CN103419599A - 用于控制位于车厢内的高压加热器的远程高压开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于控制位于车厢内的高压加热器的远程高压开关。具体地，提供了一种用于在检测到碰撞事件时电隔离机动车辆内的加热器的电子电路。该电路包括：高压对流加热器，其安装在所述电动车辆的乘客舱内；控制器，其安装在所述电动车辆的发动机罩下的舱内；电池；以及碰撞传感器，其在检测到碰撞事件时，将碰撞信号施加给所述控制器。所述控制器配置成：响应于所述碰撞信号，选择性地将所述加热器与所述电池电隔离。所述车辆还包括新鲜空气蓄气室，所述控制器安装在其上。

Description

用于控制位于车厢内的高压加热器的远程高压开关

技术领域

本申请的技术领域主要涉及用在机动车辆中的高压装置，更具体的是涉及高压装置的控制器。

背景技术

乘用车越来越多地采用电动马达来代替内燃发动机。例如，车辆可包括联接到逆变器的交流(AC)马达。该逆变器把从电源(例如，电池)接收到的直流电(DC)转换为可以被电动马达使用的交流电。与内燃发动机相比，电动马达不会产生显著的热量；因此现在的电动车辆装有辅助加热装置，例如高压电对流式加热器，以便产生乘客舱的热量，用于风挡玻璃的清洁和乘客的舒适。

然而，将辅助加热器用在发动机罩下面具有一些缺陷。例如，在寒冷的环境里，对来自发动机罩下的车辆新鲜空气蓄气室的(冷)空气进行加热在热力学上是效率低下的；也就是说，加热器产生的一些热能经过对流、传导和整体流动而损失在寒冷的发动机罩下环境中。这些能量损失消耗了车辆的电池组，并且表示了无法用于车辆推进的电力。

碰撞会带来车厢内部结构的不可控且不可预料的移动和变形。为了防止碰撞带来乘客舱内出现不期望的导电路径，现今已知的车辆设计不把加热器或高压母线放在车厢内。

因此，需要提供一种用于车内高压加热器的热力学上有效的布置，其能减少在碰撞事件中在车厢内出现不期望的高压电路径的风险。此外，本发明的其它期望特征和特性在结合附图和前述技术领域及背景技术的情况下，通过下述详细说明和所附权利要求将变得明显。

发明内容

根据一个实施例，提供了一种电子电路，用于电隔离电动车辆内的加热器。该电路包括安装在车辆乘客舱内的高压对流加热器、安装在车辆发动机罩下的舱中的控制器、电池和配置成在检测到碰撞事件时将碰撞信号施加给控制器的碰撞传感器。该控制器配置成：响应于碰撞信号选择性地将加热器与电池电隔离。车辆还包括新鲜空气蓄气室，控制器安装在该新鲜空气蓄气室上。

根据另一个实施例，提供了一种在检测到碰撞事件时立即终止给布置在机动车辆车厢内的对流加热器提供高压电力的方法。该方法包括：通过连接电缆将加热器连接到布置在发动机罩下的舱中的高压母线，其中车厢和发动机罩下的舱通过具有开口的前围隔板隔开，连接电缆穿过该开口延伸。

在又一个实施例中，提供了一种方法，用于在位于发动机罩下的舱中的散热器后面放置高压风扇，将控制开关串联地连接在高压母线和高压风扇之间，以及在碰撞事件中将风扇与高压母线电隔离。

本发明还提供了以下方案：

1、一种车厢加热器系统，用于具有由隔板隔开的乘客车厢和发动机罩下的舱的这类型的机动车辆中，所述车厢加热器系统包括：

高压加热器，所述高压加热器设置在所述乘客车厢中；

车辆电池，所述车辆电池配置成通过高压母线给所述高压加热器提供电力；以及

开关，所述开关设置在所述发动机罩下的舱中；

其中，所述开关配置成选择性地将所述高压加热器与所述电池和所述高压母线隔离。

2、如方案1所述的车厢加热器系统，进一步包括至少一个连接到所述高压母线的附加高压装置，其中，所述开关配置成选择性地将所述加热器与所述车辆电池、所述高压母线和所述附加高压装置隔离。

