冗余电源的制作方法

本发明涉及车辆电源领域。

背景技术：

某些车辆部件依靠电功率来正常运行。此类部件的实例包括电动马达、传感器、执行器和电子控制单元。用于这些和其他部件的电功率通常来自车辆电池、车辆电力发电机等。供电电源可能无法运行。

技术实现要素：

引言

本文公开了一种系统，所述系统包括第一车辆配电总线和第二车辆配电总线，所述第一车辆配电总线和所述第二车辆配电总线彼此电隔离；第一dc-dc转换器，所述第一dc-dc转换器电连接到所述第一配电总线；第二dc-dc转换器，所述第二dc-dc转换器电连接到所述第二配电总线；第一电池，所述第一电池电连接到所述第一配电总线；以及第二电池，所述第二电池电连接到所述第二配电总线。

所述系统还可包括处理器，所述处理器被编程来基于第一车辆配电总线的电流消耗进行以下各项中的至少一项：切断第一车辆配电总线的可中断输出端子和接通第一车辆配电总线的可中断输出端子，其中所述可中断输出端子将第一车辆配电总线电联接到车辆负载。

处理器可进一步被编程来在确定第一车辆配电总线电流消耗超过峰值负载阈值时切断可中断输出端子。

可中断输出端子可包括继电器。

第一dc-dc转换器可包括：第一输入端子，所述第一输入端子连接到具有第一电压的第一dc电力发电机；以及第一输出端子，所述第一输出端子具有小于第一电压的第二电压，所述第一输出端子电连接到第一车辆配电总线，并且第二dc-dc转换器包括：第二输入端子，所述第二输入端子连接到具有第一电压的第二dc电力发电机；以及第二输出端子，所述第二输出端子具有第二电压，所述第二输出端子电连接到第二车辆配电总线。

第一dc电源和第二dc电源可为电隔离的dc发电机。

电隔离的dc发电机可机械联接。

第一车辆配电总线的峰值功耗至少等于第一dc-dc转换器输出功率与第一电池输出功率之和。

第一dc电力发电机输出功率可等于第二车辆配电总线的平均功耗。

第一dc电力发电机可为dc起动机发电机，并且第一dc-dc转换器具有升压模式，其中dc-dc转换器将电能从第一输出端子传输到第一输入端子。

进一步公开了一种被编程来执行任何上述方法步骤的计算装置。还进一步公开了一种包括计算装置的车辆。

还进一步公开了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机可读介质，所述计算机可读介质存储可由计算机处理器执行的指令，以执行任何上述方法步骤。

附图说明

图1示出了包括车辆系统的示例性车辆。

图2示出了结合在车辆中的车辆系统的电气示意图。

图3是用于可中断输出端子的方框图控制电路。

图4是用于控制车辆电源的可中断输出端子的示例性过程的流程图。

具体实施方式

系统元件

图1示出了具有动力系统102的车辆100。车辆动力系统102通常是例如加速、减速、转向和制动的车辆100运行所必需的。尽管被示出为轿车，但是车辆100可以包括任何乘用或商用汽车，诸如小汽车、卡车、运动型多功能车、跨界车、货车、小型货车、出租车、公共汽车等。在一些可能的方法中，车辆100是以自主(例如，无人驾驶)模式、部分或半自主模式和/或非自主模式操作的自主车辆。出于本公开的目的，自主模式被定义为其中车辆100的驱动、制动和转向中的每一者由计算机控制的一种模式；在半自主模式中，计算机控制车辆100的驱动、制动或转向中的一者或两者；在非自主模式中，人类驾驶员控制车辆100的驱动、制动和转向中的每一者。

