CN210985730U - 一种双电源冗余系统和驾驶设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双电源冗余系统和驾驶设备，双电源冗余系统包括超级电容器和铅酸蓄电池；超级电容器的正极端通过第一连接线与发电机或直流‑直流转换器电连接；超级电容器的负极端接地；铅酸蓄电池的正极端通过第二连接线与发电机或直流‑直流转换器电连接；铅酸蓄电池的负极端接地。本实用新型解决了双蓄电池电源网络算法复杂、维护麻烦、整车增重较多的技术问题，使得整车的双电源冗余系统更安全可靠、操作更加便捷、响应更加及时且实现了整车的轻量化。

Description

一种双电源冗余系统和驾驶设备

技术领域

本实用新型实施例涉及电源技术领域，尤其涉及一种双电源冗余系统和驾驶设备。

背景技术

近年来，随着科技的进步、汽车行业的发展，越来越多的高科技功能被应用到汽车上，智能车辆、智慧交通是未来移动出行行业的必然发展趋势，而自动驾驶则是车辆智能化发展中的重要组成部分与关键技术手段。实现由人类控制车辆到自动驾驶汽车的转变将是一个漫长的过程，而在此期间保障驾驶安全是自动驾驶的应用前提，其技术安全可靠与否直接关乎驾乘人员的生命财产安全，尤其是当实现L3级别以上自动驾驶功能，驾驶者可以分心、车辆自主完成驾驶动作时，一旦出现智能车辆应对不了的工况，确保驾驶员可以立刻接管车辆，避免车辆失控显得尤为重要。若采用传统单蓄电池电源网络，一旦车辆在高速自动行驶中电源网络出现故障(如电源短路)，超出控制器可工作电压，车辆将直接失控，后果严重。因此双电源冗余系统是高级别自动驾驶功能的必要条件与需求。

当前的双电源系统大多为在发电机(传统车)或DCDC(直流-直流转换器，新能源车)后端原单蓄电池电源网络旁通过保险丝并联一个相同型号的低压铅酸蓄电池，将需要冗余供电的自动驾驶以及行车安全相关的负载接到备用电池上，以双电池形成双电源冗余系统。同时，考虑到铅酸蓄电池易老化尤其是老化后双蓄电池的匹配问题、使用寿命短难以涵盖整车生命周期等问题，为保证冗余备份电池时刻处于高效状态，需为两蓄电池匹配安装蓄电池传感器，实时监控电池的各项参数，分析蓄电池健康状态，提醒用户进行电池的维护与更换。一旦任一电池出现短路故障时，回路中的保险丝熔断，切断故障电源与整车电源网络的联系，使用另一块电池为整车供电，确保整车电路系统稳定。

但此方案整车电源系统的稳定性与保险丝的动作时间和机制强相关，存有较大的延时性与不可控性，此外还具有以下缺点：铅酸蓄电池易老化、使用寿命短，需定期维护更换；为满足高级自动驾驶系统安全的要求，需对电池状态实时监控，铅酸电池健康状态监控算法复杂、准确度有限，开发量大且易引发用户抱怨；比单蓄电池电源网络额外增加一块蓄电池，整车增重近20kg，不利于整车轻量化。

实用新型内容

本实用新型提供一种双电源冗余系统和驾驶设备，使得整车的双电源冗余系统更安全可靠、操作更加便捷、响应更加及时且实现了整车的轻量化。

本实用新型实施例提供了一种双电源冗余系统，其特征在于，包括超级电容器和铅酸蓄电池；所述超级电容器的正极端通过第一连接线与发电机或直流-直流转换器电连接；所述超级电容器的负极端接地；所述铅酸蓄电池的正极端通过第二连接线与所述发电机或所述直流-直流转换器电连接；所述铅酸蓄电池的负极端接地。

