CN212332572U - 车载供电线路的切换控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车载供电线路的切换控制装置，包含ES控制芯片、主回路电流接入端、冗余回路电流接入端、应急回路电流接入端、ES主支路、ES应急支路、ES预充电支、主回路电压传感器、主回路电流传感器、冗余回路电压传感器、冗余回路电流传感器、应急回路电流传感器，各自的信号输出端与ES控制芯片耦接；ES主支路上串联第一开关、第二开关；ES应急支路上串联第三开关、第四开关；ES预充电支路上串联第五开关；各自的信号输入端与ES控制芯片的对应端口耦接；ES控制芯片的通信端口分别与车载ADCU和车载VCU的对应端口耦接。本发明可将主回路和冗余回路隔离，保证继续正常工作；可以随时发送MOSFET状态、恢复接通状态、故障诊断、数据采样信息，便于车辆状态管理。

Description

车载供电线路的切换控制装置

技术领域

本实用新型涉及汽车电子控制系统技术领域，具体地涉及车载供电线路的切换控制装置。

背景技术

目前商用车整车供电只是单独的一路12V/24V系统通过再分配使用。整车电气系统包含：蓄电池、发电机、电源总开关、保险、点火锁、线束、继电器或其他用电器组成，所有用电器电源均来自同一套蓄电池和发电机。这样做的缺陷在于：

当发电机、蓄电池、电源总开关、点火锁或线束任何一个要素出现短路故障时，均可能导致整车无法运行影响用户使用或用户安全的重大后果。

对于上述缺陷，解决方案是对整车电源系统、总线通讯系统进行再分配，对一些影响车辆、用户安全的关键电气零部件进行升级，增加冗余蓄电池、零部件供电接口资源，使得用电器能在两套或多套电源回路中正常工作；这样做的优点在于：

即使主回路出现故障，只要冗余回路供电正常即可保证一些关键用电器正常工作或给用户争取到一些采取措施的时间。

但这种解决方案会带来另一个缺陷，即：

在上述多路供电系统中如果主回路或冗余回路出现短路故障，由于主回路与冗余回路通过发电机连接，实际上处于一个供电网络，如果直接切换供电线路，这就会导致冗余回路或主回路电压下降、蓄电池亏电后果，影响用电器正常工作。

实用新型内容

本实用新型针对上述问题，提供车载供电线路的切换控制装置，从而可以实现当主回路或冗余回路发生故障时可将主回路和冗余回路隔离，保证未发生故障回路继续正常工作，不受故障回路的影响。

为解决上述问题，本实用新型提供的技术方案为：

一种车载供电线路的切换控制装置，适用于当整车电源系统的主回路或冗余回路发生故障时，将所述主回路与所述冗余回路隔离，包含ES控制芯片、用于耦接所述主回路的主回路电流接入端、用于耦接所述冗余回路的冗余回路电流接入端、用于耦接应急回路的应急回路电流接入端以及相互并联的ES主支路、ES应急支路和ES预充电支路；其中：

所述ES主支路、ES应急支路和ES预充电支路的各自的一端耦接于所述主回路电流接入端，各自的另一端耦接于所述冗余回路电流接入端；所述主回路中的电源到所述主回路电流接入端之间安装有主回路电压传感器和主回路电流传感器；所述冗余回路中的电源到所述冗余回路电流接入端之间安装有冗余回路电压传感器和冗余回路电流传感器；所述应急回路中的电源到所述应急回路电流接入端之间安装有应急回路电流传感器；所述主回路电压传感器、主回路电流传感器、冗余回路电压传感器、冗余回路电流传感器和应急回路电流传感器各自的信号输出端分别与所述ES控制芯片的对应端口耦接；

所述ES主支路上串联有第一开关和第二开关；所述第一开关和第二开关的串联方式为背靠背式；所述ES应急支路上串联有第三开关和第四开关；所述第三开关和第四开关耦接于所述应急回路电流接入端；所述ES预充电支路上串联有第五开关；所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关各自的信号输入端分别与所述ES控制芯片的对应端口耦接；

所述ES控制芯片的通信端口分别与车载ADCU和车载VCU的对应端口耦接。

优选地，所述第一开关为设置在靠近所述主回路电流接入端一侧的MOS管；所述第二开关为设置在靠近所述冗余回路电流接入端一侧的MOS管；所述第三开关设置在靠近所述主回路电流接入端一侧；所述第四开关设置在靠近所述冗余回路电流接入端一侧。