车辆动力系统102的部件包括车辆电力发电机108a、108b，dc(直流)-dc转换器112a、112b，车辆电池114a、114b以及车辆配电总线116a、116b。配电总线116a、116b是车辆100中用于传输电力的电气连接。配电总线116a、116b可包括诸如铜或铝的导电材料，并且可实现为电线、板等。配电总线116a、116b通常覆盖有绝缘体以使导电材料(例如，铜)与车辆100的其他导电零件电绝缘。在一些实例中，配电总线116a、116b可以线束捆绑。配电总线116a、116b可包括多个导电元件，诸如经由接合元件连接的铜电缆，例如连接到电缆的铜板。在一种可能的方法中，包括在配电总线116a、116b中的诸如铜线的导电构件可焊接到铜板和/或彼此焊接。可替代地，电力接合元件可指导电电缆连接器，所述导电电缆连接器可作为线束的一部分经由例如螺钉附接到对应的连接器。

电力发电机108a、108b(例如，交流发电机)将机械能转换成电能。例如，电力发电机108a、108b可将来自旋转轴的机械能转换成电能。产生的电能可呈直流(dc)能量或交流(ac)能量的形式。因此，在一种可能的方法中，车辆动力系统102中的电力发电机108a、108b可实现为dc电力发电机108a、108b。如果使用ac电力发电机108a、108b，那么可使用整流器电路将产生的交流电转换为直流电。在一个实例中，电力发电机108a、108b可由车辆的发动机(例如，混合动力车辆)机械地驱动，并且可产生诸如300vac的高ac电压。电力发电机108a、108b可包括逆变器电路，所述逆变器电路可将产生的高电压ac转换为诸如48vdc的高dc电压。随后可将高电压dc馈送到dc-dc转换器112a、112b。

负载110是消耗电能的车辆100的部件，例如一个或多个电执行器、一个或多个控制器、一个或多个传感器等。负载110可包括从车辆电池114a、114b，电力发电机108a、108b等汲取电力的电子装置。负载110的实例可包括诸如电动马达的电执行器以及诸如芯片和传感器的电子部件。可根据负载110如何有助于车辆100的操作来对负载110进行分类。例如，负载110可分类成“标准”负载110或“临界”负载110。标准负载110通常是负载110，其对于整个车辆100的操作不太关键。例如，操作气候控制系统的负载通常是标准负载110，因为虽然对于乘员舒适性很重要，但是例如通常不需要空调来正确地操作车辆100。临界负载是负载110，其被提供来执行操作车辆100所需的车辆100的操作，例如驱动、制动和/或转向。

dc-dc转换器112a、112b是一种类型的电力转换器，所述电力转换器可将直流(dc)能量从一个电压电平转换为另一个电压电平。例如，dc-dc转换器112a、112b可将由车辆电力发电机108a、108b输出的高dc电压转换为低电压dc，以供车辆100中的电子部件使用。dc-dc转换器112a、112b可具有输入端子118和输出端子120，所述输入端子被连接到例如电力发电机108a、108b，所述输出端子被连接到配电总线116a、116b。dc-dc转换器112a、112b各自还可包括具有诸如绝缘栅双极晶体管(igbt)的电子电力部件和控制电路的转换器。控制电路可监测转换器的操作并且检测dc-dc转换器112a、112b中的故障。例如，控制电路可被编程来检测损坏的电力电子部件、到dc-dc转换器端子的连线的断开或松动等。此外，dc-dc转换器112a、112b可包括被编程来诊断dc-dc转换器112a、112b，控制电路或两者中的故障的处理器。dc-dc转换器112a、112b的控制电路可通过通信接口与另一电路通信，所述通信接口可允许外部电路(诸如处理器)接收指示关于dc-dc转换器112a、112b的内部信息的信号，诸如故障代码。

车辆电池114a、114b是能量存储装置，诸如吸附式玻璃纤维棉(agm)电池。车辆电池114a、114b中的每一个可在不同的电压和/或功率水平下操作。例如，向车辆100的电子部件供电的电池114a、114b可具有12vdc的标称电压。电池114a、114b中的每一个可具有通过接地线124连接到车辆100的金属车身的接地极，以及连接到配电总线116a、116b的正极。