进一步地，还包括第一继电器，所述超级电容器的正极端通过所述第一继电器与所述第一连接线相连接。

进一步地，还包括第二继电器，所述铅酸蓄电池的正极端通过所述第二继电器与所述第二连接线相连接。

进一步地，还包括第三继电器，所述第三继电器设置于所述第二连接线上，用于控制所述发电机或所述直流-直流转换器与所述第二连接线之间的通断。

进一步地，还包括第一保险盒，第一负载通过所述第一保险盒同所述第一连接线相连接，其中，所述第一负载包括：行车安全负载和自动驾驶负载。

进一步地，还包括第二保险盒，所述第一负载和第二负载均通过所述第二保险盒同所述第二连接线相连接，其中，所述第二负载包括普通负载。

进一步地，所述铅酸蓄电池的正极端通过所述第二保险盒与所述第二继电器相连接。

进一步地，还包括蓄电池传感器，所述蓄电池传感器设置于所述铅酸蓄电池的负极端处。

本实用新型实施例还包括一种驾驶设备，所述驾驶设备包括上述任一实施例所述的双电源冗余系统。

本实用新型公开了一种双电源冗余系统和驾驶设备，双电源冗余系统包括超级电容器和铅酸蓄电池；超级电容器的正极端通过第一连接线与发电机或直流-直流转换器电连接；超级电容器的负极端接地；铅酸蓄电池的正极端通过第二连接线与发电机或直流-直流转换器电连接；铅酸蓄电池的负极端接地。本实用新型解决了双蓄电池电源网络算法复杂、维护麻烦、整车增重较多的技术问题，使得整车的双电源冗余系统更安全可靠、操作更加便捷、响应更加及时且实现了整车的轻量化。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种双电源冗余系统的结构图；

图2是本实用新型实施例提供的又一种双电源冗余系统的结构图；

图3是本实用新型实施例提供的另一种双电源冗余系统的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于限定特定顺序。本实用新型下述各个实施例可以单独执行，各个实施例之间也可以相互结合执行，本实用新型实施例对此不作具体限制。

实施例一：

图1是本实用新型实施例提供的一种双电源冗余系统的结构图。

如图1所示，该双电源冗余系统包括超级电容器11和铅酸蓄电池12；超级电容器11的正极端通过第一连接线21与发电机或直流-直流转换器(DC-DC)13电连接；超级电容器11的负极端接地。铅酸蓄电池12的正极端通过第二连接线22与所述发电机或所述直流-直流转换器13电连接；铅酸蓄电池12的负极端接地。

在本实用新型实施例中，超级电容器11内部集成有控制器。超级电容器11与相关的负载的冗余电源接口形成一个电源网络，铅酸蓄电池12与相关负载的另一路电源形成另一个电源网络，利用超级电容器11超长使用寿命、生命周期内免维护、高安全性、高功率等特点，结合传统的单蓄电池电源网络，从而开发出了一种更安全可靠、更便捷环保的整车双电源冗余系统。

本实用新型解决了双蓄电池电源网络算法复杂、维护麻烦、整车增重较多的技术问题，使得整车的双电源冗余系统更安全可靠、操作更加便捷、响应更加及时且实现了整车的轻量化。

图2是本实用新型实施例提供的又一种双电源冗余系统的结构图。

可选地，如图2所示，该双电源冗余系统还包括第一继电器S1，超级电容器11的正极端通过第一继电器S1与第一连接线21相连接。

具体地，超级电容器11可以通过第一继电器S1实现与超级电容器11所在的电源网络之间的连通或隔离断开。

可选地，如图2所示，该双电源冗余系统还包括第二继电器S2，铅酸蓄电池12的正极端通过第二继电器S2与第二连接线22相连接。

具体地，铅酸蓄电池12可以通过第二继电器S2实现与铅酸蓄电池12所在的电源网络之间的连通或隔离断开。

可选地，如图2所示，该双电源冗余系统还包括第三继电器S3，第三继电器S3设置于第二连接线22上，用于控制发电机或直流-直流转换器13与第二连接线22之间的通断。

具体地，发电机或直流-直流转换器13能够为整车提供耗电输入，通过设置第三继电器S3，当发电机或直流-直流转换器13发生故障时，可以及时断开发电机或直流-直流转换器13与第二连接线22直接的连接，即断开了发电机或直流-直流转换器13与负载之间的连接，同时为了保证电容状态，第一继电器S1也会断开，此时只有第二继电器S2闭合，铅酸蓄电池12为电源，为为整车电源网络供电，以确保驾驶员可以接管车辆并作出应急处置。

