CN107861444B - 集成电气系统 - Google Patents

Abstract

一种集成电气系统，包括电流分配模块和与所述电流分配模块连接的负载电路，所述电流分配模块包括点火信号接线端、与所述点火信号接线端连接的开关模块，以及与所述开关模块连接的电源模块和第一继电器，所述第一继电器与所述负载电路连接，所述开关模块包括一固定端、第一控制端、第二控制端，以及与所述固定端连接的一控制开关，所述第一控制端和所述第二控制端分别连接所述第一继电器和所述点火信号接线端，所述第一控制端和所述第二控制端中的任意一个与所述固定端相连接，另一个通过所述控制开关与所述固定端连接。本发明实施例中，形成一种通用型的集成电气系统，而且，还可根据各个车型的不同的供电类型，方便改变供电模式。

Description

集成电气系统

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别是涉及集成电气系统。

背景技术

近年来,随着科技的进步，人们生活水平的不断提高，汽车的使用频率和对汽车的功能要求也越来越高,为了满足使用需求,需加装更多的电气元件来实现用户需求,而这些电气元件的增加使得汽车电气系统越来越复杂,对汽车的配电系统布局和安装空间都有更高的要求。

现有的汽车配电系统一般没有集成电气系统，各电气元件十分零散的分布在汽车内。而且，现汽车电气系统一般通过点火开关来控制汽车的负载进行供电。其负载的供电模式单一，无法在不同车型间通用。由于不同车型对负载的供电模式的要求不同，用户需重新设计电气元件布局及安装位置。这样不利于制定布线和接线的工艺流程及规范，降低了供电系统的安全可靠性，同时给售后及检修带来很多不确定性。

发明内容

鉴于上述状况，有必要提供一种通用型的集成电气系统。

一种集成电气系统，包括电流分配模块和与所述电流分配模块连接的负载电路，所述电流分配模块包括点火信号接线端、与所述点火信号接线端连接的开关模块，以及与所述开关模块连接的电源模块和第一继电器，所述第一继电器与所述负载电路连接，所述开关模块包括一固定端、第一控制端、第二控制端，以及与所述固定端连接的一控制开关，所述第一控制端和所述第二控制端分别连接所述第一继电器和所述点火信号接线端，所述第一控制端和所述第二控制端中的任意一个与所述固定端相连接，另一个通过所述控制开关与所述固定端连接,所述第一继电器用于根据所述开关模块的连接状态控制所述电源模块与所述负载模块导通或断开连接。

本发明实施例中，将所有的电气元件集成设置，形成一种通用型的集成电气系统，其占用空间小且布线和接线规范、统一。提高了供电系统的安全可靠性，同时方便检修。而且，还可根据各个车型的不同的供电类型，改变开关模块的接线方式，即可实现不同的供电模式。

上述集成电气系统，其中，所述固定端与所述第一控制端相连接，当所述控制开关闭合时，所述第一继电器根据所述点火信号端输出的电信号控制所述电源模块与所述负载电路导通或断开连接。

上述集成电气系统，其中，所述固定端与所述第二控制端相连接，所述第一继电器根据所述控制开关的开关状态控制所述电源模块与所述负载电路导通或断开连接。

上述集成电气系统，其中，所述负载电路包括多个并联连接在所述第一继电器和所述电原模块之间的负载单元，每个所述负载单元包括第二继电器和与所述第二继电器连接的负载设备，所述集成电气系统还包括数据采集模块和与所述数据采集模块连接的系统自检模块，所述数据采集模块包括分别与多个所述负载单元连接的多个电压采集模块，所述电压采集模块用于采集所述第二继电器和所述第一继电器之间的第一电压信号以及采集所述第二继电器和所述负载设备之间的第二电压信号，并将采集的所述第一电压信号和所述第二电压信号发送至所述系统自检模块，所述系统自检模块用于根据所述第一电压信号和所述第二电压信号的值确定对应负载单元的故障。

以其中一个负载单元为例，确定故障具体如下：

当第一电压信号和第二电压信号等于预设电压时，则确定是负载设备故障；

当第一电压信号等于预设电压，第二电压信号小于预设电压时，则确定时第二继电器故障；

当第一电压信号和第二电压信号均小于预设电压时，确定负载设备的保险丝故障。

上述集成电气系统，其中，所述数据采集模块还包括第一电流采集模块和第二电流采集模块，所述第一采集模块连接在所述第一继电器和所述负载电路之间，用于检测流过所述开关模块的第一电流信号，所述第二电流采集模块连接在所述第一继电器和所述电源模块之间，用于采集与所述电源模块连接的常电的第二电流信号，所述系统自检模块根据所述第一电流信号、所述第二电流信号，以及各个所述电压采集模块采集的第一电压信号和第二电压信号计算所述电源模块的剩余用电量。

上述集成电气系统，还包括一通信模块，所述通信模块与所述系统自检模块连接，所述通信模块用于以无线通讯方式将所述系统自检模块接收的电压数据和电流数据发送至终端。

上述集成电气系统，其中，所述电源模块包括并联连接的辅助蓄电池和原车蓄电池，以及与所述原车蓄电池连接的双电池管理器，所述双电池管理器用于检测所述原车蓄电池的电压，当所述原车蓄电池的电压低于阈值且持续达预设时间时，所述双电池管理器控制所述原车蓄电池断开与所述负载电路的连接。