3、如方案2所述的车厢加热器系统，其中，所述高压加热器是对流加热器。

4、如方案2所述的车厢加热器系统，其中，所述附加高压装置包括如下中的一种：冷却剂加热器、变速器功率逆变器、以及制冷压缩机。

5、如方案2所述的车厢加热器系统，其中，所述高压加热器包括加热器功率连接器，并且所述开关串联地连接在所述加热器功率连接器和所述高压母线之间。

6、如方案5所述的车厢加热器系统，其中，所述高压母线包括正母线接线端和负母线接线端，所述加热器功率连接器包括：经由所述开关连接到所述正母线接线端的正加热器接线端；以及，经由所述开关连接到所述负母线接线端的负加热器接线端。

7、如方案5所述的车厢加热器系统，进一步包括碰撞传感器模块，所述碰撞传感器模块在检测到碰撞事件时输出碰撞信号，并且其中，所述开关配置成响应于所述碰撞信号将所述加热器与所述高压母线电隔离。

8、如方案7所述的车厢加热器系统，其中，所述开关包括绝缘栅双极型晶体管IGBT。

9、如方案8所述的车厢加热器系统，进一步包括隔离接触器，所述隔离接触器串联地设置在所述车辆电池和所述高压母线之间。

10、如方案9所述的车厢加热器系统，其中，所述隔离接触器包括IGBT，并且其中进一步地，所述隔离接触器配置成在从所述碰撞传感器模块接收到所述碰撞信号时，将所述车辆电池与所述高压母线电隔离。

11、如方案7所述的车厢加热器系统，其中所述机动车辆是如下各项中的至少一种：电动车辆EV；插电式混合动力电动车辆PHEV；增程式电动车辆EREV；以及装有内燃发动机的车辆。

12、如方案11所述的车厢加热器系统，其中，所述机动车辆进一步包括安全气囊，并且所述安全气囊响应于检测到所述碰撞事件而展开。

13、如方案12所述的车厢加热器系统，其中，所述碰撞传感器模块包括加速度计。

14、如方案1所述的车厢加热器系统，其中，所述机动车辆进一步包括新鲜空气蓄气室，并且所述开关附接到所述新鲜空气蓄气室。

15、如方案2所述的车厢加热器系统，其中，所述隔板包括开口，并且所述系统进一步包括导电线管，所述导电线管延伸穿过所述开口，并且连接所述开关和所述加热器。

16、一种用于电隔离电动车辆内的加热器的电子电路，包括：

高压对流加热器，所述高压对流加热器安装在所述电动车辆的乘客舱内；

控制器，所述控制器安装在所述电动车辆的发动机罩下的舱内；

电池；以及

碰撞传感器，所述碰撞传感器配置成：在检测到碰撞事件时，将碰撞信号施加到所述控制器；

其中，所述控制器配置成：响应于所述碰撞信号，选择性地将所述加热器与所述电池电隔离。

17、如方案16所述的电路，其中，所述车辆包括新鲜空气蓄气室，所述控制器安装于所述新鲜空气蓄气室上。

18、如方案16所述的电路，进一步包括在所述发动机罩下的舱中的高压母线以及串联地连接在所述电池和所述高压母线之间的接触器开关，其中，所述控制器串联地连接在所述高压母线和所述加热器之间。

19、一种用于在检测到碰撞事件时立即终止给设置于机动车辆车厢内的对流加热器提供高压电力的方法，包括：

通过连接电缆将所述对流加热器连接到设置于所述机动车辆的发动机罩下的舱中的高压母线，其中所述车厢和所述发动机罩下的舱通过具有开口的前围隔板隔开，所述连接电缆延伸穿过所述开口；

