电动汽车辅助电源的制作方法

本实用新型涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种电动汽车辅助电源。

背景技术：

传统燃油汽车与电动汽车采用人类驾驶员来控制车辆，当与安全相关的整车部件出现故障时，可由人类驾驶员强行干预来降低整车安全风险。举例来说，车辆行驶中，当电动助力转向部件发生故障时，可由人类驾驶员强行手动转向；当电动助力刹车部件故障时，可由人类驾驶员强行脚踩刹车。应该说，人类驾驶员是整车安全部件的“冗余”。但对于具有L3及以上的高等级自动驾驶功能的汽车(定义详见SAE，即国际自动机械工程师协会)，人类驾驶员的参与度降低甚至被直接取消，无法在车辆安全部件失效时立刻接管车辆并强行干预，故存在很大整车安全风险。这导致高等级自动驾驶汽车必须至少对安全部件进行必要的“冗余设计”。

对原有12V辅助电源系统架构进行改进，设计成可适用于高等级自动驾驶的冗余电源架构方案是以上“冗余设计”重要一环。

以传统的燃油汽车为例，其12V辅助电源系统结构如图1，可以看到启动机(S)、发电机(G)，12V蓄电池，以及所有的“非安全部件N”与“安全部件N”均并联在单个12V辅助电源系统母线中(后文简称“母线”)，一旦母线电压发生异常(如：母线短路)，系统中所有的“安全部件N”均会受到影响，功能安全等级很低，需要依靠人类驾驶员充当“冗余”作用。对于传统电动汽车，也存在同类问题。当前，虽有冗余电源方案被提出，但发生故障后仅能提供很短时间的紧急供电时间，难以实现L3/L4/L5的全覆盖(一般地，L5要求提供至少2～10小时级别的紧急供电)，需要有新的冗余电源方案来解决。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种电动汽车辅助电源，以解决现有的传统燃油汽车12V辅助电源系统功能安全等级低的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种电动汽车辅助电源，所述电动汽车辅助电源包括高压动力电池、第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器、第一能量存储单元、第二能量存储单元、非冗余部件和冗余部件，其中：

所述高压动力电池通过第一高压电源系统母线连接所述第一DC/DC变换器的输入端，通过第二高压电源系统母线连接所述第二DC/DC变换器的输入端；

所述第一DC/DC变换器的输出端通过第一低压电源系统母线连接至所述第一能量存储单元、所述非冗余部件和所述冗余部件；

所述第二DC/DC变换器的输出端通过第二低压电源系统母线连接至所述第二能量存储单元和所述冗余部件。

可选的，在所述的电动汽车辅助电源中，所述非冗余部件和所述冗余部件的数量有多个，在每个所述冗余部件中均包括多个功能相同的安全部件，且所述多个功能相同的安全部件中，一部分连接所述第一低压电源系统母线，另一部分连接所述第二低压电源系统母线。

可选的，在所述的电动汽车辅助电源中，所述第一低压电源系统母线为所述第一DC/DC变换器的控制电路的电源，所述第二低压电源系统母线为所述第二DC/DC变换器的控制电路的电源，所述第一DC/DC变换器和所述第二DC/DC变换器的通信电路相互独立。