车辆配电总线116a、116b中的每一个可包括过载保护电路，例如熔断器，所述过载保护电路当车辆配电总线116a、116b的电流消耗超过预定阈值时，切断车辆配电总线116a、116b。

车辆100电源需要在发生安全关键故障时能复原，以便确保车辆的正常操作。自主车辆100(包括部分或半自主车辆100)通常具有比非自主车辆明显更高的电力负载110，因为自主和半自主车辆100与其非自主对应物相比依赖于更多的传感器和计算装置。自主车辆依靠电源为这些额外的传感器和计算装置供电。

车辆100的电源架构可被设计来容许某些故障，这意味着即使在部分故障的情况下，电源也允许车辆100满足某些安全关键功能，诸如以跛行回家模式操作车辆100。术语架构包括电气部件以及它们如何彼此电连接。跛行回家模式是一种操作模式，其中车辆100至少部分地操作以使得车辆100乘员能够到达目的地，例如服务中心。在一个实例中，临界负载110可为冗余的，例如具有相同操作(例如转向)的第一计算机负载和第二计算机负载110。在一个实例中，如果第一计算机负载110无法操作，那么第二计算机负载110可允许车辆100以跛行回家模式进行转向操作。

车辆100可包括彼此电隔离的第一车辆配电总线116a和第二车辆配电总线116b。车辆100可包括电连接到第一配电总线116a的第一dc-dc转换器112a以及电连接到第二配电总线116b的第二dc-dc转换器112b。车辆可包括电连接到第一配电总线116a的第一电池114a以及电连接到第二配电总线116b的第二电池114b。

第一dc-dc转换器112a的第一输入端子118可连接到第一dc电力发电机108a，所述第一dc电力发电机108a产生具有第一电压(例如48伏dc)的电能。第一dc-dc转换器112a的第一输出端子120可输出具有小于第一电压(例如48伏dc)的第二电压(例如12伏dc)的电能，并且可电连接到第一车辆配电总线116a。

第二dc-dc转换器112b的第二输入端子118可连接到产生具有第一电压的电能的第二dc电源108b，并且第二dc-dc转换器112b的第二输出端子120可输出具有第二电压的电能，并且可电连接到第二车辆配电总线116b。因此，第一dc电力发电机108a和第二dc电力发电机108b可为电隔离的。可替代地，车辆电力系统102可包括一个dc电源108，所述dc电源108电连接到第一dc-dc转换器112a和第二dc-dc转换器112b。因此，第一dc-dc转换器112a和第二dc-dc转换器112b的第一输入端子和第二输入端子118可电连接到单个dc电源108。

尽管第一dc电力发电机108a和第二dc电力发电机108b可为电隔离的，但是第一dc电力发电机108a和第二dc电力发电机108b可彼此机械联接。例如，第一dc电力发电机108a和第二dc电力发电机108b中的每一个可包括机械联接到车辆100发动机轴的电力发电机。因此，由车辆100发动机产生的机械能可使电力发电机的轴旋转并且产生电力。

第一车辆配电总线116a的峰值功耗可至少等于第一dc-dc转换器112a输出功率与第一电池114a输出功率之和。此外或可替代地，第二车辆配电总线116b的峰值功耗可至少等于第二dc-dc转换器112b输出功率与第二电池114b输出功率之和。

“电功率”是指由电路传输电能的速率。可以瓦(w)为单位来指定电功率。在本公开中，由例如dc电力发电机108a、108b产生的电功率被称为输出功率，而由例如负载110消耗的电功率被称为消耗功率或功率消耗。负载110可具有平均功耗和峰值功耗。平均功耗是在结束初始化时间(例如，300毫秒)之后负载110消耗的电功率。在本背景下，初始化时间是自接通负载110直到负载110功耗达到平均功耗的持续时间。峰值功耗是负载110例如在初始化时间和/或诸如过度加速、制动等的其他车辆100的操作条件期间消耗的电功率。峰值功耗可为平均功耗的几倍。

