一种冗余供电系统及其控制方法与流程

1.本发明属于车辆电源系统技术领域，具体涉及一种冗余供电系统及其控制方法。


背景技术：

2.随着自动驾驶技术的研究，自动驾驶及其相关模块都要求具有较高的功能安全等级，比如要求制动、转向功能具有备份冗余，网络通讯具有备份冗余，那针对电源系统，l3及以上等级的自动驾驶需要具备冗余的供电节点，当主电源系统故障时，需立即切换到备用电源系统，避免传统车辆电源系统中的单点失效，带来整车多项功能失效，因此备用电源系统的安全及可靠性就显得极为重要。
3.现有冗余供电系统中的主供电回路为dcdc转换器与低压12v蓄电池组成的供电电源，备用电源采用的是备用12v蓄电池。当主供电回路发生故障时就需要切换到备用电源，备用电源的可靠性及安全性就非常重要，现有技术方案未对备用12v蓄电池的安全性和可靠性进行保护。因此，如何设计一种冗余供电系统及其控制方法，以实现车辆电源系统的备份，同时提高备用电源的安全性和可靠性，成为本领域技术人员急需解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种冗余供电系统及其控制方法，以解决现有技术中的上述技术问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
6.一种冗余供电系统，其包括动力电池、dcdc转换器、主蓄电池、电源隔离模块、备用蓄电池以及电池电量传感器，动力电池与dcdc转换器电连接，dcdc转换器与主蓄电池并联设置在主供电回路上；所述电源隔离模块中设置有用于与冗余供电负载相连的总线路、并联设置的第一线路和第二线路，所述第一线路的一端与所述主供电回路相连，所述第一线路的另一端与所述总线路相连；所述备用蓄电池通过备用供电回路与所述第二线路的一端相连，所述第二线路的另一端与所述总线路相连；所述第一线路上串联设置有mosfet q1、mosfet q2，所述第二线路上串联设置有mosfet q3、mosfet q4；所述电源隔离模块中还具有用于对主供电回路进行检测的第一监控电路、用于对备用蓄电池和备用供电回路进行检测的第二监控电路、用于对mosfet q1和mosfet q2的通断进行控制的第一驱动电路、用于对mosfet q3和mosfet q4的通断进行控制的第二驱动电路；所述电池电量传感器设置在所述备用蓄电池上，所述电池电量传感器与所述电源隔离模块通讯连接。
7.优选地，其还包括配电盒，所述配电盒内并联设置有多个保险丝，各所述冗余供电负载分别经各所述保险丝与所述配电盒内的主线路相连，所述主线路与所述总线路相连。
8.一种基于上述所述的冗余供电系统的冗余供电控制方法，其包括：
9.正常情况下，电源隔离模块中mosfet q1、mosfet q2、mosfet q3、mosfet q4均导通，整车由动力电池通过dcdc转换器供电；当出现短时大负载时，主蓄电池和备用蓄电池将会参与短时放电；
10.当电源隔离模块中的第一监控电路检测到主供电回路处于失效状态时，通过第一驱动电路关断mosfet q1、mosfet q2，通过第二驱动电路控制mosfet q3、mosfet q4均导通，此时整车仅由备用蓄电池供电；当第一监控电路检测到主供电回路由失效状态恢复到正常状态时，则通过第一驱动电路控制mosfet q1、mosfet q2均导通，以恢复主供电回路对冗余供电负载的供电；
11.当电源隔离模块中的第二监控电路检测到备用蓄电池或备用供电回路处于失效状态时，通过第二驱动电路关断mosfet q3、mosfet q4，通过第一驱动电路控制mosfet q1、mosfet q2均导通，此时整车仅由主供电回路供电；当第二监控电路检测到备用供电回路由失效状态恢复到正常状态时，通过第二驱动电路控制mosfet q3、mosfet q4均导通，以恢复备用蓄电池对冗余供电负载的供电。