可选的，在所述的电动汽车辅助电源中，所述第一DC/DC变换器和所述第二DC/DC变换器的功能安全等级均为ASILB；

或所述第一DC/DC变换器的功能安全等级为QM，所述第二DC/DC变换器的功能安全等级为ASIL D；

或所述第一DC/DC变换器的功能安全等级为ASIL D，所述第二DC/DC变换器的功能安全等级为QM；

或所述第一DC/DC变换器的功能安全等级为ASIL B，所述第二DC/DC变换器的功能安全等级为ASIL C；

或所述第一DC/DC变换器的功能安全等级为ASIL C，所述第二DC/DC变换器的功能安全等级为ASILB。

可选的，在所述的电动汽车辅助电源中，所述第一能量存储单元和所述第二能量存储单元均为非插电式的能量存储单元。

可选的，在所述的电动汽车辅助电源中，所述第一低压电源系统母线和所述第二低压电源系统母线上的电压为12V、24V或48V。

可选的，在所述的电动汽车辅助电源中，当所述第一低压电源系统母线和所述第二低压电源系统母线的电压正常时，

所述第一DC/DC变换器为所述第一能量存储单元、所述非冗余部件和所述冗余部件供电；

所述第二DC/DC变换器为所述第二能量存储单元和所述冗余部件供电。

可选的，在所述的电动汽车辅助电源中，当所述第一低压电源系统母线的电压异常时，

所述第一DC/DC变换器停止工作；

所述第二DC/DC变换器为所述第二能量存储单元和所述冗余部件供电。

可选的，在所述的电动汽车辅助电源中，当所述第一低压电源系统母线的电压恢复正常时，

所述第一DC/DC变换器为所述第一能量存储单元、所述非冗余部件和所述冗余部件供电；

所述第二DC/DC变换器为所述第二能量存储单元和所述冗余部件供电。

可选的，在所述的电动汽车辅助电源中，当所述第二低压电源系统母线的电压异常时，

所述第一DC/DC变换器为所述第一能量存储单元、所述非冗余部件和所述冗余部件供电；所述第二DC/DC变换器停止工作。

可选的，在所述的电动汽车辅助电源中，当所述第二低压电源系统母线的电压恢复正常时，

所述第一DC/DC变换器为所述第一能量存储单元、所述非冗余部件和所述冗余部件供电；

所述第二DC/DC变换器为所述第二能量存储单元和所述冗余部件供电。

在本实用新型提供的电动汽车辅助电源中，提出了适用于L3/L4/L5自动驾驶的低成本冗余电源架构，由于高压动力电池分别通过第一高压电源系统母线和第二高压电源系统母线连接第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器的输入端，且分别通过第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器为第一低压电源系统母线和第二低压电源系统母线上的负载供电，实现了双路辅助冗余电源供电，可保证安全器件的供电等级满足ASIL D。

另外，由于第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器的控制电路具有独立的低压供电与独立通讯功能，故安全性与可用性更好。由于第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器具有的安全功能等级较高，可保证安全器件的供电等级满足ASIL D。

由于第一低压电源系统母线和第二低压电源系统母线之间没有直接的电气连接，故避免了第一能量存储单元和第二能量存储单元的由于母线电压不平衡导致的需要额外预充电问题，设计简单可靠。无论第一低压电源系统母线还是第二低压电源系统母线故障，均可提供无明显限制的紧急供电时间，故系统的可用性更好，可实现L3/L4/L5的全覆盖。另外，由于本发明中的非插电式的能量存储单元无需为了维持L3/L4/L5故障行驶而存储大量能量，故该能量存储单元成本低，从而有效降低了整车成本。

附图说明

图1是现有的传统燃油汽车12V辅助电源系统架构示意图；

图2是本实用新型一实施例电动汽车辅助电源示意图；

图3是本实用新型另一实施例冗余部件示意图；

图中所示：100-高压动力电池；101-第一高压电源系统母线；102-第二高压电源系统母线；200-第一DC/DC变换器；300-第二DC/DC变换器；400-第一能量存储单元；500-第二能量存储单元；600-非冗余部件；700-冗余部件；800-第一低压电源系统母线；900-第二低压电源系统母线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的电动汽车辅助电源作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

本实用新型的核心思想在于提供一种电动汽车辅助电源，以解决现有的传统燃油汽车12V辅助电源系统功能安全等级低的问题。

为实现上述思想，本实用新型提供了一种电动汽车辅助电源，所述电动汽车辅助电源包括高压动力电池、第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器、第一能量存储单元、第二能量存储单元、非冗余部件和冗余部件，其中：所述高压动力电池通过第一高压电源系统母线连接所述第一DC/DC变换器的输入端，通过第二高压电源系统母线连接所述第二DC/DC变换器的输入端；所述第一DC/DC变换器的输出端通过第一低压电源系统母线连接至所述第一能量存储单元、所述非冗余部件和所述冗余部件；所述第二DC/DC变换器的输出端通过第二低压电源系统母线连接至所述第二能量存储单元和所述冗余部件。

本实用新型的实施例提供一种电动汽车辅助电源，如图2所示，所述电动汽车辅助电源包括高压动力电池100、第一DC/DC变换器200、第二DC/DC变换器300、第一能量存储单元400、第二能量存储单元500、非冗余部件600和冗余部件700，其中：所述高压动力电池100通过第一高压电源系统母线101连接所述第一DC/DC变换器200的输入端，通过第二高压电源系统母线102连接所述第二DC/DC变换器300的输入端；所述第一DC/DC变换器200的输出端通过第一低压电源系统母线800连接至所述第一能量存储单元400、所述非冗余部件600和所述冗余部件700；所述第二DC/DC变换器300的输出端通过第二低压电源系统母线900连接至所述第二能量存储单元500和所述冗余部件700。

