一种电源分配系统的制作方法

1.本发明涉及汽车功能安全设计技术领域，尤其涉及一种电源分配系统。


背景技术：

2.近年来，在汽车行业电动化智能化网联化的大趋势发展下，电子/电气系统越来越复杂，来自电子/电气故障的风险也有逐年上升的趋势，安全已成为道路车辆开发的关键问题之一。在新发布的强制性国家标准gb18384-2021《汽车转向系基本要求》以及推荐性国家标准gb/t 39901-2021《乘用车自动紧急制动系统(aebs)性能要求及试验方法》中均已经增加了功能安全的相关要求。不仅限于动力驱动和驾驶辅助领域，越来越多的功能触及到了功能安全领域，更多与功能安全相关的法规正在紧锣密鼓地制定中。其中，电源分配系统也是功能安全领域中一个重要关键点，如何开发新的电源分配模式以满足功能安全要求是我们当下的一个重要课题。
3.目前广泛使用的保险丝盒电源分配方案中并未将功能安全相关的asil用电器供电和非功能安全相关的qm用电器供电进行有效区分。当其他qm用电器连接器发生对地短路后，整个供电回路上会出现明显的电压下降，若电压下降到硬件复位阈值以下，则asil_b/c用电器重新启动的时间将长于其容错间隔时间，此时可能会产生对人员的危险事件。
4.对此，行业内也出现了一些电源分配的设计优化方案，但是在一定程度上都还有一些不足之处。图1a示出了现有技术中电源分配模式的示意图一。图1b示出了现有技术中电源分配模式的示意图二。图1c示出了现有技术中电源分配模式的示意图三。参考图1a，将qm用电器102，asil_b用电器103及asil_c用电器104通过不同线束接入到电源101。参考图1b，该设计方案是采用增加隔离开关105对qm用电器102和asil用电器(包括asil_b用电器103及asil_c用电器104)进行隔断。该方法只是单纯地将qm用电器102和asil用电器分开，但在处理多个不同等级asil用电器供电回路上，无法区分，仍可能导致较低级别asil用电器出现供电回路故障影响更高asil用电器功能。参考图1c，另一种设计方案是将电子保险丝盒epdu 106纳入设计考虑，通过epdu 106内部设置的探测元件对故障进行识别和紧急隔断。但是由于考虑可扩展性，epdu 106通常会设计冗余探测元件及控制芯片、开关等，导致其成本高昂。


技术实现要素：

5.针对现有技术的上述问题，本发明提出了一种电源分配系统，能匹配车辆用电器的功能安全要求。
6.具体地，本发明提出了一种电源分配系统，适用于车辆，包括：
7.蓄电池，包括第一、第二正电极，所述蓄电池通过所述第一正电极直接向所述车辆的asil_c用电器供电；
8.第一至第九供电回路；
9.预分配面板，包括第一汇流排和断路器，所述第二正电极接入所述预分配面板分
流出所述第一、第二供电回路，所述第一供电回路接入所述断路器并经断路器分出第三、第四供电回路，所述第三供电回路接入车辆的发电机和/或直流变换器，所述第二供电回路接入所述第一汇流排，所述第一汇流排经所述第五供电回路向所述车辆的asil_b用电器供电；
10.主分配面板，包括第二、第三汇流排，所述第四供电回路接入所述第二汇流排并经第二汇流排分流出所述第六、第七供电回路，所述第六供电回路向大负载用电器供电，所述第七供电回路接入所述车辆的机舱保险丝盒，所述第八供电回路的一端接入第一汇流排，另一端接入第三汇流排，所述第九供电回路的一端接入所述第三汇流排，另一端接入所述车辆的内舱保险丝盒。
11.根据本发明的一个实施例，所述电源分配系统还包括多个熔断器，所述第三、第四供电回路上串接所述熔断器，所述第五、第六、第七、第九供电回路为单路或多路供电结构，在每一路所述供电结构上串接所述熔断器。
12.根据本发明的一个实施例，所述熔断器为保险丝。
13.根据本发明的一个实施例，所述第一供电回路包括第一铜排，所述第一供电回路通过所述第一铜排接入所述第三、第四供电回路，所述断路器为燃爆保险丝，所述断路器用于在紧急情况下切断所述第一铜排。
14.根据本发明的一个实施例，所述燃爆保险丝包括点爆器及与所述点爆器连接的刺针，所述第一铜排上设有薄层连接部，所述薄层连接部间隔设置在所述刺针的长度方向上；
15.在紧急情况下，所述点爆器被触发，所述点爆器推动所述刺针向所述薄层连接部移动并切断薄层连接部，以使第三、第四供电回路形成断路。
16.根据本发明的一个实施例，所述燃爆保险丝的切断时长小于3ms。
17.根据本发明的一个实施例，所述第二供电回路包括第二铜排，所述第二供电回路通过所述第二铜排接入所述第一汇流排。
18.根据本发明的一个实施例，所述预分配面板包括第一底座支架，所述预分配面板通过螺栓固定在所述蓄电池的壳体上，所述第一底座支架上设有固定槽，所述第一、第二铜排与所述固定槽卡扣配合固定；
19.所述主分配面板包括第二底座支架，所述第二、第三汇流排固定设置在所述第二底座支架上。
20.本发明提供了一种电源分配系统，通过预分配面板和主分配面板及多个供电回路接入车辆不同等级的用电器，从而满足不同等级用电器的功能安全需求。
21.应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。
附图说明
22.包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本技术的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。
23.附图中：
24.图1a示出了现有技术中电源分配模式的示意图一。
25.图1b示出了现有技术中电源分配模式的示意图二。
26.图1c示出了现有技术中电源分配模式的示意图三。
27.图2示出了本发明的一个实施例的电源分配系统的结构示意图。
28.图3是图2的爆炸图。
29.图4是图2的平面示意图。
30.图5a示出了本发明的一个实施例的电源分配系统的燃爆保险丝的结构示意图一。