将控制开关串联地插入在所述对流加热器和所述高压母线之间；

在检测到所述碰撞事件时，将信号从碰撞探测器发送给所述控制开关；以及

在由所述控制器接收到所述信号时，将所述对流加热器与所述高压母线电隔离。

20、如方案19所述的方法，其中，所述控制器包括正极IGBT和负极IGBT，并且其中，电隔离包括断开这些IGBT。

21、如方案20所述的方法，进一步包括在碰撞事件中选择性地将高压冷却风扇与所述高压母线电隔离。

22、如方案21所述的方法，其中，所述控制器包括正极IGBT和负极IGBT，并且其中，电隔离包括断开所述正极IGBT和所述负极IGBT。

23、如方案22所述的方法，其中，所述控制器通过如下的至少一种进行冷却：

将所述控制器安装到所述发动机罩下的舱中的新鲜空气蓄气室；

将所述控制器安装在发动机罩下面或车身下面的空气流动的路径中；以及

将所述控制器安装到作为热沉来起作用的车辆结构。

附图说明

接下来将结合下述附图来描述本发明，其中相同的附图标记指代相同的元件，以及：

图1是适于使用本发明的示例性实施例的车辆的示意图；

图2是根据本发明的车厢加热器系统和远程高压控制器的示例性实施例的示意图；

图3是示出了根据本发明的电池组、高压母线、碰撞探测器、车厢加热器和高压控制器的示意性线路图；

图4是描述了用于终止给图2和图3中示出的车厢加热器提供高压电力的步骤的流程图；

图5是根据现有技术的高压散热器风扇系统的示意图；以及

图6是根据本发明的高压散热器风扇系统和高压控制器的示例性实施例的示意图。

具体实施方式

下述详细描述本质上仅是示例性的，且并不旨在限制本发明的主题或其使用。此外，本发明也不旨在受到前述技术领域、背景技术、发明内容或下面的详细描述中的任何明示或暗含的理论的限制。

在本文中，相关术语，例如第一和第二以及类似的，仅用于将一个实体或动作与其它实体或动作区分开，而并不是必然需要或暗示这些实体或动作之间的任何实际的这样的关系或顺序。数值顺序，例如“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是表示多个当中不同的单个，并不暗示任何次序或顺序，除非通过权利要求的语言进行了具体的限定。

此外，下述的描述涉及“连接”或“联接”在一起的部件或特征。如这里所用的，“连接”可指的是一个部件/特征直接地与另一个部件/特征接合(或直接相连)，并且不必机械地接合或连通。类似的，“联接”可指的是一个部件/特征直接地或间接地与另一个部件/特征接合(或者直接地或间接地连通)，并且不必机械地接合或连通。然而，应当理解的是，在下文中，尽管两个部件在一个实施例中可以被描述为被“连接”，但是在替代的实施例中类似的部件可以被“联接”，并且反之亦然。由此，尽管这里示出的示意图描绘了部件的实例性布置，但是在实际的实施例中可以存在另外的居间元件、装置、特征或部件。

最后，为了简明起见，与车辆的电气和机械零部件有关的常规技术和部件，以及系统其它功能方面(以及该系统的单独操作部件)在这里将不会进行详细的描述。此外，本文所包含的各图中示出的连接线旨在用于表示各元件之间的示例性功能关系和/或物理联接。应注意到，本发明的实施例中可具有许多可替换的或附加的功能关系或物理连接。还应理解的是，图1-6仅是示例性地，可以不按比例绘制。

图1是适于与本发明的示例性实施例一起使用的车辆100的实施例的简化示意图。尽管本发明的车厢加热器系统是在电动车辆的背景中被描述，但是本文所描述的技术和理论也可以用在混合动力车辆中或其它类型车辆中。车辆100可以是许多不同类型车辆中的任何一种，例如，作为示例而言，轿车、货车、卡车或运动型多用途车(SUV)，并且可以是两轮驱动的(2WD)、四轮驱动的(4WD)或全轮驱动的(AWD)。

车辆100还可以具有许多不同类型发动机中的任何一种或者它们的组合，例如，作为示例，除电动马达以外，还包括汽油或柴油提供燃料的燃烧发动机、灵活燃料车辆(FFV)发动机(即，使用汽油和乙醇的混合物)、气态化合物(例如，氢气和/或天然气)提供燃料的发动机。

电动车辆和混合动力电动车辆通常采用高压电源，例如电池组或燃料电池，其传递直流(DC)来驱动车辆的马达、电牵引系统(ETS)以及其它车辆系统。高压应用中使用的功率开关，例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块和功率二极管，会产生相当的热量。由于许多电子部件的性能特性会受到高温的影响，功率开关通常包括冷却系统进行散热。这样的冷却系统通常包括具有相当大的热质量的热沉，并且可被联接到车辆的新鲜空气蓄气室(the flesh air plenum)，如下面将会更详细地描述的那样。