图3是本实用新型实施例提供的另一种双电源冗余系统的结构图。

可选地，如图3所示，该双电源冗余系统还包括第一保险盒31，第一负载41通过第一保险盒31同第一连接线21相连接，其中，第一负载41包括：行车安全负载和自动驾驶负载。

具体地，第一负载41包括行车安全负载和自动驾驶负载，行车安全负载和自动驾驶负载分别通过保险丝同第一连接线21相连接，上述保险丝设置于第一保险盒31内。第一保险盒31用于保护行车安全负载和自动驾驶负载设备安全。发电机或直流-直流转换器13的另一端同发动机或电机(高压网络)相连接。

可选地，如图3所示，该双电源冗余系统还包括第二保险盒32，第一负载41和第二负载42均通过第二保险盒同第二连接线22相连接，其中，第二负载42包括普通负载。

可选地，如图3所示，铅酸蓄电池12的正极端通过第二保险盒32与第二继电器S2相连接。

具体地，车安全负载、自动驾驶负载以及普通负载分别通过保险丝同第二连接线22相连接，铅酸蓄电池12的正极端通过保险丝同第二继电器S2相连接，上述保险丝设置于第二保险盒32内，第二保险盒32用于保护各负载以及铅酸蓄电池12在电流过大时不会被烧毁。

可选地，如图1所示，该双电源冗余系统还包括蓄电池传感器51，蓄电池传感器51设置于铅酸蓄电池12的负极端处。

下面以图3所示的实施例为例，对本申请所提供的双电源冗余系统的控制逻辑做具体介绍。

参见图3，本申请提供的双电源冗余系统主要由一块铅酸蓄电池及蓄电池传感器、一个超级电容器(内部集成控制器)以及三个继电器等组成。主要架构为在发电机(传统车)或DC-DC(直流-直流转换器，新能源车)后端将与自动驾驶、行车安全相关的负载的冗余电源接口与超级电容器形成一个电源网络，其中，超级电容器可通过第一继电器S1与该电源网络隔离断开。同时，整车传统低压电源网络、自动驾驶/行车安全相关负载的另一路电源以及铅酸蓄电池形成另一个电源网络，其中蓄电池可通过第二继电器S2与该电源网络隔离断开。两个电源网络间通过第三继电器S3来实现其连通或断开。三个继电器的控制逻辑如下：

(1)车辆正常熄火整车休眠后，继电器S1/S3断开，S2闭合，由铅酸蓄电池提供整车静电流消耗；

(2)车辆唤醒，正常使用过程中，包括起动、怠速、行驶等，继电器S1/S2/S3均闭合，形成双电源网络，由发电机或DC-DC提供整车耗电输入；

(3)铅酸蓄电池发生短路故障时，继电器S2断开，继电器S1/S3闭合，超级电容器做为系统电源，同时由发电机或DC-DC提供整车耗电输入；

(4)超级电容器发生短路故障时，继电器S1断开，继电器S2/S3闭合，铅酸蓄电池为系统电源，同时由发电机或DC-DC提供整车耗电输入；

(5)发电机或DC-DC输出故障时，继电器S1/S3断开，继电器S2闭合。具体地，发电机或DC-DC输出故障时无外部电量来源，电容储能较少，为保证电容状态，继电器S1断开，继电器S2闭合，铅酸蓄电池为电源，为整车电源网络供电，以确保驾驶员可以接管车辆并作出应急处置。

