车载电源设备及车载电源控制方法与流程

1.本公开的实施例涉及一种车载电源设备及车载电源控制方法。


背景技术：

2.传统上，存在一种冗余电源系统，其具有第一电源和第二电源，以便在一个电源的系统中发生电源故障时从另一个电源向车载设备(负载)供应电力，使得即使当车辆正在行驶时发生电源故障，冗余电源系统也可以使车辆行驶到安全地方进行疏散并在那里停下来。
3.例如，冗余电源系统具有用于从第一电源向第一负载供应电力的第一系统，以及用于从第二电源向具有与第一负载相同功能的第二负载供应电力的第二系统。此外，如果在第一系统和第二系统中的一个系统中发生电源故障，则冗余电源系统执行由另一个系统进行的故障安全控制(例如，参见日本专利申请公开no.2017-61240)。


技术实现要素：

4.然而，即使当冗余电源系统错误地将由于过载状态引起的突然电流增加或电压下降检测为电源故障时，冗余电源系统也进行故障安全控制。如果检测到的电源故障为检测错误，则期望恢复到错误检测前的电源状态，并且需要考虑安全性。
5.实施例的一个方面是鉴于这种情况而作出的，其目的在于提供一种车载电源设备及车载电源控制方法，能够在错误地检测到电源故障后，安全地恢复到错误检测前的电源状态。
6.根据实施例一方面的车载电源设备包括第一系统、第二系统、第一开关、第二开关、异常检测单元和开关设置单元。第一系统从第一电源向第一负载供应电力。第二系统从第二电源向第二负载供应电力。第一开关连接第一系统和第二系统。第二开关连接第二电源和第二负载。异常检测单元检测第一系统和第二系统中的一个系统中电源故障的发生。如果未检测到电源故障的发生，则开关设置单元设置第一开关处于接通状态且第二开关处于关断状态的正常状态，并且如果检测到电源故障的发生，则设置第一开关处于关断状态的故障安全状态。在第一开关被设置为故障安全状态后，针对系统中的每一个，异常检测单元检测是否已经发生任何系统电源故障。在第一开关被设置为故障安全状态后，如果两个系统中均未检测到系统电源故障的发生，则开关设置单元将开关中的每一个设置为正常状态。
7.根据实施例的该方面的车载电源设备和车载电源控制方法可以在错误地检测到电源故障后安全地恢复到错误检测前的电源状态。
附图说明
8.图1是示出了根据实施例的车载电源设备的配置示例的说明图。
9.图2是示出了根据实施例的车载电源设备的操作示例的说明图。
10.图3是示出了根据实施例的车载电源设备的另一操作示例的说明图。
11.图4是示出了根据实施例的车载电源设备的另一操作示例的说明图。
12.图5是示出了根据实施例的车载电源设备的另一操作示例的说明图。
13.图6是示出了根据实施例的车载电源设备的另一操作示例的说明图。
14.图7是示出了根据实施例的车载电源设备的另一操作示例的说明图。
15.图8是用于说明根据实施例的开关切换过程的流程图。
具体实施方式
16.在下文中，将结合附图详细地描述车载电源设备和车载电源控制方法的实施例。然而，本发明并不限于下面的实施例。在下文中，将以被安装在具有自动驾驶功能的车辆上以向负载供应电力的车载电源设备作为示例进行描述；然而，根据实施例的车载电源设备也可以被安装在不具有自动驾驶功能的车辆上。
17.图1是示出了根据实施例的车载电源设备1的配置示例的说明图。如图1所示，根据本实施例的车载电源设备1连接到第一负载101、第二负载102和自动驾驶控制设备104。
18.第一负载101包括在自动驾驶期间操作的转向电机、电制动设备、车载摄像头、雷达等。此外，第一负载101包括一般负载，例如空调、音频系统、视频系统和各种灯。
19.第二负载102至少包括在自动驾驶期间操作的设备，例如转向电机、电制动设备、车载摄像头和雷达。第一负载101和第二负载102通过从车载电源设备1供应的电力进行操作。
20.自动驾驶控制设备104是用于通过操作第一负载101和第二负载102来对车辆执行自动驾驶控制的控制设备。
21.车载电源设备1从外部提供的第一电源10获得电力。车载电源设备1将从外部提供的第一电源10供应的电力供应至第一负载101和第二负载102。车载电源设备1包括第二电源20、控制单元30、充放电单元40、第一开关41和第二开关42。此外，车载电源设备1包括电压传感器51和53。