电动车辆的例示实施例100包括但不限制于：插电充电端口102，其联接到能量存储系统104；控制模块，其联接到发电机，所述发电机用于给包括电池104的能量存储系统充电；以及高压母线106，其用于给各种装置和部件提供高压电力，如接下来结合图2和图3进行的描述那样。汽车电气分配系统典型地包括：用于给低压装置(例如，灯泡、指示灯，以及类似的装置)提供低压电力的线束；以及用于给高压部件(例如，车厢加热器和冷却风扇)提供高压电力的高压母线。车辆动力系(未示出)包括电动马达和变速器，用于驱动车轮120以推进车辆100。

继续参见图1，车辆100包括乘客舱132和发动机罩下的舱130，它们由其上安装了挡风玻璃134的隔板(或隔壁)112分隔。高压装置，例如作为示例，车厢加热器108，布置在车厢132中。电池104通过高压母线106给加热器108提供电力。远程控制器110串联地连接在电池104和加热器108之间，并且更具体地，串联在高压母线106和加热器108之间。线管111，例如一根电线或多根电线，穿过在控制器106和加热器108之间的隔板112中的开口113。

图2是根据本发明的用于选择性地电隔离布置在车辆乘客车厢中的高压部件的系统200的示例性实施例的示意图。在示出的实施例中，高压部件是对流加热器，但是在本发明的教导下，任何部件都可以被选择性地电隔离。

系统200包括乘客车厢206(车辆内部)和发动机罩下的舱204，它们被仪表板和/或隔板202隔开。系统200还包括电池或电池组260、高压母线272和接触器模块270，该接触器模块具有一对接触器开关254和256。在一个实施例中，开关254和256是IGBT；替代地，这些开关也可以是机械接触器。高压母线272给各种装置和部件提供高压电力，例如，作为示例，辅助动力模块(APM)242、空调压缩机模块(ACCM)246、变速器功率逆变器模块(TPIM)248，等等。

在碰撞事件中，一个或多个碰撞传感器(图2中未示出；参见图3)，例如加速度计，通常导致一个或多个安全气囊的展开，并断开开关254和256，从而终止到高压母线272的电力，并且由此终止了到高压装置242-248的电力。然而，与这些装置相关联的电容会导致延迟，该延迟的量级长达5秒或更多。基于这个原因，高压装置以及实际上高压母线优选安装在发动机罩的下面，与乘客舱内相对。

继续参见图2，系统200还包括挡风玻璃208，其安装在隔板/仪表板202上。活门滤网(leaf screen)212布置在车辆的外部，紧邻挡风玻璃的底部，新鲜的空气通过该活门滤网流到HVAC(加热通风和空调)进口210中，并且经过车辆新鲜空气蓄气室203。车厢加热器234(例如对流加热器)布置于车厢206内。正极电源线(导线)214和负极电源线216直接从高压母线272或通过联接到母线的装置(例如APM 242)给加热器234提供高压电力。各导线214和216可便利地穿过在隔板202中形成的开口230。

为了最小化在碰撞事件中将乘客暴露给高压电势的风险，具有相应的开关220和222的控制器218被串联地连接在高压母线272和加热器234之间。当检测到碰撞时，控制器218例如通过断开开关220和222来终止到加热器234的电力，从而将正极和负极电线214和216与母线272电隔离。如上所述，接触器254和256配置成在检测到碰撞事件时将电池260与母线272隔离。然而，由于这些部件的高电容，所以可能需要花费长达5秒或更多时间来耗尽来自母线272和与其相关联的各种装置的高压电势。

因此，通过在母线272的“下游”和加热器的“上游”加入附加的远程控制器218，使得在紧随碰撞事件之后，加热器234可立即与当前正在衰减的、与母线272以及其相关部件相关联的高压电势隔离。这样，与加热器234相关联的高压电势能够几乎瞬时耗尽，例如，在响应于碰撞事件或气囊展开后的50-500毫秒(ms)的量级上。这使得加热器234能够安全地布置在车厢206中，并且与把加热器234布置在发动机罩下的寒冷空气环境中相比，这增加了该布置的热力学效率。