(6)发电机或DC-DC输出故障，同时超级电容器发生短路故障时，继电器S1/S3断开，继电器S2闭合，同(5)；

(7)发电机或DC-DC输出故障，同时铅酸蓄电池发生短路故障时，继电器S2/S3断开，继电器S1闭合，此时无外部电量来源，超级电容器为电源，为行车安全、自动驾驶相关的冗余电源负载供电，以确保驾驶员可以接管车辆并作出应急处置；

(8)整车用电负载(包含普通负载、行车安全负载、自动驾驶负载)或线路发生短路故障，且无保险熔断时，继电器S3断开，继电器S1/S2闭合，此时铅酸蓄电池网络与超级电容器网络形成两个独立的低压电源网络系统(图3中第二连接线22形成的网络以及第一连接线21形成的网络)，若第二连接线22形成的网络部分出现故障，则超级电容器做为系统电源，同时由发电机或DC-DC为行车安全、自动驾驶相关的冗余电源负载供电；若第一连接线21形成的网络部分出现故障，则铅酸蓄电池为电源，为整车电源网络供电，以确保驾驶员可以接管车辆并作出应急处置。

本申请所提供的双电源冗余系统采用超级电容器加原车单蓄电池电源并结合可控继电器的网络架构，具有下述优点：解决了双蓄电池电源网络算法复杂、维护麻烦、整车增重较多的技术问题，使得整车的双电源冗余系统更安全可靠、操作更加便捷、响应更加及时且实现了整车的轻量化；超级电容器虽然存在故障可能，但其自身高可靠性决定了其故障率极低，使得整车的双电源冗余系统更安全可靠。

实施例二：

本实用新型实施例还提供了一种驾驶设备，该驾驶设备包括上述任一实施例所述的双电源冗余系统。

本实用新型实施例提供的驾驶设备包括上述实施例中的双电源冗余系统，因此本实用新型实施例提供的驾驶设备也具备上述实施例中所描述的有益效果，此处不再赘述。

在本实用新型实施例的描述中，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，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

最后应说明的是，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种双电源冗余系统，其特征在于，包括超级电容器和铅酸蓄电池；

所述超级电容器的正极端通过第一连接线与发电机或直流-直流转换器电连接；所述超级电容器的负极端接地；

所述铅酸蓄电池的正极端通过第二连接线与所述发电机或所述直流-直流转换器电连接；所述铅酸蓄电池的负极端接地。

2.根据权利要求1所述的双电源冗余系统，其特征在于，还包括第一继电器，所述超级电容器的正极端通过所述第一继电器与所述第一连接线相连接。

3.根据权利要求1所述的双电源冗余系统，其特征在于，还包括第二继电器，所述铅酸蓄电池的正极端通过所述第二继电器与所述第二连接线相连接。

4.根据权利要求1所述的双电源冗余系统，其特征在于，还包括第三继电器，所述第三继电器设置于所述第二连接线上，用于控制所述发电机或所述直流-直流转换器与所述第二连接线之间的通断。

5.根据权利要求1所述的双电源冗余系统，其特征在于，还包括第一保险盒，第一负载通过所述第一保险盒同所述第一连接线相连接，其中，所述第一负载包括：行车安全负载和自动驾驶负载。

6.根据权利要求5所述的双电源冗余系统，其特征在于，还包括第二保险盒，所述第一负载和第二负载均通过所述第二保险盒同所述第二连接线相连接，其中，所述第二负载包括普通负载。

7.根据权利要求6所述的双电源冗余系统，其特征在于，所述铅酸蓄电池的正极端通过所述第二保险盒与第二继电器相连接。

8.根据权利要求1所述的双电源冗余系统，其特征在于，还包括蓄电池传感器，所述蓄电池传感器设置于所述铅酸蓄电池的负极端处。

9.一种驾驶设备，其特征在于，所述驾驶设备包括上述权利要求1至8中任一项所述的双电源冗余系统。

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