1采集和上传至CAN总线，并在仪表或多媒体上进行显示。

本发明的区域模块7内部采集驱动电路8与MOS配电回路10分区域设计，并充分考虑散热及电磁干扰等因素，设计屏蔽隔离带。

低压供电和电源防护融为一体，低压锂电池4内集成了一级配电功能，替代了传统的底盘电器盒。低压锂电池4既是整车的低压供电电源，也是底盘用电器的配电电源，又是电源模式管理的控制源。

低压锂电池4自身进行电源分配，电源回路的短路保护、电流监测、电压控制、电源模式管理、电量管理、故障诊断及远程OTA。

将二级配电融合到了驾驶室（座舱）区域模块和底盘区域模块中，区域模块7承担了电源防护和管理的功能。

区域模块7进行区域信号的采集和驱动，也可进行电源分配、电源回路的短路保护、电流监测、电压控制、电源模式管理、电量管理、故障诊断及远程OTA。

以低压锂电池为例：

1）传统的低压锂电池由电芯串联或并联构成，电池包外有正负极接线柱，直接给整车电器盒供电，电器盒体积较大，需有专门的安装结构和布置空间。

2）本发明将一级MCU1、MOSFET半导体芯片和一级预驱芯片3集成到了电池包内部，集成度更高，结构更紧凑，无需占用整车布置空间。一级MCU1负责采集电池组的温度、电流、电压、电量的信息，并通过CAN总线接口与整车进行通讯。

3）本发明再无需区分常电、30+电及15+电，电源输出模式通过软件进行设定和配置，MOSFET半导体芯片作为回路总开关，可替代大闸开关的作用，电源系统更加智能化。

Claims (8)

1.一种商用车智能配电系统，其特征在于，包括集成了电源的分配和电量的管理工作的低压锂电池和区域模块，所述低压锂电池内集成一级回路，一级回路包括一级MCU、一级MOS管和一级预驱芯片，一级MCU与整车进行诊断、监测信息交互并控制一级预驱芯片，一级预驱芯片控制一级MOS管的通断，用于电源的智能分配和管理；

区域模块内集成二级回路，二级回路包括二级MOS管和二级预驱芯片，二级MCU与整车进行诊断、监测信息交互并控制二级预驱芯片，二级预驱芯片控制二级MOS管的通断，用于电源的智能分配和管理。

2.根据权利要求1所述的一种商用车智能配电系统，其特征在于，所述低压锂电池内的一级MCU连接多组一级MOS管和多组一级预驱芯片，一级预驱芯片连接一级MOS管。

3.根据权利要求1所述的一种商用车智能配电系统，其特征在于，所述区域模块包括但不限于驾驶室区域模块和底盘区域模块。

4.根据权利要求1所述的一种商用车智能配电系统，其特征在于，所述区域模块内部设有采集驱动电路和MOS配电回路，采集驱动电路设有采集驱动MCU，采集驱动MCU设有开关信号采集接口、驱动信号输出接口和CAN通讯接口，采集驱动MCU控制区域内信号采集和驱动。

5.根据权利要求4所述的一种商用车智能配电系统，其特征在于，所述MOS配电回路设有多个不同规格的MOS管或HSD，MOS管用于20A以上的大电流，HSD用于20A以下的小电流。

6.根据权利要求1所述的一种商用车智能配电系统，其特征在于，所述一级MCU通过总线连接一级预驱芯片，一级MCU控制一级预驱芯片的输出引脚进而控制一级MOS管的栅极开关。

7.根据权利要求1所述的一种商用车智能配电系统，其特征在于，所述一级MCU通过CAN总线与整车进行通讯，一级MCU通过CAN总线检测采集整车电路的工作状态及电气参数，一级MCU还电性连接车辆仪表和多媒体显示器，车辆仪表和多媒体显示器显示CAN总线采集的车辆信息和电源诊断信息。

8.根据权利要求1所述的一种商用车智能配电系统，其特征在于，所述低压锂电池和区域控制模块均采用MOSFET半导体芯片。