现在参见图3，电子电路的示意图示出了用于高压系统300的示例性线路构造，所述高压系统300包括根据本发明的高压加热器306和远程高压控制器318。图3中示出的布局示出了将加热器306布置在乘客车厢舱302中，通过隔断312(例如隔板)与发动机罩下的舱304隔开。加热器306包括正极接线端308和负极接线端310。第一和第二导线350和352经由高压母线330从电池组340将电力提供给加热器306。电池组340包括电池346和第一开关320。母线330还可将高压电力提供给各种附加高压装置332、334和336，例如，作为示例的APM 242、ACCM 246、TPIM 248和类似的装置。

第一开关320包括相应的接触器321，并且串联地连接在电池346和母线330之间。第二开关(控制器)318包括相应的开关、接触器或IGBT 319，并且串联地连接在加热器306和高压母线330之间。碰撞传感器316配置成：在检测到碰撞事件时，将碰撞信号317发送给远程控制器318。在接收到碰撞信号317时，控制器318立即将加热器306与高压母线330电隔离。此外，传感器316还可配置成将碰撞信号发送给开关320，以便在碰撞期间将电池346与高压母线330隔离。

现在参见图4，该流程图示出了一种用于在检测到碰撞事件时终止给布置在机动车辆车厢内的对流加热器提供高压电力的方法400。出于示例的目的，下述对图4的方法的描述可参照图1-3中的上述元件来进行。但应当认识到的是，图4的方法可包括任何数量的附加或替代性任务，并且该方法还可以并入到更加综合的程序或过程中，所述更加综合的程序或过程具有在本文中没有详细描述的另外的功能。此外，图4中示出的一个或多个任务可以采用图中所示情况以外的不同顺序来执行，只要预期的整体功能保持完整便可。

方法400包括通过连接电缆将加热器连接到设置于车辆发动机罩下的舱中的高压母线(任务402)，其中车厢和发动机罩下的舱通过具有开口的隔板隔开，连接电缆延伸穿过该开口。方法400包括将控制开关串联地插入、构造、放置或安装在加热器和高压母线之间(任务404)，以及在检测到碰撞事件时将信号从碰撞探测器发送给控制器(任务406)。

方法400还包括启动控制器328(图3)(任务408)，并在控制器接收到碰撞信号时，将加热器与高压母线电隔离(任务410)。

因此，高压加热器放置在车辆的乘客车厢中，并且远程高压控制器放置在隔断的另一侧，从而保护乘客在碰撞事件中不会接触高压母线。本发明的远程控制器可包括一个或多个IGBT，并可以安装到发动机罩下的新鲜空气蓄气室，所述新鲜空气蓄气室提供了热沉，或者该远程控制器可以被对流地冷却(例如，通过车辆发动机罩下或车身下的空气流)，或者该远程控制器可被传导地冷却(例如，通过安装到车辆结构或安装到任何其它车辆子系统)。这样的布置(布局)通过将加热器与发动机罩下面环境的寒冷空气隔离从而提高了热力学效率，并有利于在气囊展开时立即将加热器与高压母线电隔离。

现在参见图5，通过本发明实施的一种替代性应用包括在碰撞事件中选择性地将高压风扇与高压母线电隔离。如现有技术中知晓的那样，冷却系统500可用在机动车辆中，该机动车辆可包括需要冷却的内燃发动机或其它类型的发动机。更具体地，高压冷却风扇504布置在散热器组件502后面。

高压风扇504通过高压母线512由电池506供电。一对开关508、510配置成在检测到碰撞事件时终止给高压母线供电。然而，如上所述，由于与高压母线512相关联的延迟时间，所以风扇504在碰撞后的毫秒量级或甚至秒量级的时间内可保持处于高压状态，导致了乘客被电击的潜在危险。

现在参见图6，根据本发明的改善的冷却风扇系统600包括高压风扇612，其设置在发动机罩下的舱内并且在散热器组件614的后面。电池602通过高压母线604给风扇612供电。相应的开关606和608串联在电池602和母线604之间，并配置成在检测到碰撞事件时将母线604与电池602电隔离。