车辆电力系统102可通过包括可输出等于峰值功耗的功率的dc电力发电机108a、108b并且还通过包括可转换和输出等于负载110的峰值功耗的电功率的dc-dc转换器112a、112b来解决负载110的峰值功耗。因此，尽管通常仅在负载110、122的峰值功耗期间(诸如例如300ms的初始化时间)需要，但dc电力发电机108a、108b和/或dc-dc转换器112a、112b可输出等于峰值功耗的功率。dc电力发电机108a、108b和dc-dc转换器112a、112b的物理尺寸和/或成本基于其输出功率的增加而增加。因此，与可输出等于负载110的平均功耗的功率的dc-dc转换器112a、112b和/或dc电力发生器108a、108b的物理尺寸和/或成本相比，可输出等于峰值功耗的功率的dc电力发电机108a、108b和dc-dc转换器112a、112b的物理尺寸和/或成本更高。本文解决的一个问题在于，通过包括能够输出等于或大于峰值功耗与第一dc电力发电机108a之间的差值的电功率的第一电池114a，可基于负载110的平均功耗来选择第一dc电力发电机108a。换句话说，电池114a、114b提供在初始化时间期间所需的额外功率。在初始化时间之后，dc电力发电机108a、108b和dc-dc转换器112a、112b能够向负载110提供足够的功率。

如上所述，dc电力发电机108a、108b可机械联接到车辆100的发动机。通常，具有发动机的车辆100包括起动机，所述起动机机械联接到车辆100的电池并且通过消耗来自车辆100的电池的电能来使车辆100的发动机转动起动以起动。在一个实例中，第一dc电力发电机108a可为dc起动机发电机，并且第一dc-dc转换器112a可具有升压模式，其中dc-dc转换器将电能从第一输出端子120传输到第一输入终端118。换句话说，第一dc-dc转换器112a可被配置来从第一电池114a接收电能并且将电能输出到dc起动机发电机以起动车辆100的发动机。因此，dc起动机发电机可以起动机模式操作以起动发动机，即作为电动马达操作，所述电动马达将电功率转换为机械功率以使发动机轴旋转来起动发动机。因此，有利地，可在没有电连接到dc起动发电机的电池的情况下起动车辆100的发动机。这是有益的，因为电池的成本、重量和/或尺寸基于电池电压而增加。因此，基于从第一电池114a接收的具有第二电压(例如12伏)电能来起动车辆100的发动机在节省空间、重量和/或成本方面是有利的。

如上所述，车辆100可包括具有相同操作(例如转向)的第一计算机负载和第二计算机负载110。如果第一计算机负载110无法操作并且第二计算机负载110操作，那么车辆100转向仍然可操作。然而，如果第一计算机负载和第二计算机负载110由相同的电源供电，那么故障的电源可能导致车辆100转向操作失败。因此，在一个实例中，第一计算机负载和第二计算机负载110可分别由第一车辆配电总线116a和第二车辆配电总线116b来供电。因此，有利地，如果例如第一车辆配电总线116a无法操作，那么第二车辆配电总线116b可向第二计算机负载110提供电能并且可使得车辆100转向能够操作。

如上所述，车辆动力系统102可包括标准负载110和/或临界负载110。例如，用于驱动、转向和/或制动操作的负载110可以是临界的，而诸如空调、座椅加热等的负载110可为标准(即，不太临界)的。如图3所示，车辆动力系统102可包括处理器136和可中断输出端子126，以控制对标准可中断负载122(例如售后市场车载冰箱)的供电。处理器136、可中断输出端子126和电池传感器138可经由例如车辆100通信网络等彼此通信。参考图2至图3，处理器136可被编程来基于第二车辆配电总线116b的电流消耗切断和/或接通可中断输出端子126，例如第二车辆配电总线116b的继电器。可中断输出端子126可将第二车辆配电总线116b电联接到例如标准可中断负载122。