优选地，本切换控制装置还包含设置在所述第一开关附近的用于采集所述第一开关的温度数据的第一温度传感器、设置在所述第二开关附近的用于采集所述第二开关的温度数据的第二温度传感器、设置在所述第三开关附近的用于采集所述第三开关的温度数据的第三温度传感器、设置在所述第四开关附近的用于采集所述第四开关的温度数据的第四温度传感器；所述第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器分别与所述的信号输出端分别与所述ES控制芯片的对应端口耦接。

优选地，所述ES控制芯片的通信端口采用两路互为冗余的CAN方式与所述车载ADCU和车载VCU通信；所述ES控制芯片还包含两路互为冗余的唤醒信号接收端。

本实用新型与现有技术对比，具有以下优点：

1.在多路供电系统中如果主回路或冗余回路出现短路故障时，可将主回路和冗余回路隔离，保证未发生故障回路继续正常工作，不受故障回路的影响。

2.可以随时向车载ADCU和车载VCU发送MOSFET状态、恢复接通状态、故障诊断、数据采样信息，让车载ADCU和车载VCU实时掌握供电系统的状态，便于车辆状态管理。

附图说明

图1为本实用新型具体实施例的装置结构示意图；

其中，2.ES控制芯片，3.ES主支路、4.ES应急支路，5.ES预充电支路，6.第一开关，7.第二开关，8.第三开关，9.第四开关，10.第五开关，11.主回路电压传感器，12.主回路电流传感器，13.冗余回路电压传感器，14.冗余回路电流传感器，15.应急回路电流传感器，16.ADCU，17.VCU，18.第一温度传感器、19.第二温度传感器、20.第三温度传感器，21.第四温度传感器，22.唤醒信号接收端，23.限流电阻，24.主回路电流接入端，25.冗余回路电流接入端，26.应急回路，27.第一二极管，28.第二二极管，29.第一DC-DC转换器，30.第二DC-DC转换器，31.MOSFET驱动芯片，32.电压采集芯片，33.电流采样芯片，34.温度信号采样芯片，35.应急回路电流接入端，36.主回路，37.冗余回路。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，一种车载供电线路的切换控制装置，适用于当整车电源系统的主回路36或冗余回路37发生故障时，将主回路36与冗余回路37隔离，包含ES控制芯片2、用于耦接主回路36的主回路电流接入端24、用于耦接冗余回路37的冗余回路电流接入端25、用于耦接应急回路26的应急回路电流接入端35以及相互并联的ES主支路3、ES应急支路4和ES预充电支路5；其中：

本实施例中，整个供电网络正常工作电压为24V；车载供电线路的切换控制装置由主常电汇流条和冗余常电汇流条两路独立进行供电，即所谓主回路和冗余回路，并实现两路供电物理隔离，不会因为一路供电输入的失效造成车载供电线路的切换控制装置无法工作；车载供电线路的切换控制装置内部确保绝缘性，不会因为内部故障，如MOS管损坏，而造成多于一个回路均对地短路；车载供电线路的切换控制装置的散热满足使用要求，确保在正常工作中不会因过热导致过温保护。

ES主支路3、ES应急支路4和ES预充电支路5的各自的一端耦接于主回路电流接入端24，各自的另一端耦接于冗余回路电流接入端25；主回路36中的电源到主回路电流接入端24之间安装有主回路电压传感器11和主回路电流传感器12；冗余回路37中的电源到冗余回路电流接入端25之间安装有冗余回路电压传感器13和冗余回路电流传感器14；应急回路26中的电源到应急回路电流接入端35之间安装有应急回路电流传感器15；主回路电压传感器11和冗余回路电压传感器13分别通过电压采集芯片32与ES控制芯片2的对应端口耦接。

主回路电流传感器12、冗余回路电流传感器14和应急回路电流传感器15各自的信号输出端分别通过电流采样芯片33与ES控制芯片2的对应端口耦接。

ES主支路3上串联有第一开关6和第二开关7；第一开关6为设置在靠近主回路电流接入端24一侧的MOS管；第二开关7为设置在靠近冗余回路电流接入端25一侧的MOS管；第一开关6和第二开关7的串联方式为背靠背式。

ES应急支路4上串联有第三开关8和第四开关9；第三开关8设置在靠近主回路电流接入端24一侧；第四开关9设置在靠近冗余回路电流接入端25一侧；第三开关8和第四开关9耦接于应急回路电流接入端35。

