一种电源分配控制系统

技术领域

本申请实施例涉及汽车技术领域，尤其涉及一种电源分配控制系统。

背景技术

电源，是汽车设备运行的主动力，电源的合理分配和管理，有效地提高电池寿命以及利用效率。伴随着汽车电子技术的发展，传统的机械式开关、断路保护器、故障响应速度、故障状态检测等已不能满足日益复杂的汽车电子使用环境需求。

传统的电源分配控制是通过传统配电盒实现。传统配电盒采用机械式开关，寿命短，响应速度慢，外围器件多，集成度不高且对于每个节点的电流变化不能检测出是由于负载的变化引起的，还是由于器件老化引起的，对于整个配电系统的安全起不到保障作用。传统配电盒由于采用机械式开关，以及熔断型保险丝，整个产品占用体积大，不利于优化整车的结构。传统配电盒检测电池的健康状态有一定的技术限制，不能实时反馈给整车系统，不符合整车的功能安全需求，缺乏相应的故障安全机制。

发明内容

本申请实施例提供一种电源分配控制系统，能够检测负载端状态信息，在负载出现异常时，快速进入负载保护状态，提高整车的可靠性和安全性。

在第一方面，本申请实施例提供了一种电源分配控制系统，包括：电源管理模块、系统基础芯片、微控制器以及智能开关，蓄电池或DC-DC电源连接所述电源管理模块，所述电源管理模块连接所述系统基础芯片和所述智能开关，所述系统基础芯片连接所述微控制器和所述智能开关，所述微控制器连接所述智能开关，所述智能开关连接负载端，其中：

所述电源管理模块，用于管理所述蓄电池或DC-DC电源，以及将所述蓄电池或DC-DC电源的电能传输给所述系统基础芯片和所述智能开关；

所述系统基础芯片，用于接收所述电源管理模块传输的电能，并将其转化为所述微控制器和所述智能开关可用电压，给所述微控制器和智能开关供电，以及监控自身的状态信息；

所述微控制器，用于通过第一串行通信接口获取所述智能开关发送的负载端状态信息，并根据负载端状态信息，生成对应的控制指令，并通过所述第一串行通信接口将所述控制指令发送至所述智能开关；

所述智能开关，用于将所述电源管理模块的电能传输给所述负载端，以及采集所述负载端状态信息，并通过第二串行通信接口将所述负载端状态信息发送至所述微控制器，以及通过所述第二串行通信接口接收所述微控制器发送的控制指令，并执行所述控制指令。

进一步的，所述电源管理模块包括监控子模块和通信子模块，其中：

所述采集子模块，用于采集所述蓄电池或DC-DC电源的电源状态信息；所述电源状态信息包括所述蓄电池的输出电压、输出电流、剩余电量以及电池健康度或DC-DC电源的输出电压和输出电流；

所述通信子模块，用于通过第三串行通信接口将所述电源状态信息发送至所述微控制器。

进一步的，所述系统基础芯片包括主状态机和功能安全状态机，所述主状态机和所述功能安全状态机并行运行，所述主状态机的寄存器和所述功能安全状态机的寄存器相互独立，其中：

所述主状态机，用于配置所述微控制器和所述智能开关的电源电压；

所述功能安全状态机，用于通过看门狗监控所述系统基础芯片状态信息。

进一步的，所述主状态机包括启动子模块，所述启动子模块，用于在所述系统基础芯片上电后，通过获取所述微控制器发送的启动指令，响应所述启动指令并进入正常工作模式。

进一步的，所述功能安全状态机包括自检子模块，所述自检子模块，用于对所述系统基础芯片进行上电的逻辑自检和模拟自检。。

进一步的，所述系统基础芯片还包括采集模块和第一通信模块，其中：

所述采集模块，用于采集系统基础芯片状态信息，所述系统基础芯片状态信息包括所述系统基础芯片的输出电压和内部自检信息；

所述第一通信模块，用于通过第四串行通信接口将所述系统基础芯片状态信息发送至所述微控制器。

进一步的，所述负载端状态信息包括负载电流、负载电压、负载通路信息、负载过载信息和智能开关温度，所述智能开关包括电流检测模块、电压检测模块、通路检测模块、过载检测模块、温度检测模块和第二通信模块，其中：