12.优选地，在主供电回路和备用供电回路均正常时，当备用蓄电池通过外接的负载进行放电时，电池电量传感器对备用蓄电池的电量进行实时监测并将备用蓄电池的电量信息发送给电源隔离模块，当电源隔离模块接收到电池电量传感器发送的备用蓄电池soc小于第一设定阈值时，则通过第二驱动电路断开mosfet q4，备用蓄电池将停止放电；在蓄电池被充电后，当备用蓄电池soc大于第二阈值时，通过第二驱动电路控制mosfet q4恢复导通，允许备用蓄电池对外放电和被充电。
13.优选地，所述第一设定阈值为69％至71％；所述第二设定阈值为84％至86％。
14.优选地，在主供电回路和备用供电回路均正常时，dcdc转换器持续对备用蓄电池进行充电，当备用蓄电池soc大于第三设定阈值时，则通过第二驱动电路断开mosfet q3，停止对备用蓄电池充电；在备用蓄电池对外放电后，当备用蓄电池soc小于第二设定阈值时，则通过第二驱动电路导通mosfet q3，允许备用蓄电池对外放电和被充电。
15.优选地，所述第三设定阈值为94％至96％。
16.优选地，在车辆下电后，第二驱动电路直接断开mosfet q3、mosfet q4，整车仅由主蓄电池供电。
17.本发明的有益效果在于：
18.本发明的冗余供电系统及其控制方法，能够较好地实现主供电回路和备用供电回路的切换，使得主供电回路和备用供电回路互为备份，在主供电回路或备用供电回路故障即处于失效状态时，能够有效地保证整车的用电；同时，能够对备用蓄电池的充放电进行控制，避免备用蓄电池出现过充、过放，保证备用蓄电池的安全性、可靠性和寿命。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，并将结合附图对本发明的具体实施例作进一步的详细说明，其中
20.图1为本发明实施例提供的冗余供电系统的架构图。
21.附图中标记：
22.11、备用供电回路，12、主供电回路；
23.21、总线路，22、第一线路，23、第二线路，24、第一驱动电路，
24.25、第二驱动电路；
25.31、主线路，32、保险丝。
具体实施方式
26.为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合具体实施例对本方案作进一步地详细介绍。
27.如图1所示，本发明实施例提供了一种冗余供电系统，其包括动力电池、dcdc转换器、主蓄电池、电源隔离模块、备用蓄电池以及电池电量传感器，动力电池与dcdc转换器电连接，dcdc转换器与主蓄电池并联设置在主供电回路上；所述电源隔离模块中设置有用于与冗余供电负载相连的总线路21、并联设置的第一线路22和第二线路23，所述第一线路22的一端与主供电回路12相连，所述第一线路22的另一端与所述总线路21相连；所述备用蓄电池通过备用供电回路11与所述第二线路23的一端相连，所述第二线路23的另一端与所述总线路21相连；所述第一线路22上串联设置有mosfet q1、mosfet q2，所述第二线路23上串联设置有mosfet q3、mosfet q4，所述电源隔离模块中还具有用于对主供电回路进行检测的第一监控电路、用于对备用蓄电池和备用供电回路进行检测的第二监控电路、用于对mosfet q1和mosfetq2的通断进行控制的第一驱动电路24、用于对mosfet q3和mosfetq4的通断进行控制的第二驱动电路25；所述电池电量传感器设置在所述备用蓄电池上，所述电池电量传感器与所述电源隔离模块通讯连接。
28.本发明实施例提供的冗余供电系统，能够较好地实现主供电回路和备用供电回路的切换，使得主供电回路和备用供电回路互为备份，在主供电回路或备用供电回路故障时，能够有效地保证整车的用电；同时，能够对备用蓄电池的充放电进行控制，避免备用蓄电池出现过充、过放，保证备用蓄电池的安全性、可靠性和寿命。