如图3所示，在所述的电动汽车辅助电源中，所述非冗余部件600和所述冗余部件700的数量有多个，在每个所述冗余部件700中均包括多个功能相同的安全部件，且所述多个功能相同的安全部件中，一部分连接所述第一低压电源系统母线800，另一部分连接所述第二低压电源系统母线900。

具体的，图2中的“冗余部件700”应理解为所有自动驾驶车辆要求冗余的部件，一般含有所有安全相关的部件为必选，如：电子助力转向，电子刹车，车身稳定系统等；“冗余部件700”为简略写法，实际由“冗余部件1/2/3……N”组成，对于安全部件，不仅要对供电进行冗余，对于功能本身也应进行必要的冗余，即“冗余部件1”应理解为至少2个同类功能安全部件的集合，举例如图3所示，其中“安全部件1”和“安全部件1*”的功能一致且互为功能备份，即只要其中一个部件工作正常即可保证整车功能不受影响，比如：可均为电动助力转向等。同理可推广到“安全部件2/2*,3/3*……N/N*”。考虑到自动驾驶系统对整车故障后的系统功能性要求，如L4/L5对车辆故障后仍然可继续行驶较长时间的要求，故所有与车辆继续故障行驶相关的非安全部件对L4/L5为必选，对L3为可选。所述与车辆继续故障行驶相关的非安全部件，从降本角度来看，仅需电源冗余即可，无需像上述安全部件一样再进行功能冗余。

进一步的，在所述的电动汽车辅助电源中，所述第一低压电源系统母线800为所述第一DC/DC变换器200的控制电路的电源，所述第二低压电源系统母线900为所述第二DC/DC变换器300的控制电路的电源，所述第一DC/DC变换器200和所述第二DC/DC变换器300的通信电路相互独立。所述第一DC/DC变换器200和所述第二DC/DC变换器300的功能安全等级均为ASIL B；或所述第一DC/DC变换器200的功能安全等级为QM，所述第二DC/DC变换器300的功能安全等级为ASIL D；或所述第一DC/DC变换器200的功能安全等级为ASIL D，所述第二DC/DC变换器300的功能安全等级为QM；或所述第一DC/DC变换器200的功能安全等级为ASIL B，所述第二DC/DC变换器300的功能安全等级为ASIL C；或所述第一DC/DC变换器200的功能安全等级为ASIL C，所述第二DC/DC变换器300的功能安全等级为ASILB。各种安全设计的组合也在本发明的范围内。考虑到“第一DCDC变换器(ASILB)+第二DCDC变换器(ASILB)”量产后成本较低，故较为推荐。

另外，在所述的电动汽车辅助电源中，所述第一能量存储单元400和所述第二能量存储单元500均为非插电式的能量存储单元，其能量来源为电动汽车高压动力电池，而非直接来自车辆外部的能量源。由于本发明中的非插电式的能量存储单元无需为了维持L3/L4/L5故障行驶而存储大量能量，故有效降低了整车成本。所述第一低压电源系统母线800和所述第二低压电源系统母线900上的电压为12V、24V或48V，对应的，第一能量存储单元400和所述第二能量存储单元500可为12V、24V或48V蓄电池。

具体的，在所述的电动汽车辅助电源中，当所述第一低压电源系统母线800和所述第二低压电源系统母线900的电压正常时，所述第一DC/DC变换器200为所述第一能量存储单元400、所述非冗余部件600和所述冗余部件700供电；所述第二DC/DC变换器300为所述第二能量存储单元500和所述冗余部件700供电。

进一步的，当所述第一低压电源系统母线800的电压异常时，所述第一DC/DC变换器200停止工作防止故障扩大；所述第二DC/DC变换器300为所述第二能量存储单元500和所述冗余部件700供电。此时整车可继续维持L3/L4/L5自动驾驶(可能存在整车告警与功能限制)，但无明显的紧急供电时间限制，因为图2“高压动力电池”往往被设计成插电式的，可存储大量能量，足够维持车辆长时间长距离行驶。当所述第一低压电源系统母线800的电压恢复正常时，所述第一DC/DC变换器200为所述第一能量存储单元400、所述非冗余部件600和所述冗余部件700供电；所述第二DC/DC变换器300为所述第二能量存储单元500和所述冗余部件700供电，可继续L3/L4/L5自动驾驶而再无紧急供电时间限制(整车告警与功能限制也将恢复)。或当所述第二低压电源系统母线900的电压异常时，所述第一DC/DC变换器200为所述第一能量存储单元400、所述非冗余部件600和所述冗余部件700供电；所述第二DC/DC变换器300停止工作。当所述第二低压电源系统母线900的电压恢复正常时，所述第一DC/DC变换器200为所述第一能量存储单元400、所述非冗余部件600和所述冗余部件700供电；所述第二DC/DC变换器300为所述第二能量存储单元500和所述冗余部件700供电，可继续L3/L4/L5自动驾驶而再无紧急供电时间限制(整车告警与功能限制也将恢复)。