31.图5b示出了本发明的一个实施例的电源分配系统的燃爆保险丝的结构示意图二。
32.其中，上述附图包括以下附图标记：
33.电源
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101
34.qm用电器
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102
35.asil_b用电器
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103
36.asil_c用电器
ꢀꢀꢀꢀꢀ
104
37.隔离开关
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105
38.epdu
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106
39.蓄电池
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201
40.第一供电回路
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202
41.第二供电回路
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203
42.第三供电回路
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204
43.第四供电回路
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205
44.第五供电回路
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206
45.第六供电回路
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207
46.第七供电回路
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208
47.第八供电回路
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209
48.第九供电回路
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210
49.预分配面板
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211
50.主分配面板
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212
51.第一正电极
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213
52.第二正电极
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214
53.连接端子
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215
54.电源线
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216
55.第一汇流排
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217
56.断路器
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218
57.发电机
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219
58.第二汇流排
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220
59.第三汇流排
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221
60.机舱保险丝盒
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222
61.内舱保险丝盒
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223
62.大负载用电器
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224
63.熔断器
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225
64.第一铜排
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226
65.点爆器
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227
66.刺针
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228
67.薄层连接部
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229
68.第二铜排
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230
69.第一底座支架
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231
70.第二底座支架
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232
71.第一螺柱
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233
72.第二螺柱
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234
具体实施方式
73.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
74.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本技术及其应用或使用的任何限制。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
75.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
76.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
77.在本技术的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
78.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下
方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
79.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。此外，尽管本技术中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本技术说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本技术。
80.图2示出了本发明的一个实施例的电源分配系统的结构示意图。图3是图2的爆炸图。图4是图2的平面示意图。如图4所示，本发明提供了一种适用于车辆的电源分配系统。该电源分配系统主要包括蓄电池201、第一至第九供电回路202～210、预分配面板211和主分配面板212。
81.其中，蓄电池201包括第一正电极213和第二正电极214。蓄电池201通过第一正电极213直接向车辆的asil_c用电器104供电。asil_c用电器104是asil用电器中等级相对较高的一类用电器。
82.第一至第九供电回路202～210，这些供电回路主要由连接端子215和电源线216构成，用于表示供电分配流向。
83.结合图4和图3所示，预分配面板211包括第一汇流排217和断路器218。蓄电池201的第二正电极214接入预分配面板211分流出第一供电回路202和第二供电回路203。第一供电回路202接入断路器218并经断路器218分出第三供电回路204和第四供电回路205。其中，第三供电回路204接入车辆的发电机219和/或直流变换器。发电机219和/或直流变换器为车辆上功率较大的用电器。第二供电回路203接入第一汇流排217，第一汇流排217经第五供电回路206向车辆的asil_b用电器103供电。asil_b用电器103是asil用电器中等级相对较高的一类用电器。
84.主分配面板212包括第二汇流排220和第三汇流排221。第四供电回路205接入第二汇流排220并经第二汇流排220分流出第六供电回路207和第七供电回路208。第六供电回路207向车辆的大负载用电器224供电。第七供电回路208接入车辆的机舱保险丝盒222，第七供电回路208通过机舱保险丝盒222向车辆机舱内的asil_a用电器和/或qm用电器102供电。第八供电回路209的一端接入第一汇流排217，另一端接入第三汇流排221。第九供电回路210的一端接入第三汇流排221，另一端接入车辆的内舱保险丝盒223，第九供电回路210通过内舱保险丝盒223向车辆内舱内的asil_a用电器和/或qm用电器102供电。
85.根据本发明提供的电源分配系统，将车辆的各个用电器及各自供电回路及汇流排归纳如下：
86.·
asil_c用电器104，通过蓄电池201直接供电；
87.·
发电机219和/或直流变换器，通过第一供电回路202、第三供电回路204供电；
88.·
asil_b用电器103，通过第二供电回路203、第一汇流排217、第五供电回路206供电；
89.·
大负载用电器224，通过第一供电回路202、第四供电回路205、第二汇流排220、
第六供电回路207供电；
90.·
机舱内的asil_a用电器和/或qm用电器102，通过第一供电回路202、第四供电回路205、第二汇流排220、第七供电回路208供电；
91.·
内舱内的asil_a用电器和/或qm用电器102，通过第二供电回路203、第一汇流排217、第八供电回路209、第三汇流排221、第九供电回路210供电。
92.由上述内容可知，将车辆内的用电器分为三个用电分配结构等级。三个等级可以定义为零级、一级和二级。asil_c用电器104为零级，由蓄电池201的第一正电极213直接供电。发电机219和/或直流变换器、asil_b用电器103为一级分配结构，分别通过第一供电回路202和第二供电回路203供电。其余用电器为二级，通过第一、第二供电回路203分别接入到第二、第三汇流排221后供电。该其余用电器包括大负载用电器224、机舱内的asil_a用电器和/或qm用电器102，以及内舱内的asil_a用电器和/或qm用电器102。
93.通过预分配面板211和主分配面板212来设置上述分级结构，将安全等级高的用电器和安全等级相对较低的用电器通过不同的供电回路供电。当车辆在行驶过程中，能降低安全等级低的用电器突发及偶发故障给安全等级高的用电器带来的干扰，从而能够保障安全等级高的用电器运行的稳定性。