所述电流检测模块，用于检测所述负载端的电流值，从而获取所述负载电流；

所述电压检测模块，用于检测所述负载端的电压值，从而获取所述负载电压；

所述通路检测模块，用于检测所述负载端处于开路状态、短路状态还是正常状态，从而获取所述负载通路信息；

所述过载检测模块，用于检测所述负载端处于正常状态还是过载状态，从而获取所述负载过载信息；

所述温度检测模块，用于检测所述智能开关的温度值，从而获取所述智能开关温度；

所述第二通信模块，用于通过所述第二串行通信接口将所述负载端状态信息发送至所述微控制器。

进一步的，所述智能开关为微型电子器件集成芯片。

进一步的，所述控制指令包括电流控制指令、电压控制指令、通路控制指令、过载控制指令和温度控制指令，所述微控制器包括第三通信模块、电流控制模块、电压控制模块、通路控制模块、过载控制模块和温度控制模块，其中：

所述第三通信模块，用于通过所述第一串行通信接口接收所述智能开关的通信模块发送的负载端状态信息，以及通过所述第一串行通信接口将所述控制指令发送至所述智能开关；

所述电流控制模块，用于根据所述负载电流，生成电流控制指令；

所述电压控制模块，用于根据所述负载电压，生成电压控制指令；

所述通路控制模块，用于根据所述负载通路信息，生成通路控制指令；

所述过载控制模块，用于根据所述负载过载信息，生成过载控制指令；

所述温度控制模块，用于根据所述智能开关温度，生成温度控制指令。

进一步的，所述微控制器还包括获取模块和第四通信模块，其中：

所述获取模块，用于获取所述系统基础芯片状态信息，所述电源状态信息以及所述负载状态信息；

所述第四通信模块，用于通过第五串行通信接口将所述系统基础芯片状态信息，所述电源状态信息以及所述负载状态信息发送至主控制器。

本申请实施例通过所述电源管理模块将所述蓄电池或DC-DC电源传输的电能给所述系统基础芯片和所述智能开关供电；所述系统基础芯片将所述电源管理模块传输的电能转化为所述微控制器和所述智能开关可用电压给其供电；所述微控制器通过第一串行通信接口获取所述智能开关发送的负载端状态信息，并根据负载端状态信息，生成对应的控制指令，并通过所述第一串行通信接口将所述控制指令发送至所述智能开关；所述智能开关将所述电源管理模块传输的电能给所述负载端供电，以及采集所述负载端状态信息，并通过第二串行通信接口将所述负载端状态信息发送至所述微控制器，以及通过所述第二串行通信接口接收所述微控制器发送的控制指令，并执行所述控制指令。采用上述技术手段，可以通过电源管理模块给智能开关以及系统基础芯片供电，系统基础芯片给微控制器供电，智能开关给负载端供电，实现了由电源分配控制系统分配供电。通过设置智能开关，实时检测负载端状态信息，并通过SPI与微控制器通信，将负载端状态信息发送至微控制器，由微控制器实时监控负载端信息，在负载端出现异常时，微控制器及时进行反馈控制，智能开关快速响应控制指令，及时保护负载端设备，提高了整车的可靠性和安全性。

附图说明

图1是本申请实施例一提供的一种电源分配控制系统的装置示意图；

图2是本申请实施例一中的智能开关连接负载端的结构示意图；

图3是本申请实施例一中的智能开关内部的结构示意图；

图4是本申请实施例一中的智能开关外部的结构示意图；

图5是本申请实施例一中的智能开关外观俯视图；

图6是本申请实施例一中的智能开关外观侧视图；

图7是本申请实施例一中的智能开关外观正视图；

图8是图7中A处的局部放大图；

图中，101为蓄电池或DC-DC电源，102为电源管理模块，103为系统基础芯片，104为微控制器，105为智能开关，106为负载端。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本申请具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

