电动汽车的冗余电源架构的制作方法

本发明涉及电动汽车，特别涉及一种电动汽车的冗余电源架构。

背景技术：

1、传统电动汽车通常由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。

2、图1是现有的电动汽车12v辅助电源系统架构示意图。参阅图1，以传统的电动汽车为例，传统的电动汽车的辅助电源系统包括高压动力电池10、dc-dc转换器20，12v的蓄电池50，以及多个非安全部件40和多个安全部件31，dc-dc转换器20的输入端连接高压动力电池10，dc-dc转换器20的输出端连接电源系统母线60，多个安全部件31并联在电源系统母线60上，多个非安全部件40并联在电源系统母线60上，蓄电池50连接在电源系统母线60上。

3、如上的电动汽车的辅助电源系统，一旦电源系统母线60发生异常(比如电源系统母线短路)，所有的安全部件31均会受到影响，功能安全等级较低，需要依靠驾驶员来充当“冗余”作用。对上述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，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)，因此，需要有新的冗余电源方案来解决。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电动汽车的冗余电源架构，以解决现有的电动汽车的12v辅助电源系统功能安全等级较低，不适用于l3及以上的高等级自动驾驶功能的汽车的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种电动汽车的冗余电源架构，其包括：

3、串联的第一电池模块和第二电池模块；

4、与所述第一电池模块和第一电源母线连接的第一dc-dc转换器；

5、与所述第二电池模块和第二电源母线连接的第二dc-dc转换器；

6、与所述第一电源母线连接的第一能量存储单元和第一非冗余部件；

7、与所述第二电源母线连接的第二能量存储单元和第二非冗余部件；

8、与所述第一电源母线和所述第二电源母线均连接的冗余部件；

9、桥切开关，所述第一dc-dc转换器连接所述第一电源母线的一端通过所述桥切开关接入所述第二dc-dc转换器连接所述第二电源母线的一端，所述桥切开关用于在电动汽车的自动驾驶模式启动时关断。

10、可选的，所述桥切开关用于在所述自动驾驶模式停止时导通或关断；且当所述自动驾驶模式停止且所述桥切开关导通时，所述第一dc-dc转换器和所述第二dc-dc转换器用于对所述第一电池模块和所述第二电池模块进行能量均衡。

11、可选的，所述第一电源母线和所述第二电源母线各自的电压均正常时，所述第一dc-dc转换器和所述第一能量存储单元均继续工作，所述第二dc-dc转换器和所述第二能量存储单元均继续工作；

12、所述第一电源母线上的电压异常时，所述第一dc-dc转换器和所述第一能量存储单元均停止工作，且所述第一电源母线上的电压由异常恢复为正常时，所述第一dc-dc转换器和所述第一能量存储单元均继续工作；

13、所述第二电源母线上的电压异常时，所述第二dc-dc转换器和所述第二能量存储单元均停止工作，且所述第二电源母线上的电压由异常恢复为正常时，所述第二dc-dc转换器和所述第二能量存储单元均继续工作；

14、并且，所述第一电源母线或所述第二电源母线的电压异常时，所述桥切开关关断。

15、可选的，所述冗余部件包括功能相同的多个安全部件，一部分所述安全部件连接所述第一电源母线，另一部分所述安全部件连接所述第二电源母线。

16、可选的，所述冗余部件的数量为多个，所述第一非冗余部件的数量为多个，所述第二非冗余部件的数量为多个。

17、可选的，所述第一dc-dc转换器、所述第二dc-dc转换器和所述桥切开关三者集成式设置。

18、可选的，所述第一dc-dc转换器的供电电源为所述第一电源母线，所述第二dc-dc转换器的供电电源为所述第二电源母线，所述第一转换器和所述第二dc-dc转换器各自的通信电路相互独立。