22.第一电源10包括dc-dc转换器(下面称为“dc/dc 11”)和铅电池(下面称为“pbb 12”)。然而，针对第一电源10的电池可以是除pbb 12之外的任意二次电池。
23.dc/dc 11连接到发电机，该发电机被配置为通过将车辆的再生能量转换为电能来发出电力，并且dc/dc 11改变从发电机施加的输入电压，并将其输出。在车辆具有发动机的情况下，发电机可以是交流发电机，该交流发电机被配置为通过将发动机的扭矩转换为电能来发出电力。dc/dc 11执行对pbb 12充电、向第一负载101供应电力、向第二负载102供应电力以及对第二电源20充电(将在下面描述)。
24.第一电源10连接到第一负载101和第一开关41。在第一电源10和第一开关41之间，连接有电压传感器51。
25.例如，第二电源20包括锂离子电池(下面称为“lib 21”)。作为第二电源20，选择电压高于第一电源10的电压的电池，使得即使在低温下也可以供应所需的最小电压。第二电源20是用于第一电源10的电力供应变得不可能的情况的备用电源。
26.第二电源20通过第二开关42连接到充放电单元40。换言之，连接第二开关42以便能够将第二电源20与充放电单元40彼此连接和断开。
27.充放电单元40例如是dc-dc转换器。充放电单元40连接到第一开关41和第二负载102。充放电单元40升高第一电源10的电压以对第二电源20进行充电，并且如果充电完成，则进入停止状态。此外，充放电单元40降低第二电源20的电压，并将其供应给第二负载102。
28.车载电源设备1包括用于从第一电源10向第一负载101供应电力的第一系统100和用于从第二电源20向第二负载102供应电力的第二系统200。连接第一开关41以便能够将第一系统100和第二系统200连接和断开。连接第二开关42以便能够将第二电源20和第二负载102连接和断开。
29.如上所述，车载电源设备1包括第一系统100和第二系统200。因此，如果在第一系统100和第二系统200中的一个系统中发生电源故障，则车载电源设备1由另一系统供应电力，从而能够使车辆行驶到安全地方进行疏散并在那里停下来。顺便一提，电源故障的发生是指第一系统100或第二系统200中发生接地故障。即使在第一负载101或第二负载102过载时也可以发生与电源故障相同的现象。
30.控制单元30包括具有中央处理单元(cpu)、只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)等的微型计算机和各种电路。控制单元30包括异常检测单元31和开关设置单元32，它们通过cpu执行存储在rom中的程序(将ram用作工作区)来操作。
31.顺便一提，控制单元30中包括的异常检测单元31和开关设置单元32可以部分地或全部地被配置有诸如专用集成电路(asic)和现场可编程门阵列(fpga)之类的硬件。
32.控制单元30中包括的异常检测单元31和开关设置单元32单独地实现或执行要在下面描述的信息处理动作。顺便一提，控制单元30的内部配置不限于图1所示的配置，并且可以是任何其他配置，只要该配置可以执行以下信息处理。
33.异常检测单元31检测第一系统100和第二系统200中的一个系统中电源故障的发生。在第一开关41处于接通状态且第二开关42处于关断状态的正常状态期间，异常检测单元31确定由电压传感器51和53检测到的电压是否在正常范围内。正常范围是当第一系统100和第二系统200中没有电源故障时可以由电压传感器51和53检测到的电压所指示的范围。例如，正常范围是可以由电压传感器51和53检测到的电压等于或高于预定电压的范围。
34.在正常状态期间，如果由电压传感器51或53检测到的电压不在正常范围内，例如当电压低于预定电压时，异常检测单元31检测到第一系统100和第二系统200中的一个系统中已经发生电源故障。
35.在正常状态期间，当由电压传感器51和53检测到的电压在正常范围内时，异常检测单元31检测到第一系统100和第二系统200中尚未发生任何电源故障。