本申请提供的电源分配控制系统，旨在通过电源管理模块给系统基础芯片供电以及通过智能开关给负载端供电，系统基础芯片给微控制器和智能开关供电，实现了由电源分配控制系统分配供电，通过智能开关实时检测负载端状态信息，并通过SPI与微控制器通信，将负载端状态信息发送至微控制器，由微控制器实时监控负载端信息，在负载端出现异常时，微控制器及时进行反馈控制，智能开关快速响应控制指令，及时保护负载端设备，提高了整车的可靠性和安全性。相对于传统配电盒采用机械式开关，寿命短，响应速度慢，外围器件多，集成度不高，对于每个节点的电流变化不能检测处是由于负载的变化引起的，还是由于器件老化引起的，对于整个配电系统的安全起不到保障作用。伴随着汽车电子技术的发展，传统的机械式开关、断路保护器、故障响应速度和故障状态检测等已不能满足日益复杂的汽车电子使用环境需求。基于此，本申请实施例提供的电源分配控制系统。以解决现有配电盒安全度不高的问题。

实施例一：

图1是本申请实施例一提供的一种电源分配控制系统的装置示意图。参考图1，一种电源分配控制系统包括：电源管理模块102、系统基础芯片103、微控制器104以及智能开关105，蓄电池或DC-DC电源101连接所述电源管理模块102，所述电源管理模块102连接所述系统基础芯片103和所述智能开关105，所述系统基础芯片103连接所述微控制器104和所述智能开关105，所述微控制器104连接所述智能开关105，所述智能开关105连接负载端106，其中：

所述电源管理模块102，用于管理所述蓄电池或DC-DC电源101，以及将所述蓄电池或DC-DC电源101的电能传输给所述系统基础芯片103和所述智能开关105；

所述系统基础芯片103，用于接收所述电源管理模块102传输的电能，并将其转化为所述微控制器104可用电压，给所述微控制器104供电；

所述微控制器104，用于通过第一串行通信接口获取所述智能开关105发送的负载端106状态信息，并根据负载端106状态信息，生成对应的控制指令，并通过所述第一串行通信接口将所述控制指令发送至所述智能开关105；

所述智能开关105，用于将所述电源管理模块102的电能传输给所述负载端106，以及采集所述负载端106状态信息，并通过第二串行通信接口将所述负载端106状态信息发送至所述微控制器104，以及通过所述第二串行通信接口接收所述微控制器104发送的控制指令，并执行所述控制指令。图中配置了三个智能开关，分别为第一智能开关，第二智能开关和第三智能开关，三个智能开关配置的功能相同，但基于智能开关连接的不同负载设备，每个智能开关具体实现的功能不同，可根据负载端的设备属性以及数量，相应配置智能开关的功能和数量。

示例性的，蓄电池或DC-DC电源101为12/24V电源，分配给车上所有设备使用。电源管理模块102接收蓄电池或DC-DC传输的电能，将一部分电能用于自身供电，一部分电能给系统基础芯片103和智能开关105供电。系统基础芯片103接收电源管理模块102传输的电能，由于蓄电池或DC-DC电源101为12/24V电源，微控制器104的电压极限为5V，所以系统基础芯片103在将电能传输给微控制器104之前，先将12/24V电源降压为5V电源，再给微控制器104传输电能。智能开关105作为唯一连接负载端106的装置，在接收电源管理模块102传输的电能后，一部分电能用于自身供电，一部分电能给负载端106供电。负载端106一般包括车身控制模块、被驱动模块以及其他模块。电源分配控制系统给车身控制模块常供电，保证车身控制模块休眠后还能正常通信。被驱动模块是车上所有的用电设备，电源分配控制系统保证了车上用电设备的正常运行。除此之外，智能开关105还检测负载端106状态信息，通过串行通信接口将负载端106状态信息告知微控制器104，由微控制器104来监控负载端106是否出现故障，在负载端106出现故障时，微控制器104生成对应的控制指令，并通过串行通信接口将控制指令发送至智能开关105，由智能开关105执行该控制指令，及时处理负载端106故障问题。