ES预充电支路5上串联有第五开关10和一个限流电阻23。

第一开关6、第二开关7、第三开关8、第四开关9和第五开关10各自的信号输入端分别与ES控制芯片2的对应端口耦接。

其中：第一开关6的信号输入端和第二开关7的信号输入端分别通过MOSFET驱动芯片31与ES控制芯片2的对应端口耦接；第五开关10的信号输入端通过MOSFET驱动芯片31与ES控制芯片2的对应端口耦接。

MOSFET驱动芯片31的驱动线路端口共10路，第一开关6到第五开关10每路分别分配2路驱动，主回路与冗余回路分别作为这两路驱动的电源，构成互为冗余的供电系统；ES控制芯片2器发出预驱动信号给MOSFET驱动芯片31，作为驱动使能信号，MOSFET驱动芯片31驱动信号给5路MOSFET，控制第一开关6到第五开关10的导通与断开；MOSFET的选型为内置二极管，一方面出现冲击电压时可保护MOS管不被击穿，另一方面起到反接保护作用应急回路电流接入端到主回路电流接入端24还串联有一个第一二极管27；应急回路电流接入端到冗余回路电流接入端25还串联有一个第二二极管28；第一二极管27和第二二极管28为两个互为反向的二极管，以保证第三开关8断开且第四开关9导通，或第三开关8导通且第四开关9断开时，主回路与冗余回路可靠隔离。

第三开关8、第四开关9和第五开关10选用相关开关设备，也可以考虑使用MOS管，但断开时须确保双向不导通。这样，主回路、冗余回路和ES应急支路4连接到车载供电线路的切换控制装置的接线在物理方向上进行区分，不会因为单点失效造成多于一个回路均对地短路；车载供电线路的切换控制装置自检测每个MOS管的通断状态，自检测每个MOS管是否正常，并留有接口便于从外部检测出每个MOS管是否正常，自检测每路MOS管驱动是否正常，并留有接口便于从外部检测出每路MOS管驱动是否正常。

车载供电线路的切换控制装置能实现主回路和冗余回路之间切换的原理在于形成应急回路26，即：当主回路正常时，控制第三开关8导通，第四开关9断开，由主回路进行供电，当主回路异常发生过流、过压、欠压造成车载供电线路的切换控制装置切断时，控制第三开关8断开，第四开关9导通，切换到冗余回路，由冗余回路进行供电。

ES控制芯片2的通信端口分别与车载ADCU16和车载VCU17的对应端口耦接。ES控制芯片2的通信端口采用两路互为冗余的CAN方式与车载ADCU16和车载VCU17通信；ES控制芯片2自带CAN1和CAN2两套CAN通信，且互为备份，不会因为某一路CAN的故障造成ES控制芯片2无法正常工作或收发信息；其中，ES控制芯片2通过CAN总线发送MOSFET状态、恢复接通状态、故障诊断、数据采样等信息给ADCU16和VCU14；VCU14通过CAN总线发送整车发动机转速、发电机输出电压给ES控制芯片2；ADCU16通过CAN总线发送自动驾驶状态、蓄电池SOC等信息给ES控制芯片2。

ES控制芯片2还包含两路互为冗余的唤醒信号接收端22；两路互为冗余的唤醒信号接收端22分别与外部硬线耦接，从而可以通过外部硬线信号控制唤醒和休眠，两个信号是逻辑或的关系，单个唤醒信号的丢失不会造成ES控制芯片2休眠；车载供电线路的切换控制装置检测到故障执行保护的同时，如果车辆在自动驾驶模式，则须通过CAN反馈相应故障状态以支持车辆平稳自动退出自动驾驶模式。如果车载供电线路的切换控制装置自检测到任何一路MOS管异常或MOS驱动异常，如果车辆在自动驾驶模式，则须通过CAN反馈相应故障状态以支持车辆平稳自动退出自动驾驶模式。

ES控制芯片2有两路互为冗余的供电线路，分别是主回路通过第一DC-DC29转换器来供电以及冗余回路通过第二DC-DC30转换器来供电；两路供电线路的供电电压都为3.3V～5V；ES控制芯片2的选型为英飞凌aurix TC212L芯片。