29.进一步地，该冗余供电系统还包括配电盒，所述配电盒内并联设置有多个保险丝32，各所述冗余供电负载分别经各所述保险丝与配电盒内的主线路31相连，所述主线路31与所述总线路21相连。采用此方案，通过各保险丝对各冗余供电负载进行短路保护。可以优选，电池电量传感器(英文简称ibs)通过lin总线与电源隔离模块实现通讯连接。可以理解的是，本发明实施例中，动力电池、dcdc转换器和主蓄电池作为主电源，备用蓄电池作为备用电源。电源隔离模块根据电池电量传感器发送的备用蓄电池的电量信息，对备用蓄电池的充放电进行控制，以避免备用蓄电池出现过充和过放现象，提高备用蓄电池的可靠性和寿命。
30.其中，mosfet，英文全称为metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，中文全称为：金属-氧化物半导体场效应晶体管，其为一种现有技术中常用的可控开关。
31.本发明实施例还提供了一种基于上述所述的冗余供电系统的冗余供电控制方法，其包括：
32.正常情况下即主供电回路和备用供电回路均无故障，也即主供电回路和备用供电回路均处于正常状态时，电源隔离模块中的mosfet q1、mosfet q2、mosfet q3、mosfet q4均导通，整车由动力电池通过dcdc转换器供电；当出现短时大负载时，主蓄电池和备用蓄电池也会参与短时放电；
33.当电源隔离模块中的第一监控电路检测到主供电回路12出现故障即处于失效状
态时，通过第一驱动电路24关断mosfet q1、mosfet q2，在第二监控电路检测到备用蓄电池和备用供电回路均处于正常状态时，通过第二驱动电路25控制mosfet q3、mosfet q4均导通，整车仅由备用蓄电池供电；当第一监控电路检测到主供电回路由失效状态恢复到正常状态时，则通过第一驱动电路控制mosfet q1、mosfet q2均导通，以恢复主供电回路对冗余供电负载的供电；
34.当电源隔离模块中的第二监控电路检测到备用蓄电池或备用供电回路11出现故障即处于失效状态时，通过第二驱动电路25关断mosfet q3、mosfet q4，在第一监控电路检测到主供电回路处于正常状态时，通过第一驱动电路控制mosfet q1、mosfet q2均导通，此时整车仅由主电源供电；当第二监控电路检测到备用供电回路由失效状态恢复到正常状态，通过第二驱动电路25控制mosfet q3、mosfet q4均导通，以恢复备用蓄电池对冗余供电负载的供电。
35.本发明实施例提供的冗余供电控制方法，同样具有上述技术效果。
36.进一步地，在主供电回路和备用供电回路均正常时，当备用蓄电池通过外接的负载进行放电时，备用蓄电池的电量将会逐渐降低，电池电量传感器对备用蓄电池的电量进行实时监测，当电源隔离模块接收到电池电量传感器发送的备用蓄电池soc小于第一设定阈值时，则通过第二驱动电路断开mosfet q4(此时mosfet q3仍是导通的)，备用蓄电池将停止放电，以避免备用蓄电池处于过度放电状态，保证备用蓄电池的使用寿命；在蓄电池被充电后(此时，dcdc转换器可以通过mosfet q3和mosfet q4的体二极管给备用蓄电池充电)，当备用蓄电池soc大于第二阈值时，通过第二驱动电路控制mosfet q4导通，允许备用蓄电池对外放电和被充电。
37.可以理解的是，在备用蓄电池和备用供电回路处于正常状态的情况下：mosfet q3、mosfet q4均导通时，备用蓄电池能够对冗余供电负载供电，同时也可对备用蓄电池充电；mosfet q4导通但mosfet q3断开时，备用蓄电池的电流经mosfet q4和mosfet q3的体二极管也能够对冗余供电负载供电；mosfet q4断开但mosfet q3导通时，主电源可以通过mosfet q3和mosfet q4的体二极管对备用蓄电池充电。