继续参见图6，控制器610串联地连接在母线604和风扇612之间。控制器610可包括IGBT或任何其它结构，用以在检测到碰撞事件时将风扇612与高压母线604电隔离。本发明的远程控制器601可包括一个或多个IGBT，并可安装至发动机罩下面的新鲜空气蓄气室，所述新鲜空气蓄气室提供了热沉，或者远程控制器610可以被便利地冷却(例如，通过车辆发动机罩下面或车身下面的空气流)，或者远程控制器610可被传导地冷却(例如，通过安装到车辆结构或安装到任何其它车辆子系统)。

尽管在上述发明内容和具体实施方式部分中展示了至少一个示例性实施例，但应当认识到的是存在许多种变形。还应当认识到的是，一个示例性实施例或多个示例性实施例仅用于示例，并不旨在以任何方式限制本发明的范围、应用性或构造。相反，上述发明内容和具体实施方式为本领域技术人员提供了用于实现所述一个示例性实施方式或多个示例性实施方式的便利的路线图。应当理解的是，在不脱离由所附权利要求及其法律等同物阐述的本发明的范围的情况下，可以对部件的功能和布置进行各种改变。

Claims (10)

1.一种车厢加热器系统，用于具有由隔板隔开的乘客车厢和发动机罩下的舱的这类型的机动车辆中，所述车厢加热器系统包括：

高压加热器，所述高压加热器设置在所述乘客车厢中；

车辆电池，所述车辆电池配置成通过高压母线给所述高压加热器提供电力；以及

开关，所述开关设置在所述发动机罩下的舱中；

其中，所述开关配置成选择性地将所述高压加热器与所述电池和所述高压母线隔离。

2.如权利要求1所述的车厢加热器系统，进一步包括至少一个连接到所述高压母线的附加高压装置，其中，所述开关配置成选择性地将所述加热器与所述车辆电池、所述高压母线和所述附加高压装置隔离。

3.如权利要求2所述的车厢加热器系统，其中，所述高压加热器是对流加热器。

4.如权利要求2所述的车厢加热器系统，其中，所述附加高压装置包括如下中的一种：冷却剂加热器、变速器功率逆变器、以及制冷压缩机。

5.如权利要求2所述的车厢加热器系统，其中，所述高压加热器包括加热器功率连接器，并且所述开关串联地连接在所述加热器功率连接器和所述高压母线之间。

6.如权利要求5所述的车厢加热器系统，其中，所述高压母线包括正母线接线端和负母线接线端，所述加热器功率连接器包括：经由所述开关连接到所述正母线接线端的正加热器接线端；以及，经由所述开关连接到所述负母线接线端的负加热器接线端。

7.如权利要求5所述的车厢加热器系统，进一步包括碰撞传感器模块，所述碰撞传感器模块在检测到碰撞事件时输出碰撞信号，并且其中，所述开关配置成响应于所述碰撞信号将所述加热器与所述高压母线电隔离。

8.如权利要求7所述的车厢加热器系统，其中，所述开关包括绝缘栅双极型晶体管IGBT。

9.一种用于电隔离电动车辆内的加热器的电子电路，包括：

高压对流加热器，所述高压对流加热器安装在所述电动车辆的乘客舱内；

控制器，所述控制器安装在所述电动车辆的发动机罩下的舱内；

电池；以及

碰撞传感器，所述碰撞传感器配置成：在检测到碰撞事件时，将碰撞信号施加到所述控制器；

其中，所述控制器配置成：响应于所述碰撞信号，选择性地将所述加热器与所述电池电隔离。

10.一种用于在检测到碰撞事件时立即终止给设置于机动车辆车厢内的对流加热器提供高压电力的方法，包括：

通过连接电缆将所述对流加热器连接到设置于所述机动车辆的发动机罩下的舱中的高压母线，其中所述车厢和所述发动机罩下的舱通过具有开口的前围隔板隔开，所述连接电缆延伸穿过所述开口；

将控制开关串联地插入在所述对流加热器和所述高压母线之间；

在检测到所述碰撞事件时，将信号从碰撞探测器发送给所述控制开关；以及

在由所述控制器接收到所述信号时，将所述对流加热器与所述高压母线电隔离。

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