电池传感器138可实现为提供来自车辆电池114a、114b的精确的电流、电压和温度测量值的一个或多个传感器。电池监测传感器138可包括连接到电池114a、114b的极的分流电阻器。由电池114a、114b提供的电流流过分流电阻器。传感器138可测量分流电阻器两端的电压降，以测量由电池114a、114b提供的电流(或其输出功率)。电池传感器138可至少部分地基于测量的电流量来确定电池114a、114b的温度、健康状况等。电池传感器138可包括处理器和通信接口，例如本地互连网络(lin)，以与处理器136通信。处理器136可被编程来例如经由车辆100通信网络接收dc-dc转换器112b的输出功耗。处理器136可被编程来基于dc-dc转换器112b的接收的输出功耗和/或来自电池传感器138的接收数据来确定第二车辆配电总线116b的功耗。例如，处理器136可被编程来基于dc-dc转换器112b的输出功耗和电池114b的测量的输出功率的相加来确定第二车辆配电总线116b的功耗。

处理器136可被编程来在确定第二车辆配电总线116b的电流消耗超过第一阈值(例如，第二车辆配电总线116b的指定峰值电流消耗的90％)时切断可中断输出端子126。例如，第二车辆配电总线可具有100安培(a)的峰值功耗，并且处理器136可被编程来当第二车辆配电总线116b的功耗超过例如90a(即，100a的90％)的第一阈值时，切断可中断输出端子126。处理器136可被编程来基于从电池传感器138接收的数据确定第二车辆配电总线116b的电流消耗。

此外或可替代地，处理器136可被编程来切断电连接到第一车辆配电总线116a的可中断输出端子126。

此外或可替代地，处理器136可被编程来在检测到故障状况时切断可中断输出端子126。故障(或故障状况)是其中部件无法在一个或多个预定义参数(例如，预定义参数可为物理量，诸如电流、电功率、电压、温度等)之外操作的状况。因此，有利地，切断标准可中断负载122可防止中断向临界负载110供电。例如，处理器136可被编程来在确定dc-dc转换器112b过热时切断可中断端子126，例如dc-dc转换器112b内的电部件的温度超过例如100摄氏度的预定阈值。在一个实例中，切断可中断端子126减少了第二车辆配电总线116b的消耗的电功率，并且可防止dc-dc转换器112b的故障。因此，有利地，可防止向临界负载110供电的中断。

如上所述，负载110的峰值功耗(例如，在初始化时间期间)有助于车辆配电总线116b的峰值功耗。因此，有利地，切断可中断输出端子126可帮助确保第二车辆配电总线116b的功耗被维持在第二车辆配电总线116b的峰值功耗之下。作为另外的优点，切断可中断输出端子126可防止从电池114b放电，这可延长电池114b的使用寿命。如上所述，当第二车辆配电总线116b的功耗超过第二dc-dc转换器112b输出功率时，电池114b可供应电功率(即，在电池114b输出电功率的放电模式下操作)。电池114b在放电模式与充电模式之间(即，由第二dc-dc转换器112b充电)的每次操作变化被称为循环。电池114b循环次数的增加可能缩短电池114b的使用寿命。

处理器136可被编程来在确定第二车辆配电总线116b的功耗低于第二阈值(例如，第二车辆配电总线116b的平均功耗(包括负载110和标准可中断负载122的平均功耗)的105％)时接通可中断输出端子126。例如，第二车辆配电总线116b可具有40a的平均功耗，并且处理器136可被编程来在确定第二车辆配电总线116b的功耗小于例如42a(即40a的105％)的第二阈值时接通可中断输出端子126。

过程

图4是用于控制车辆电源的可中断输出端子126的示例性过程400的流程图。例如，处理器136可被编程来执行过程400的方框以控制可中断输出端子126。

过程400在方框410中开始，其中处理器136例如从电池传感器138接收数据。处理器136可被编程来从电池传感器138接收包括第二车辆配电总线116b的当前功耗、健康状况等的数据。处理器136可被编程来例如经由车辆100通信网络从dc-dc转换器112b接收包括dc-dc转换器112b的输出功率的数据。处理器136可被编程来基于从电池传感器138、dc-dc转换器112b接收的数据和/或存储在处理器136存储器中的数据(诸如标准可中断负载122的峰值功耗)来确定第二车辆配电总线116b的功耗。