38.具体地，所述第一设定阈值为69％至71％，可以优选为70％；所述第二设定阈值为84％至86％，可以优选为85％。可以理解的是，soc(英文全称为state of charge)，即荷电状态，用来反映电池的剩余电量，其数值上的定义为剩余电量占电池容量的比值，常用百分数表示。
39.进一步地，在主供电回路和备用供电回路均正常时，dcdc转换器持续对备用蓄电池进行充电时，当电源隔离模块接收到ibs发送的备用蓄电池soc大于第三设定阈值时，则通过第二驱动电路断开mosfet q3(此时mosfet q4还是导通的)，停止对备用蓄电池充电，以避免备用蓄电池处于过度充电状态，保证备用蓄电池的使用寿命，提高备用蓄电池的可靠性；此时，若需要备用蓄电池对外放电，则mosfet q4的导通状态不变，备用蓄电池可通过mosfet q4和mosfet q3的体二极管对冗余供电负载进行供电，若不需要备用蓄电池对外放电，则通过第二驱动电路控制mosfet q4断开；在备用蓄电池对外放电后，当ibs检测到备用蓄电池soc小于第二设定阈值时，则通过第二驱动电路导通mosfet q3，允许备用蓄电池对外放电和被充电。
40.具体地，所述第三设定阈值为94％至96％，可以优选为95％。
41.进一步地，当车辆下电后，即整车需要进入休眠状态，此时整车高压下电，即dcdc转换器也会停止工作，整车仅由低压蓄电池供电，此时为了防止由于主蓄电池与备用蓄电池的电量不一致，两个蓄电池互相充电导致电量损失，以及为了保证备用蓄电池处于高电量状态，在车辆下电后，第二驱动电路直接断开mosfet q3、mosfet q4，使得整车仅由主蓄电池供电。
42.可以理解的是，本发明中考虑备用蓄电池的充放电保护，是由于主供电回路故障时，只能由备用蓄电池提供电源，而仅靠备用电源供电，车辆只能短暂安全行驶，因为该蓄电池电量很有限，所以备用蓄电池的电量及寿命对保证车辆安全行驶至路边停车极其重要；不考虑主蓄电池的充放电保护，原因是如果备用电源出现故障，整车仍然可以由dcdc转换器和主蓄电池供电，dcdc转换器可以保证车辆长时间正常行驶。
43.本发明采用新型整车冗余供电方案，当主供电回路出现故障时，备用电源可立即持续可靠供电，保证了l3及以上自动驾驶车辆的行车安全；本发明采用具有备用电源保护功能的供电方案，主控单元为电源隔离模块，通过判断ibs发送的备用蓄电池的电量信息，对备用电源充电及放电进行保护，保证了备用电源的安全可靠；同时控制备用电源的剩余电量不小于70％，避免备用蓄电池深度放电，极大地延长了备用电源的寿命。
44.以上仅是本发明的优选实施方式，需要指出的是，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，而且，在阅读了本发明的内容之后，本领域相关技术人员可以对本发明做出各种改动或修改，这些等价形式同样落入本技术所附权利要求书所限定的范围。

技术特征：
1.一种冗余供电系统，其特征在于，其包括动力电池、dcdc转换器、主蓄电池、电源隔离模块、备用蓄电池以及电池电量传感器，动力电池与dcdc转换器电连接，dcdc转换器与主蓄电池并联设置在主供电回路上；所述电源隔离模块中设置有用于与冗余供电负载相连的总线路、并联设置的第一线路和第二线路，所述第一线路的一端与所述主供电回路相连，所述第一线路的另一端与所述总线路相连；所述备用蓄电池通过备用供电回路与所述第二线路的一端相连，所述第二线路的另一端与所述总线路相连；所述第一线路上串联设置有mosfet q1、mosfet q2，所述第二线路上串联设置有mosfet q3、mosfet q4；所述电源隔离模块中还具有用于对主供电回路进行检测的第一监控电路、用于对备用蓄电池和备用供电回路进行检测的第二监控电路、用于对mosfet q1和mosfet q2的通断进行控制的第一驱动电路、用于对mosfet q3和mosfet q4的通断进行控制的第二驱动电路；所述电池电量传感器设置在所述备用蓄电池上，所述电池电量传感器与所述电源隔离模块通讯连接。2.