36.如果在第一系统100和第二系统200中的一个系统中发生电源故障，由此第一开关的状态转变为故障安全状态，针对系统中的每一个，异常检测单元31检测是否已经发生电源故障(下面称为“系统电源故障”)。故障安全状态是第一开关41处于关断状态的状态。
37.具体地，在由于在第一系统100和第二系统200中的一个系统中发生电源故障而已经关断第一开关41之后紧接着的预切断状态下，异常检测单元31检测是否已经发生任何系统电源故障。预切断状态是作为故障安全状态的一部分并且其中第一开关41处于关断状态且第二开关42处于接通状态的状态。
38.在预切断状态下，异常检测单元31确定由电压传感器51检测到的电压是否在正常范围内。在预切断状态下，如果由电压传感器51检测到的电压不在正常范围内，例如，如果
由电压传感器51检测到的电压低于预定电压，则异常检测单元31确定第一系统100中已经发生系统电源故障。异常检测单元31检测到第一系统100中系统电源故障(接地故障)的发生。
39.在预切断状态下，如果由电压传感器51检测到的电压在正常范围内，例如，如果由电压传感器51检测到的电压等于或高于预定电压，则异常检测单元31确定第一系统100中尚未发生任何系统电源故障。异常检测单元31检测到第一系统100中没有系统电源故障(接地故障)。
40.在预切断状态下，异常检测单元31确定由电压传感器53检测到的电压是否在正常范围内。在预切断状态下，如果由电压传感器53检测到的电压不在正常范围内，例如，如果由电压传感器53检测到的电压低于预定电压，则异常检测单元31确定第二系统200中已经发生系统电源故障。异常检测单元31检测到第二系统200中系统电源故障(接地故障)的发生。
41.在预切断状态下，如果由电压传感器53检测到的电压在正常范围内，例如，如果由电压传感器53检测到的电压等于或高于预定电压，则异常检测单元31确定第二系统200中尚未发生任何系统电源故障。异常检测单元31检测到第二系统200中没有系统电源故障(接地故障)。
42.在预切断状态下，如果第一系统100和第二系统200中没有系统电源故障，则异常检测单元31确定已经执行从电源故障中恢复。换言之，异常检测单元31确定检测到电源故障是由于第一负载101或第二负载102过载导致的检测错误。
43.开关设置单元32将第一开关41设置为接通或关断状态。开关设置单元32将第二开关42设置为接通或关断状态。如果异常检测单元31未检测到任何电源故障，则开关设置单元32通过将第一开关41设置为接通状态并将第二开关42设置为关断状态来将每个开关的状态设置为正常状态。此外，在正常状态期间，如果第二电源20的荷电状态(soc)变得等于或小于预定量，则开关设置单元32将第二开关42设置为接通状态。结果，第二电源20被充电。
44.如果异常检测单元31检测到电源故障，则开关设置单元32通过将第一开关41设置为接通状态来将第一开关41的状态设置为故障安全状态。此外，在由于异常检测单元31检测到电源故障而将第一开关41的状态设置为故障安全状态之后，开关设置单元32通过将第二开关42设置为接通状态来将每个开关的状态设置为预切断状态。
45.在预切断状态下，如果检测到第一系统100或第二系统200中系统电源故障的发生，则开关设置单元32将每个开关的状态设置为原始切断状态。原始切断状态是在故障安全状态下检测到系统电源故障的发生并且确定电源故障不是检测错误时设置的每个开关的状态。
46.具体地，如果检测到第一系统100中系统电源故障的发生，则开关设置单元32通过将第一开关41设置为关断状态并将第二开关42设置为接通状态来将每个开关的状态设置为第一原始切断状态。结果，电力通过第二系统200从第二电源20被供应给第二负载102，并且通过使用第二系统200供应电力来执行评估行驶控制。
47.此外，如果检测到第二系统200中系统电源故障的发生，则开关设置单元32通过将第一开关41设置为关断状态并将第二开关42设置为关断状态来将每个开关的状态设置为
第二原始切断状态。结果，电力通过第一系统100从第一电源10被供应给第一负载101，并且通过使用第一系统100供应电力来执行评估行驶控制。