接下来，在决策框420中，处理器136确定第二车辆配电总线116b的功耗是否超过第一阈值，例如负载110、122的峰值功耗的90％。如果处理器136确定第二车辆配电总线116b的功耗超过第一阈值，那么过程400前进到方框430；否则，过程400返回决策框420。

在方框430中，处理器136切断可中断输出端子126。处理器136可被编程来驱动可中断输出端子126以将第二车辆配电总线116b与标准(不太临界)可中断负载122切断即断开。

接下来，在决策框440中，处理器136确定连接到第二车辆配电总线116b的负载110的功耗是否小于第二阈值，例如由第二配电总线116b提供的负载110的平均功耗的105％。如果处理器136确定功耗小于第二阈值，那么过程400前进到方框450；否则，过程400返回决策框440。

在方框450中，处理器136接通可中断输出端子126。处理器136可被编程来驱动可中断输出端子126以接通即向标准(不太临界)可中断负载122供电。

尽管图4中未示出，在方框450之后，过程400结束，或者可替代地返回方框410。

除非明确相反地指示，否则“基于”意味着“至少部分地基于”和/或“完全基于”。

本文所讨论的计算装置通常各自包括指令，所述指令可由诸如以上标识的那些的一个或多个计算装置执行，并且用于执行上述过程的方框或步骤。计算机可执行指令可由使用各种编程语言和/或技术创建的计算机程序来编译或解释，所述编程语言和/或技术单独地或组合地包括但不限于java^tm、c、c++、visualbasic、javascript、perl、html等。通常，处理器(例如，微处理器)接收例如来自存储器、计算机可读介质等的指令，并且执行这些指令，从而执行一个或多个过程，包括本文所述的过程中的一个或多个。可使用多种计算机可读介质来存储和传输此类指令和其他数据。计算装置中的文件通常是存储在计算机可读介质(诸如存储介质、随机存取存储器等)上的数据的集合。

计算机可读介质包括参与提供可由计算机读取的数据(例如，指令)的任何介质。这种介质可采用许多形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质等。非易失性介质包括例如光盘或磁盘和其他持久性存储器。易失性介质包括通常构成主存储器的动态随机存取存储器(dram)。计算机可读介质的常见形式包括例如软盘、软磁盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、cd-rom、dvd、任何其他光学介质、穿孔卡、纸带、任何其他具有孔图案的物理介质、ram、prom、eprom、flash、eeprom、任何其他存储芯片或盒式磁带、或者计算机可从中读取的任何其他介质。

关于本文所描述的介质、过程、系统、方法等，应当理解，虽然此类过程等的步骤已被描述为按照特定顺序的序列发生，但是此类过程可通过以本文所描述的顺序以外的顺序执行的所描述步骤来实践。还应理解，某些步骤可同时执行，可添加其他步骤，或者可省略本文所描述的某些步骤。换句话说，本文对系统和/或过程的描述是出于说明某些实施例的目的而提供的，并且绝不应被解释为限制所公开的主题。

因此，应当理解，包括以上描述和附图以及所附权利要求的本公开旨在是说明性的而非限制性的。通过阅读以上描述，除了所提供的实例之外的许多实施例和应用对于本领域的技术人员将变得显而易见。不应参考以上描述来确定本发明的范围，而应参考随附于本发明和/或包括在基于本发明的非临时专利申请中的权利要求连同此类权利要求所赋予的等效物的全部范围来确定。预期并且希望本文所讨论的领域中未来将有所发展，并且所公开的系统和方法将并入此类未来的实施例中。总之，应当理解，所公开主题能够进行修改和变型。