根据权利要求1所述的冗余供电系统，其特征在于，其还包括配电盒，所述配电盒内并联设置有多个保险丝，各所述冗余供电负载分别经各所述保险丝与所述配电盒内的主线路相连，所述主线路与所述总线路相连。3.一种基于权利要求1所述的冗余供电系统的冗余供电控制方法，其特征在于，其包括：正常情况下，电源隔离模块中mosfet q1、mosfet q2、mosfet q3、mosfet q4均导通，整车由动力电池通过dcdc转换器供电；当出现短时大负载时，主蓄电池和备用蓄电池将会参与短时放电；当电源隔离模块中的第一监控电路检测到主供电回路处于失效状态时，通过第一驱动电路关断mosfet q1、mosfet q2，通过第二驱动电路控制mosfet q3、mosfet q4均导通，此时整车仅由备用蓄电池供电；当第一监控电路检测到主供电回路由失效状态恢复到正常状态时，则通过第一驱动电路控制mosfet q1、mosfet q2均导通，以恢复主供电回路对冗余供电负载的供电；当电源隔离模块中的第二监控电路检测到备用蓄电池或备用供电回路处于失效状态时，通过第二驱动电路关断mosfet q3、mosfet q4，通过第一驱动电路控制mosfet q1、mosfet q2均导通，此时整车仅由主供电回路供电；当第二监控电路检测到备用供电回路由失效状态恢复到正常状态时，通过第二驱动电路控制mosfet q3、mosfet q4均导通，以恢复备用蓄电池对冗余供电负载的供电。4.根据权利要求3所述的冗余供电控制方法，其特征在于，在主供电回路和备用供电回路均正常时，当备用蓄电池通过外接的负载进行放电时，电池电量传感器对备用蓄电池的电量进行实时监测并将备用蓄电池的电量信息发送给电源隔离模块，当电源隔离模块接收到电池电量传感器发送的备用蓄电池soc小于第一设定阈值时，则通过第二驱动电路断开mosfet q4，备用蓄电池将停止放电；在蓄电池被充电后，当备用蓄电池soc大于第二阈值时，通过第二驱动电路控制mosfet q4恢复导通，允许备用蓄电池对外放电和被充电。5.根据权利要求4所述的冗余供电控制方法，其特征在于，所述第一设定阈值为69％至71％；所述第二设定阈值为84％至86％。6.根据权利要求4所述的冗余供电控制方法，其特征在于，在主供电回路和备用供电回路均正常时，dcdc转换器持续对备用蓄电池进行充电，当备用蓄电池soc大于第三设定阈值
时，则通过第二驱动电路断开mosfet q3，停止对备用蓄电池充电；在备用蓄电池对外放电后，当备用蓄电池soc小于第二设定阈值时，则通过第二驱动电路导通mosfet q3，允许备用蓄电池对外放电和被充电。7.根据权利要求6所述的冗余供电控制方法，其特征在于，所述第三设定阈值为94％至96％。8.根据权利要求3所述的冗余供电控制方法，其特征在于，在车辆下电后，第二驱动电路直接断开mosfet q3、mosfet q4，整车仅由主蓄电池供电。

技术总结
本发明提供了一种冗余供电系统及其控制方法，其中该系统包括动力电池、DCDC转换器、主蓄电池、电源隔离模块和备用蓄电池，电源隔离模块中设有总线路、并联设置的第一线路和第二线路，第一线路的一端与主供电回路相连，其另一端与总线路相连；第二线路的一端与备用蓄电池相连，其另一端与总线路相连；第一线路上串联设置有MOSFET Q1、MOSFET Q2，第二线路上串联设置有MOSFET Q3、MOSFET Q4；电源隔离模块中还具有第一监控电路、第二监控电路、第一驱动电路和第二驱动电路；备用蓄电池上设有与电源隔离模块通讯连接的电池电量传感器。本发明能够保证整车的正常用电，保证备用蓄电池的可靠性和寿命。靠性和寿命。靠性和寿命。


技术研发人员：李越 吴震云 刘明磊 温敏 朱忠华 周志雄
受保护的技术使用者：安徽江淮汽车集团股份有限公司
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/6/28