48.在预切断状态下，如果未检测到第一系统100中系统电源故障的发生，且未检测到第二系统200中系统电源故障的发生，则开关没置单元32将每个开关的状态设置为正常状态。在预切断状态下，如果从两个系统中均未检测到系统电源故障的发生，则开关设置单元32通过将第一开关41设置为接通状态且然后将第二开关42设置为关断状态来将每个开关的状态从故障安全状态恢复到正常状态。当恢复到正常状态时，第一开关41被设置为接通状态，然后第二开关42被设置为关断状态。因此，可以防止对第二负载102的电力供应的瞬时中断。
49.现在，将参考图2至图7描述车载电源设备1的操作示例。
50.图2至图7是示出了根据实施例的车载电源设备1的操作示例的说明图。如图2所示，如果没有检测到任何电源故障，则车载电源设备1通过将第一开关41设置为接通状态并将第二开关42设置为关断状态来将每个开关的状态设置为正常状态。结果，电力从第一电源10供应给第一负载101和第二负载102。例如，从第一负载101和第二负载102中的每一个，输出最大扭矩的50％。此外，不从第二电源20向第二负载102供应电力。
51.如果从第一系统100或第二系统200中检测到系统电源故障的发生，则车载电源设备1执行故障安全控制。与没有检测到任何系统电源故障的发生的正常时间相比，故障安全控制是用于限制由连接到没有系统电源故障的系统的第一负载101或第二负载102进行的输出和功能的控制。例如，在故障安全控制下，输出最大扭矩的50％。因此，即使在第一系统100或第二系统200中发生系统电源故障，车辆也可以行驶进行疏散。
52.此外，如果在自动驾驶期间检测到系统电源故障的发生，则自动驾驶控制设备104执行使用连接到没有系统电源故障的系统的第一负载101或第二负载102的评估行驶控制，直到车辆到达安全的地方停下来，例如路肩。此后，如果车辆行驶并且停下来进行疏散，则自动驾驶控制设备104禁止自动驾驶控制。因此，可以防止在存在系统电源故障时自动驾驶造成事故。
53.在下文中，将描述在从第一系统100或第二系统200中检测到电源故障的发生的情况下的操作示例。
54.例如，在车载电源设备1中，如图3所示，第一系统100中可能发生接地故障110。在车载电源设备1中，如果第一系统100中发生接地故障110，过电流从第一电源10流向接地故障点，从而第一系统100和第二系统200的电压迅速下降。结果，检测到电源故障的发生。
55.此外，在车载电源设备1中，如图4所示，在第二系统200中发生接地故障110。在车载电源设备1中，如果在第二系统200中发生接地故障110，则过电流从第一电源10流到接地故障点，从而第一系统100和第二系统200的电压迅速下降。结果，检测到电源故障的发生。
56.此外，在车载电源设备1中，即使在第一负载101或第二负载102过载时，第一系统100和第二系统200的电压也可以迅速下降。因此，在车载电源设备1中，即使在第一负载101或第二负载102过载时，也检测到电源故障的发生。
57.如果在第一系统100或第二系统200中检测到电源故障的发生，则车载电源设备1通过将第一开关41设置为关断状态来将第一开关41设置为故障安全状态，如图5所示。此外，车载电源设备1将第二开关42设置为接通状态，从而将每个开关的状态设置为预切断状
态。结果，通过第二系统200，电力从第二电源20供应给第二负载102。
58.在预切断状态下，车载电源设备1通过电压传感器51检测第一系统100的电压，如果检测到的电压不在正常范围内，则车载电源设备1确定第一系统100中已经发生系统电源故障(接地故障110)，并且检测到第一系统100中系统电源故障的发生。然后，车载电源设备1通过将第一开关41设置为关断状态并且将第二开关42设置为接通状态来将每个开关的状态设置为第一原始切断状态，如图6所示。结果，电力通过第二系统200从第二电源20供应给第二负载102，并且执行使用第二负载102的故障安全控制。
59.在预切断状态下，车载电源设备1通过电压传感器53检测第二系统200的电压。如果检测到的电压不在正常范围内，则车载电源设备1确定第二系统200中已经发生系统电源故障(接地故障110)，并且检测到第二系统200中系统电源故障的发生。然后，车载电源设备1将第一开关41设置为关断状态并将第二开关42没置为关断状态，如图7所示。结果，来自第二电源20的电力供应停止，并且电力通过第一系统100从第一电源10供应给第一负载101，并且执行使用第一负载101的故障安全控制。