本切换控制装置还包含设置在第一开关6附近的用于采集第一开关6的温度数据的第一温度传感器18、设置在第二开关7附近的用于采集第二开关7的温度数据的第二温度传感器19、设置在第三开关8附近的用于采集第三开关8的温度数据的第三温度传感器20、设置在第四开关9附近的用于采集第四开关9的温度数据的第四温度传感器21；第一温度传感器18、第二温度传感器19、第三温度传感器20和第四温度传感器21分别通过温度信号采样芯片34的信号输出端分别与信号输出端分别与ES控制芯片2的对应端口耦接。温度信号采样芯片34通过路MOSFET与ES控制芯片2交互信号。

车载供电线路的切换控制装置还记录和存储工作状态以及数据采集的结果，并通过连接计算机将记录的数据进行导出分析。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本实用新型处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本实用新型单独的优选实施方案。

为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本实用新型，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或”是要表示“非排它性的或者”。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、同替换、改进，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种车载供电线路的切换控制装置，适用于当整车电源系统的主回路(36)或冗余回路(37)发生故障时，将所述主回路(36)与所述冗余回路(37)隔离，其特征在于：包含ES控制芯片(2)、用于耦接所述主回路(36)的主回路电流接入端(24)、用于耦接所述冗余回路(37)的冗余回路电流接入端(25)、用于耦接应急回路(26)的应急回路电流接入端(35)以及相互并联的ES主支路(3)、ES应急支路(4)和ES预充电支路(5)；其中：

所述ES主支路(3)、ES应急支路(4)和ES预充电支路(5)的各自的一端耦接于所述主回路电流接入端(24)，各自的另一端耦接于所述冗余回路电流接入端(25)；所述主回路(36)中的电源到所述主回路电流接入端(24)之间安装有主回路电压传感器(11)和主回路电流传感器(12)；所述冗余回路(37)中的电源到所述冗余回路电流接入端(25)之间安装有冗余回路电压传感器(13)和冗余回路电流传感器(14)；所述应急回路(26)中的电源到所述应急回路电流接入端(35)之间安装有应急回路电流传感器(15)；所述主回路电压传感器(11)、主回路电流传感器(12)、冗余回路电压传感器(13)、冗余回路电流传感器(14)和应急回路电流传感器(15)各自的信号输出端分别与所述ES控制芯片(2)的对应端口耦接；

所述ES主支路(3)上串联有第一开关(8)和第二开关(9)；所述第一开关(8)和第二开关(9)的串联方式为背靠背式；所述ES应急支路(4)上串联有第三开关(6)和第四开关(7)；所述第三开关(6)和第四开关(7)耦接于所述应急回路电流接入端(35)；所述ES预充电支路(5)上串联有第五开关(10)；所述第一开关(8)、第二开关(9)、第三开关(6)、第四开关(7)和第五开关(10)各自的信号输入端分别与所述ES控制芯片(2)的对应端口耦接；

所述ES控制芯片(2)的通信端口分别与车载ADCU(16)和车载VCU(17)的对应端口耦接。

2.根据权利要求1所述的车载供电线路的切换控制装置，其特征在于：所述第一开关(8)为设置在靠近所述主回路电流接入端(24)一侧的MOS管；所述第二开关(9)为设置在靠近所述冗余回路电流接入端(25)一侧的MOS管；所述第三开关(6)设置在靠近所述主回路电流接入端(24)一侧；所述第四开关(7)设置在靠近所述冗余回路电流接入端(25)一侧。

3.根据权利要求2所述的车载供电线路的切换控制装置，其特征在于：本切换控制装置还包含设置在所述第一开关(8)附近的用于采集所述第一开关(8)的温度数据的第一温度传感器(18)、设置在所述第二开关(9)附近的用于采集所述第二开关(9)的温度数据的第二温度传感器(19)、设置在所述第三开关(6)附近的用于采集所述第三开关(6)的温度数据的第三温度传感器(20)、设置在所述第四开关(7)附近的用于采集所述第四开关(7)的温度数据的第四温度传感器(21)；所述第一温度传感器(18)、第二温度传感器(19)、第三温度传感器(20)和第四温度传感器(21)分别与所述的信号输出端分别与所述ES控制芯片(2)的对应端口耦接。

4.根据权利要求3所述的车载供电线路的切换控制装置，其特征在于：所述ES控制芯片(2)的通信端口采用两路互为冗余的CAN方式与所述车载ADCU(16)和车载VCU(17)通信；所述ES控制芯片(2)还包含两路互为冗余的唤醒信号接收端(22)。

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