94.第一供电回路202接入断路器218。在紧急情况下切断第一供电回路202向第三、第四供电回路204、205供电。换言之，切断发电机219和/或直流变换器、大负载用电器224供电，避免这些负载较大的用电器产生危害，进而影响到其余功能安全用电器及部件正常运行。
95.较佳地，电源分配系统还包括多个熔断器225，对供电回路进行保护。在第三、第四供电回路204、205上串接熔断器225。第五、第六、第七、第九供电回路210为单路或多路供电结构，在每一路供电结构上串接熔断器225。更佳地，熔断器225为保险丝。通过保险丝为每一路供电电路提供隔断保护，以避免低级别用电器出现故障时对高级别用电器产生影响。例如，当大负载用电器224产生故障时，第二汇流排220分流的第六供电回路207上的熔断器225(保险丝)熔断，不会影响通过主分配面板212上第三汇流排221及预分配面板211上第一汇流排217供电的用电器的正常使用。当asil_b用电器103中某一路供电结构供电器故障，则连接该路供电结构对应的保险丝熔断，不会影响通过主分配面板212供电的用电器的正常使用。电源分配系统通过预分配面板211、主分配面板212及各汇流排的多层隔断设计，提供安全措施以降低单点故障指标spfm和潜在故障指标lfm，从而满足车辆用电器功能安全要求，参考表1，包括符合随机硬件失效概率度量pmhf。
96.表1
[0097] qmasil_aasil_basil_casil_dpmhfnono＜100fit＜100fit＜10fitspfmnono≥90％≥97％≥99％lfmnono≥60％≥80％≥90％
[0098]
需要说明的是，asil_a用电器通过单独保险丝进行回路保护，qm用电器102则可以在满足其他设计要求的前提下，几个qm用电器102共用同一个保险丝进行回路保护。
[0099]
asil_d用电器的供电回路可以通过冗余供电设计，将其分解为2个供电回路并联，即通过2路不同asil_b用电器103单独供电回路。例如，通过第一供电回路202和第二供电回
路203连接到蓄电池201正极。
[0100]
较佳地，参考图3和图4，第一供电回路202包括第一铜排226。第一供电回路202通过第一铜排226接入第三、第四供电回路205，断路器218为燃爆保险丝，断路器218用于在紧急情况下切断第一铜排226。
[0101]
图5a示出了本发明的一个实施例的电源分配系统的燃爆保险丝的结构示意图一。图5b示出了本发明的一个实施例的电源分配系统的燃爆保险丝的结构示意图二。如图所示，较佳地，燃爆保险丝包括点爆器227及与点爆器227连接的刺针228。在第一铜排226上设有薄层连接部229。参考图5a，在常规状态下，第一铜排226的薄层连接部229间隔设置在刺针228的长度方向上。参考图5b，在紧急情况下，点爆器227被触发，点爆器227推动刺针228向薄层连接部229移动并切断薄层连接部229，以使第三、第四供电回路205形成断路。更佳地，燃爆保险丝是采用物理方式用刺针228切断第一铜排226，其切断时长小于3ms。而普通熔断保险丝的熔断时长需要50ms左右，无法适应在紧急情况下的快速响应。当车辆在碰撞工况下，通过该燃爆保险丝可快速切断第三、第四供电回路204、205中的大功率用电器如发电机219、发动机等以阻止灾害发生或蔓延。同时，通过第九供电回路210供电的内舱保险丝盒223由于结构分隔设计不会受到燃爆的影响，第二供电回路203、第八供电回路209和第九供电回路210仍正常供电，在发生碰撞后连接内舱保险丝盒223的用电器，例如气囊和中控锁等用电器仍可以正常工作，以保障车辆内乘客安全。
[0102]
较佳地，第二供电回路203包括第二铜排230，第二供电回路203通过第二铜排230接入第一汇流排217。
[0103]
较佳地，预分配面板211包括第一底座支架231。预分配面板211通过螺栓固定在蓄电池201的壳体上。第一底座支架231上设有固定槽，第一、第二铜排230与固定槽卡扣配合固定。主分配面板212包括第二底座支架232。第二、第三汇流排221固定设置在第二底座支架232上。
[0104]
较佳地，在第一底座支架231上设有第一螺柱233和第二螺柱234，两个熔断器225通过铜片分别固定到第一螺柱233和第二螺柱234上。第三、第四供电回路204、205分别接入该两个熔断器225。若第三、第四供电回路204、205的电源线216上的电流大于熔断器225所能承受的电流，则熔断器225熔断以保护电源线216。
[0105]
较佳地，断路器218通过ksk线束连接到气囊控制器，有气囊控制器触发断路器218动作。
[0106]
较佳地，第一至第九供电回路202～210的电源线216需要根据各自连接的用电器自身的asil等级来设计。
[0107]
本发明提供的一种电源分配系统通过结构分层设计实现功能安全分级设计要求，该系统结构具有通用性和可靠性，整体操作简便，可方便地将该系统扩展到各个平台的应用场景中；且开发周期短，设计风险较低，只需要基于现有的供电方案上做出一定的分配调整即可完成优化，成本变化较低。该电源分配系统的主要特点在于：
[0108]
1)设置断路器，能够识别紧急情况，并在紧急情况下切断大功率用电器，避免其产生的危害影响到其余用电器正常运行。
[0109]
2)电源分配结构中布置预分配面板、主分配面板及汇流排形成硬件隔离结构，将车辆用电器进行分级隔离，降低车辆行驶过程中低等级用电器给高等级用电器带来的干
扰，从而保障高等级用电器的运行稳定性。
[0110]
3)通过设置分级结构，能够保证电源分配系统同时满足不同等级用电器的功能安全需求。
[0111]
本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。