基于传统电动汽车的适用于L3/L4/L5自动驾驶的冗余电源架构的“高压动力电池”，可进一步推广到“低压动力电池”，如：48V，36V等动力电源系统。本发明的“冗余部件N”供电电源的安全等级设计目标为ASIL D，实际中，也可结合成本优化，将设计目标降低到ASIL C，ASIL B等其他目标，只需调整本发明方案中“第一DC/DC变换器或第二DC/DC变换器”的功能安全等级即可。其它供电电源的安全等级设计目标也在本发明的范围内。

在本实用新型提供的电动汽车辅助电源中，提出了适用于L3/L4/L5自动驾驶的低成本冗余电源架构，由于高压动力电池100分别通过第一高压电源系统母线101和第二高压电源系统母线102连接第一DC/DC变换器200和第二DC/DC变换器300的输入端，且分别通过第一DC/DC变换器200和第二DC/DC变换器300为第一低压电源系统母线800和第二低压电源系统母线900上的负载供电，实现了双路辅助冗余电源供电，可保证安全器件的供电等级满足ASIL D。

另外，由于第一DC/DC变换器200和第二DC/DC变换器300的控制电路具有独立的低压供电与独立通讯功能，故安全性与可用性更好。由于第一DC/DC变换器200和第二DC/DC变换器300具有的安全功能等级较高，可保证安全器件的供电等级满足ASIL D。

由于第一低压电源系统母线800和第二低压电源系统母线900之间没有直接的电气连接，故避免了第一能量存储单元400和第二能量存储单元500由于母线电压不平衡导致的需要额外预充电问题，设计简单可靠。无论第一低压电源系统母线800还是第二低压电源系统母线900故障，均可提供无明显限制的紧急供电时间，故系统的可用性更好，可实现L3/L4/L5的全覆盖。另外，由于本发明中的非插电式的能量存储单元无需为了维持L3/L4/L5故障行驶而存储大量能量，故该能量存储单元成本低，从而有效降低了整车成本。

本发明提出了基于电动汽车的适用于L3/L4/L5自动驾驶的冗余电源架构方案，可有效提升车辆12V辅助电源系统的安全性且最高可达到ASIL D(专业术语，可参考国际标准ISO 26262)，另外，保证安全性的同时还兼顾了设计简单可靠的要求，具有较好的工程应用前景。

具有2个各自独立的第一DC/DC变换器200与第二DC/DC变换器300，它们各自有独立的12V供电(如：第一DC/DC变换器200低压供电来自“第一低压电源系统母线800”，第二DC/DC变换器300低压供电来自“第二低压电源系统母线900”，这里的是12V供电解决的是DC/DC变换器本身的12V能量消耗问题)与独立的整车通讯网络(如：彼此分开，互不影响的CAN通讯网络)。2个DC/DC变换器均具有将高压动力电池100电源变换为12V辅助电源的功能，并均具有至少ASILB的功能安全等级。

“第一低压电源系统母线800”与“第二低压电源系统母线900”是2路独立的母线，不管是正常工作模式，还是故障模式，彼此间均无直接的电气连接，相互之间不受对方影响。

“第一低压电源系统母线800”挂载1个独立的“第一能量存储单元400”，“第二低压电源系统母线900”挂载1个独立的“第二能量存储单元500”。

第一低压电源系统母线800上并联原车所有低压部件，如：启动机、发电机、12V蓄电池(等效于图2中的第一能量存储单元400)，所有“非冗余部件600”，所有“冗余部件700”(其中冗余部件700表示需要冗余部件的全体集合)；而第二低压电源系统母线900上则额外设置1个第二能量存储单元500，除此以外，仅有“冗余部件700”可并联在第二低压电源系统母线900上，这样可有效降低第二低压电源系统母线900的功率负荷。从图2可看出，所有的“冗余部件700”，不仅可从第二低压电源系统母线900取电，还能从与第一低压电源系统母线800上取电，具有供电冗余的特点。

综上，上述实施例对电动汽车辅助电源的不同构型进行了详细说明，当然，本实用新型包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本实用新型所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。