具体的，在一个实施例中，所述电源管理模块102包括监控子模块和通信子模块，其中：所述采集子模块，用于采集所述蓄电池或DC-DC电源101的电源状态信息；所述电源状态信息包括所述蓄电池的输出电压、输出电流、剩余电量以及电池健康度或DC-DC电源的输出电压和输出电流；所述通信子模块，用于通过第三串行通信接口将所述电源状态信息发送至所述微控制器104。

示例性的，电源管理模块102的采集子模块为S0C电路、SOH电路、电流检测电路以及电压检测电路的集成电路，由SOC电路检测蓄电池的剩余电路，由SOH电路检测蓄电池的健康度，由电流检测电路来检测蓄电池的输出电流，由电压检测电路来检测蓄电池的输出电压。通过电源管理模块102来取代蓄电池IBS功能，从而反应蓄电池的电池容量，健康度，剩余电量，输出电流以及输出电压，实时监测蓄电池的工作状态，以延长蓄电池的使用寿命。电源管理模块102还通过串行通信接口将电源状态信息发送至微控制器104，由微控制器104发送至主控制器，主控制器可以将这些参数呈现给用户，便于用户实时查看车身蓄电池的运行状态。

具体的，在一个实施例中，所述系统基础芯片103包括主状态机和功能安全状态机，所述主状态机和所述功能安全状态机并行运行，所述主状态机的寄存器和所述功能安全状态机的寄存器相互独立，其中：所述主状态机，用于配置所述微控制器104和所述智能开关105的电源电压；所述功能安全状态机，用于通过看门狗监控所述系统基础芯片103状态信息。

示例性的，系统基础芯片103的主状态机接收电源管理模块102传输的电能，将一部分电能供给自身和功能安全状态机以及其他的设备使用，将一部分电能转化为5V电能供给微控制器104和智能开关105使用，除此之外，系统基础芯片103利用功能安全状态机的独立安全监控功能，通过看门狗对输出的所有电压进行过压和欠压监控，实现单点失效安全机制覆盖。由于主状态机和功能安全状态机是并行运行的，且寄存器也相互独立，在主状态机运行时，功能安全状态机也能正常运行，通过设置两种功能的运行机组，同时实现了电压配置功能和自身安全监控功能。

具体的，在一个实施例中，所述主状态机包括启动子模块，所述启动子模块，用于在所述系统基础芯片103上电后，通过获取所述微控制器104发送的启动指令，响应所述启动指令并进入正常工作模式。

示例性的，在系统基础芯片103正常上电之后，主状态机进入了INIT模式，此时，微控制器104通过连接系统基础芯片103的串行通信接口，将启动指令写入主状态机的启动寄存器，主状态机读取启动寄存器中的启动指令，进入了正常的电源管理模式。

具体的，在一个实施例中，所述功能安全状态机包括自检子模块，所述自检子模块，用于对所述系统基础芯片103进行上电的逻辑自检和模拟自检。

示例性的，在系统基础芯片103正常上电后，功能安全状态机进入了自检模式，同时进行逻辑内部自检和模拟内部自检，模拟部分的功能和逻辑部分的功能一致后，进入正常工作模式。通过内部自检，检测内部模拟部分是否正常，在模拟部分不出错的情况下，不会影响系统基础芯片103的安全运行。

具体的，在一个实施例中，所述系统基础芯片103还包括采集模块和第一通信模块，其中：所述采集模块，用于采集系统基础芯片103状态信息，所述系统基础芯片103状态信息包括所述系统基础芯片103的输出电压和内部自检信息；所述第一通信模块，用于通过第四串行通信接口将所述系统基础芯片103状态信息发送至所述微控制器104。

示例性的，系统基础芯片103的输出电压和内部自检信息都是反映系统基础芯片103运行状态的状态信息，系统基础芯片103通过连接微控制器104的串行通信接口将系统基础芯片103状态信息发送至微控制器104，由微控制器104发送至主控制器，主控制器可以将这些参数呈现给用户，便于用户实时查看系统基础芯片103的运行状态。