60.在预切断状态下，如果确定第一系统100和第二系统200中没有系统电源故障，则车载电源设备1确定电源故障为检测错误。车载电源设备1确定电源故障时由于第一负载101或第二负载102过载，导致电压暂时下降而检测的。车载电源设备1通过将第一开关41设置为接通状态，然后将第二开关42设置为关断状态，来将每个开关的状态从预切断的状态恢复到图2所示的正常状态。当恢复到正常状态时，车载电源设备将第一开关41设置为接通状态，然后将第二开关42设置为关断状态。因此，可以防止对第二负载102的电力供应的瞬时中断。
61.现在，将参考图8描述根据实施例的开关切换过程。图8是用于说明根据实施例的开关切换过程的流程图。
62.车载电源设备1确定是否已经从第一系统100或第二系统200中检测到电源故障的发生(步骤s100)。如果尚未从第一系统100和第二系统200中检测到电源故障的发生(步骤s100中的“否”)，则车载电源设备1结束该过程。
63.如果已经从第一系统100或第二系统200中检测到电源故障的发生(步骤s100中的“是”)，则车载电源设备1将每个开关的状态设置为预切断状态(步骤s101)。具体地，车载电源设备1通过将第一开关41设置为关断状态来将第一开关41的状态设置为故障安全状态，并将第二开关42的状态设置为接通状态，从而将每个开关的状态设置为预切断状态。
64.车载电源设备1确定是否已经从第一系统100中检测到系统电源故障的发生(步骤s102)。如果已经从第一系统100中检测到系统电源故障的发生，并且第一系统100中已经发生接地故障(步骤s102中的“是”)，则车载电源设备1将每个开关的状态设置为第一原始切断状态(步骤s103)。具体地，车载电源设备1将第一开关41设置为关断状态，并将第二开关42设置为接通状态。
65.如果尚未从第一系统100中检测到系统电源故障的发生(步骤s102中的“否”)，则车载电源设备1确定是否已经从第二系统200中检测到系统电源故障的发生(步骤s104)。
66.如果已经从第二系统200中检测到系统电源故障的发生，并且第二系统200中已经发生接地故障(步骤s104中的“是”)，则车载电源设备1将每个开关的状态设置为第二原始切断状态(步骤s105)。具体地，车载电源设备1将第一开关41设置为关断状态，并将第二开
关42设置为关断状态。
67.如果尚未从第二系统200中检测到系统电源故障的发生(步骤s104中的“否”)，即如果尚未从第一系统100和第二系统200中检测到系统电源故障的发生，则车载电源设备1将每个开关的状态设置为正常状态(步骤s106)。具体地，车载电源设备1将第一开关41设置为接通状态，并将第二开关42设置为关断状态。
68.顺便一提，可以颠倒确定第一系统100中是否已经发生系统电源故障的过程(步骤s102)和确定第二系统200中是否已经发生系统电源故障的过程(步骤s104)的处理顺序。
69.根据实施例的车载电源设备1包括第一系统100、第二系统200、第一开关41、第二开关42、异常检测单元31和开关设置单元32。第一系统100从第一电源10向第一负载101供应电力。第二系统200从第二电源20向第二负载102供应电力。第一开关41连接第一系统100和第二系统200。第二开关42连接第二电源20和第二负载102。异常检测单元31检测第一系统100和第二系统200中的一个系统中电源故障的发生。如果未检测到电源故障的发生，开关设置单元32设置第一开关41处于接通状态且第二开关42处于关断状态的正常状态；如果检测到电源故障的发生，开关设置单元32设置第一开关41处于关断状态的故障安全状态。在第一开关41被设置为故障安全状态后，针对系统中的每一个，异常检测单元31确定是否已经发生任何系统电源故障。在第一开关41被设置为故障安全状态后，如果从两个系统中均未检测到系统电源故障的发生，则开关设置单元32将每个开关设置为正常状态。