19、可选的，所述桥切开关由所述第一dc-dc转换器或所述第二dc-dc转换器控制驱动。

20、可选的，所述第一dc-dc转换器和所述第二dc-dc转换器共用同一个水冷散热模块，且所述第一dc-dc转换器和所述第二dc-dc转换器在所述水冷散热模块故障时均以预设的降额系数降低各自输出的功率。

21、可选的，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；所述第一电池模块和所述第二电池模块集成式设置为高压动力电池，所述高压动力电池为插电式的高压动力电池。

22、可选的，所述桥切开关包括并联的第一开关支路和第二开关支路，所述第一开关支路包括串联的至少两个开关单元，所述第二开关支路包括串联的限流电阻和开关单元。

23、可选的，所述冗余电源架构包括第一功率开关器件和第二功率开关器件，所述桥切开关包括并联的第一支路和第二支路，所述第一dc-dc转换器通过所述第一功率开关器件连接所述第一电源母线和所述第一支路，所述第二dc-dc转换器通过所述第二功率开关器件连接所述第二电源母线和所述第一支路；所述第一支路包括至少一个开关单元，所述第二支路包括串联的开关单元和限流电阻。

24、可选的，所述冗余电源架构包括第一功率开关器件和第二功率开关器件，所述桥切开关包括至少一个开关单元，所述桥切开关的一端和所述第一dc-dc转换器连接后共同通过所述第一功率开关器件连接所述第一电源母线，所述桥切开关的另一端和所述第二dc-dc转换器连接后共同通过所述第二功率开关器件连接至所述第二电源母线。

25、可选的，所述开关单元包括背靠背连接的两个同类型的晶体管，所述晶体管为mos管或igbt管。

26、可选的，所述第一功率开关器件为mos管或igbt管，所述第二功率开关器件为mos管或igbt管。

27、如上的冗余电源架构，至少具有如下四方面的技术优势：

28、第一方面，本发明提出了基于电动汽车的适用于l3及以上等级的自动驾驶功能的冗余电源架构，第一电池模块通过第一dc-dc转换器连接至第一电源母线，从而给第一电源母线上的负载供电，第二电池模块通过第二dc-dc转换器连接至第二电源母线，从而给第二电源母线上的负载供电，每个电池模块均可提供独立的asil a的高压供电，即使一个其中一个电池模块故障，另外一个电池模块仍然也能正常工作，实现了双路辅助冗余电源供电，可保证冗余部件的供电等级满足asil d。并且，每个电池模块都存储较大的能量，即使其中一个电池模块故障，另外一个电池模块也可以提供整车长时间运行的跛行模式(limphome)所需要的低压负载能量，可以支撑故障车辆继续行驶到目的地，因此本发明满足了汽车的跛行模式的可用性。

29、第二方面，在电动汽车的自动驾驶模式启动时桥切开关关断，保证了第一电源母线和第二电源母线相互独立，二者之间没有直接的电气连接，避免了第一能量存储单元和第二能量存储单元之间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，且可以提供汽车自动驾驶模式需要的大量能量。无论第一电源母线还是第二电源母线故障，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。

30、第三方面，第一电源母线和第二电源母线上均挂载了非冗余部件，保证了整体冗余电源架构的功率平衡，保证了第一电源母线和第二电源母线上各自的负载用电安全。冗余部件可以同时从第一电源母线和第二电源母线上取电，保证冗余部件供电的冗余性。第一能量存储单元和第二能量存储单元均可提供asil a的供电，整车故障时，两个能量存储单元可以提供整车跛行模式需要的能量。另外，两个能量存储单元还可提供整车负载的峰值电流需求，以及保证存车时的整车电耗需求。

31、第四方面，进一步地，当汽车的自动驾驶模式停止且桥切开关导通时，第一dc-dc转换器和第二dc-dc转换器用于对第一电池模块和第二电池模块进行能量均衡，如此可以解决由于负载不平衡导致的第一电池模块和第二电池模块之间能量不平衡的问题，设计简单可靠，能量均衡的成本较低。