具体的，在一个实施例中，所述负载端106状态信息包括负载电流、负载电压、负载通路信息、负载过载信息和智能开关105温度，所述智能开关105包括电流检测模块、电压检测模块、通路检测模块、过载检测模块、温度检测模块和第二通信模块，其中：所述电流检测模块，用于检测所述负载端106的电流值，从而获取所述负载电流；所述电压检测模块，用于检测所述负载端106的电压值，从而获取所述负载电压；所述通路检测模块，用于检测所述负载端106处于开路状态、短路状态还是正常状态，从而获取所述负载通路信息；所述过载检测模块，用于检测所述负载端106处于正常状态还是过载状态，从而获取所述负载过载信息；所述温度检测模块，用于检测所述智能开关105的温度值，从而获取所述智能开关105温度；所述第二通信模块，用于通过所述第二串行通信接口将所述负载端106状态信息发送至所述微控制器104。

示例性的，参考图2，图2是本申请实施例一中的智能开关105连接负载端106的结构示意图。图2中智能开关105的位置为传统配电盒中继电器和保险丝的位置。本实施例通过将智能开关105替代继电器和保险丝，在智能开关105过温时，直接关断智能开关的输出。智能开关105可以检测汽车电源给负载端106供电时的输出电压，检测汽车电源电压处于过压还是欠压状态。智能开关105可以检测负载通路情况，检测负载是处于和电源短路还是开路的状态。智能开关105可以检测负载过载情况。智能开关105可以检测汽车电源给负载供电时的输出电流。智能开关105可以检测负载端106状态信息，在负载端106出现异常时，可以快速对负载的过温、过流、电源反接、过压、欠压以及过载等进入保护状态。

示例性的，参考图3，图3是本申请实施例一中的智能开关105内部的结构示意图。系统基础芯片103提供的电源从VDD接口接入，给串行通信接口模块、处理器模块供电，VDD电源电压为5V。电源管理模块102提供的电源从VPWR接口接入，智能开关将从VPWR接入的电源给外部的负载端106供电，在输入电压太高时，过压保护模块关断输出，避免负载损坏。输出电流复刻模块用于输出电流监控，通过检测CSNS上的电路，按照1/5400或1/40000的比例来反应高边输出电流的情况，从而检测输出电流的大小。负载开路检测模块用于检测负载端106的通路信息。通过过温检测模块，检测智能开关105的温度。通过过流检测模块，检测输出电流是否为过流极限值。通过开关延迟模块和压摆率门极驱动器，调整智能开关105的响应速率。通过看门狗模块，检测智能开关105运行状态。串行通信接口用于读取处理器模块的寄存器中的数据，以及写入控制指令。比如，输出电流、通路信息、智能开关105的温度以及其他状态信息都会由对应的检测模块传输至相应的寄存器，串行通信接口直接读取寄存器中的数据，并将这些数据写入微处理器的数据寄存器中。比如，通过串行通信接口将输出镜像电流的比率、过流的极限值、过流故障消隐时间、看门狗时间以及压摆率等控制参数写入处理器的控制寄存器中，处理器相应的改变这些模块内部的参数。

具体的，在一个实施例中，所述智能开关105为微型电子器件集成芯片。

示例性的，参考图4，图4是本申请实施例一中的智能开关105外部的结构示意图。智能开关105采用高集成的芯片，通过芯片内部的电子器件以及电路的搭配，实现检测负载端106状态信息的功能。智能开关105的外围器件如图4所示，相比于传统配电盒的机械式开关包括熔断型保险丝以及大量为外围器件，智能开关105只有少数的电阻和电容器件，产品占用体积小，有利于优化整车结构。且智能开关105采用半导体电子器件，相比于传统的机械式继电器，响应速度更快，及时上报负载端106故障信息。

示例性的，参考图5，图6，图7和图8，图5是本申请实施例一中的智能开关105外观俯视图；图6是本申请实施例一中的智能开关105外观侧视图；图7是本申请实施例一中的智能开关105外观正视图；图8是图7中A处的局部放大图。智能开关105芯片为的长度为12mm，宽度为12mm以及厚度为2.1±0.1mm，智能开关105芯片整体体积较小，其外观尺寸仅是同等功率/电流继电器+保险丝一半的体积，有利于优化整车的结构。