70.因此，在检测到电源故障的发生后，如果从两个系统中均未检测到任何系统电源故障，则每个开关恢复到正常状态。换言之，在确认在两个系统中均未发生任何系统电源故障后，车载电源设备1将每个开关恢复到正常状态。因此，可以改进将每个开关恢复到正常状态时的安全性。此外，例如，如果检测到的电源故障是由于第一负载101或第二负载102的过载状态导致的，并且是错误地检测到的电源故障，则车载电源设备1将每个开关恢复到正常状态。因此，即使错误地检测到电源故障，车载电源设备1也可以使车辆正常地行驶而不会限制行驶功能。
71.开关设置单元32在故障安全状态下将第二开关42设置为接通状态。在第一开关41被设置为故障保护状态后，如果第一系统100的电压不在正常范围内，则异常检测单元31检测到第一系统100中系统电源故障的发生。在第一开关41被设置为故障安全状态且第二开关42被设置为接通状态后，如果第二系统200的电压不在正常范围内，则异常检测单元31检测到第二系统200中系统电源故障的发生。
72.以这种方式，车载电源设备1可以检测到每个系统中系统电源故障的发生。因此，车载电源设备1可以准确地检测到每个系统中系统电源故障的发生。
73.在第一开关41被设置为故障安全状态后，如果第一系统100的电压在正常范围内，则异常检测单元31未检测到第一系统100中系统电源故障的发生。在第一开关41被设置为故障安全状态且第二开关42被设置为接通状态后，如果第二系统200的电压在正常范围内，则异常检测单元31未检测到第二系统200中系统电源故障的发生。
74.以这种方式，车载电源设备1可以检测到每个系统中均未发生系统电源故障。因此，车载电源设备1可以改进在将每个开关恢复到正常状态时的安全性。
75.在故障安全状态下，如果由电压传感器51检测到的电压在预定时间内超出正常范围，则根据修改的车载电源设备1可以确定第一系统100中存在系统电源故障。在预切断状
态下，如果由电压传感器51检测到的电压在预定时间内处于正常范围内，则根据修改的车载电源设备1可以确定第一系统100中不存在系统电源故障。
76.此外，在预切断状态下，如果由电压传感器53检测到的电压在预定时间内处于正常范围内，则根据修改的车载电源设备1可以确定第二系统200中存在系统电源故障。此外，在预切断状态下，如果由电压传感器53检测到的电压在预定时间内处于正常范围内，则根据修改的车载电源设备1可以确定第二系统200中不存在系统电源故障。
77.预定时间是预先设定的时间，并且是准确地确定每个系统是否存在系统电源故障所需的时间。可以为每个系统设置预定时间。
78.根据修改的车载电源设备1对由电压传感器51或53检测到的电压处于正常范围内的时间进行计数，或者对由电压传感器51或53检测到的电压超出正常范围的时间进行计数。如果在所计数的时间达到预定时间之前电压改变超过预定电压，则根据修改的车载电源设备1重置所计数的时间。以这种方式，根据修改的车载电源设备1可以准确地检测每个系统中是否存在任何系统电源故障。
79.根据另一修改的车载电源设备1可以通过电流传感器检测在各个系统中流动的电流，并且基于检测到的电流，检测是否已经发生任何电源故障或任何系统电源故障。如果发生接地故障，由对应电流传感器检测到的电流迅速增加。如果由电流传感器检测到的电流等于或高于预先设置的预定电流，则根据另一修改的车载电源设备1检测到电源故障或系统电源故障的发生。
80.本领域的技术人员可以容易地实现各种优点和修改。因此，本发明在其较宽方面上不限于以上描述和示出的具体细节和代表性实施例。因此，在不脱离由所附权利要求及其等同物定义的总体发明构思的精神或范围的情况下，可以进行各种修改。
81.[附图标记的描述]
[0082]
1 车载电源设备
[0083]
10 第一电源
[0084]
20 第二电源
[0085]
30 控制单元，
[0086]
31 异常检测单元
[0087]
32 开关设置单元
[0088]
41 第一开关
[0089]
42 第二开关
[0090]
51、53 电压传感器
[0091]
100 第一系统
[0092]
200 第二系统
[0093]
101 第一负载
[0094]
102 第二负载。