具体的，在一个实施例中，所述控制指令包括电流控制指令、电压控制指令、通路控制指令、过载控制指令和温度控制指令，所述微控制器104包括第三通信模块、电流控制模块、电压控制模块、通路控制模块、过载控制模块和温度控制模块，其中：所述第三通信模块，用于通过所述第一串行通信接口接收所述智能开关105的通信模块发送的负载端106状态信息，以及通过所述第一串行通信接口将所述控制指令发送至所述智能开关105；所述电流控制模块，用于根据所述负载电流，生成电流控制指令；所述电压控制模块，用于根据所述负载电压，生成电压控制指令；所述通路控制模块，用于根据所述负载通路信息，生成通路控制指令；所述过载控制模块，用于根据所述负载过载信息，生成过载控制指令；所述温度控制模块，用于根据所述智能开关105温度，生成温度控制指令。

示例性的，微控制器104通过连接智能开关105的串行通信接口，接收智能开关105发送的负载端106状态信息，监控负载端106状态信息中是否包含故障信息，若存在故障信息，则找到对应的故障设备，根据所述故障信息和故障设备，生成控制指令，通过串行通信接口将控制指令发送至智能开关105，使得智能开关105根据控制指令处理该故障设备的故障问题。通过设置智能开关105，实时检测负载端106状态信息，并通过SPI与微控制器104通信，将负载端106状态信息发送至微控制器104，由微控制器104实时监控负载端106信息，在负载端106出现异常时，微控制器104及时进行反馈控制，智能开关105快速响应控制指令，及时保护负载端106设备，提高了整车的可靠性和安全性。

具体的，在一个实施例中，所述微控制器104还包括获取模块和第四通信模块，其中：所述获取模块，用于获取所述系统基础芯片103状态信息，所述电源状态信息以及所述负载状态信息；所述第四通信模块，用于通过第五串行通信接口将所述系统基础芯片103状态信息，所述电源状态信息以及所述负载状态信息发送至主控制器。

示例性的，所述微控制器104会接收到系统基础芯片103状态信息、电源状态信息以及负载状态信息，微控制器104通过CAN/LIN通信将电源分配控制系统所有的状态信息发送至主控住器，主控制器可以将这些参数呈现给用户，便于用户实时查看车身蓄电池的运行状态。

综上，通过所述电源管理模块102将所述蓄电池或DC-DC电源101传输的电能给所述系统基础芯片103和所述智能开关105供电；所述系统基础芯片103将所述电源管理模块102传输的电能转化为所述微控制器104和所述智能开关105可用电压给其供电；所述微控制器104通过第一串行通信接口获取所述智能开关105发送的负载端106状态信息，并根据负载端106状态信息，生成对应的控制指令，并通过所述第一串行通信接口将所述控制指令发送至所述智能开关105；所述智能开关105将所述电源管理模块102传输的电能给所述负载端106供电，以及采集所述负载端106状态信息，并通过第二串行通信接口将所述负载端106状态信息发送至所述微控制器104，以及通过所述第二串行通信接口接收所述微控制器104发送的控制指令，并执行所述控制指令。采用上述技术手段，可以通过电源管理模块102给系统基础芯片103供电以及通过智能开关105给负载端106供电，系统基础芯片103给微控制器104和智能开关105供电，实现了由电源分配控制系统分配供电。通过设置智能开关105，实时检测负载端106状态信息，并通过SPI与微控制器104通信，将负载端106状态信息发送至微控制器104，由微控制器104实时监控负载端106信息，在负载端106出现异常时，微控制器104及时进行反馈控制，智能开关105快速响应控制指令，及时保护负载端106设备，提高了整车的可靠性和安全性，通过电源管理模块102，系统基础芯片103，微控制器104以及智能开关105之间的相互配合实现对负载端106、系统基础芯片103以及蓄电池的安全监控，电源分配控制系统的功能安全等级达到了ASIL B要求的汽车级，安全故障诊断覆盖率高，使得整车电源系统符合功能安全需求。

上述仅为本申请的较佳实施例及所运用的技术原理。本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行的各种明显变化、重新调整及替代均不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由权利要求的范围决定。