上述集成电气系统，还包括连接在所述双电池管理器和所述原车蓄电池之间的自锁开关。

附图说明

图1为本发明第一实施例中的集成电气系统的结构框图；

图2为本发明第二实施例中的集成电气系统的结构框图；

图3为本发明第二实施例中的集成电气系统的信号传输示意图；

图4为本发明第二实施例中的集成电气系统的电路结图；

图5为本发明第二实施例中的集成电气系统的接线示意图。

主要元件符号说明：

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供该实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，为本发明第一实施例中的集成电气系统，包括电流分配模块10和与电流分配模块10连接的负载电路20。该电流分配模块10用于对负载电路20的供电模式进行控制。

该电流分配模块10包括点火信号接线端U1、与点火信号接线端U1连接的开关模块K，以及与开关模块K连接的电源模块11和第一继电器J。其中，电源模块11用于对汽车的用电设备进行供电。点火信号接线端U1用于连接汽车的点火信号线，汽车点火信号线与汽车的点火开关连接。该第一继电器J是种电控制器件，是当输入量(激励量)的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器，其连接在电源的正极与负载电路连接，负载电路与电源的负极连接。该负载电路20例如为汽车上的灯、空调等用电设备的连接电路。

开关模块K包括一固定端、两个控制端和与固定端连接的控制开关。两个控制端分别为第一控制端和第二控制端，分别连接第一继电器J和点火信号接线端U1。固定端与任意一个控制端通过导线相连接，另一个控制端通过控制开关与固定端进行连接。

本实施例中的集成电气系统为通用型汽车的电气系统，只需要改变少量的线路，即可实现多种供电模式。

(1)第一种供电模式：由汽车的点火开关和开关模块联合控制电气系统的供电，具体的，将开关模块K的固定端与第一控制端通过导线连接，再将汽车点火信号线与连接与点火信号接线端连接；

当控制开关闭合时，点火信号接线端与第一继电器相连接，此时将汽车点火开关设置在ACC位置时，第一继电器闭合，电源模块与负载电路导通连接，电源模块为负载电路供电；

当控制开关闭合，且汽车点火开关不在ACC位置时，第一继电器断开，电源模块不给负载电路供电；

当控制开关断开时，不管点火开关在不在ACC位置，第一继电器均断开，电源模块不给负载电路供电；

采用这一供电模式控制电气系统的优点在于，用户需点火和闭合控制开关才能对负载电路进行供电，可有效避免用户误操作用电设备，可灵活控制电气系统的供电。

(2)第二种供电模式：由控制模块直接控制电气系统的供电，具体的，将固定端与第二控制端通过导线连接；

当控制开关处于闭合状态时，电源与第一继电器相连接，此时，第一继电器接收到一高电平信号，第一继电器闭合，电源模块与负载电路导通电路，电源模块为负载供电；

当控制开关处于断开状态时，电源与第一继电器断开连接，此时，第一继电器接收到一低电平信号，第一继电器断开，电源不给负载供电。

采用这一方式控制电气系统的电源的优点在于，用户通过开关模块就可以控制电气系统的电源，与点火开关状态无关。

可以理解的，在本发明的其他实施例中，也可以由汽车的点火开关直接控制电气系统的供电，具体的，将开关模块的接线端用导线相连接，即固定端分别与两个控制端通过导线连接，相当于开关模块一直处于闭合状态；再将点火接线端与汽车点火信号线向连接，该第一继电器完全通过汽车的点火开关进行控制闭合和断开；当汽车的点火开关处于ACC位置时，电源模块为负载供电，若不处于ACC位置，则电源模块不给负载供电。采用这一方式控制电气系统的电源的优点在于，用户锁车后即可断开车内的用电设备，可有效避免用户忘记关闭用电设备给整车造成蓄电池亏电。

本实施例将所有的电气元件集成设置，形成一种通用型的集成电气系统，其占用空间小且布线和接线规范、统一。提高了供电系统的安全可靠性，同时方便检修。而且，还可根据各个车型的不同的供电类型，改变开关模块的接线方式，即可实现不同的供电模式。

请参阅图2至图4，为本发明第二实施例中的集成电气系统，包括电流分配模块10、与电流分配模块10连接的负载电路20，以及数据采集模块30和与数据采集模块30连接的系统自检模块40。

该电流分配模块10包括点火信号接线端U1、与点火信号接线端U1连接的开关模块K，以及与开关模块K连接的电源模块11和第一继电器J。其中，点火信号接线端用于连接汽车的点火信号线，汽车的点火信号线与汽车的点火开关连接。开关模块K包括一固定端、两个控制端和与固定端连接的控制开关。两个控制端分别为第一控制端和第二控制端，分别连接第一继电器J和点火信号接线端U1。固定端与任意一个控制端通过导线相连接，另一个控制端通过控制开关与固定端进行连接。

本实施例中的集成电气系统为通用型汽车的电气系统，通过改变开关模块的固定端与控制端之间的连接，即可实现多种供电模式，其实现原理与第一实施例中的基本相同，此处不予赘述。

负载电路20包括多个并联连接在所述第一继电器J和电源模块11之间的8个负载单元。第一继电器J连接在电源模块11的正极，8个负载单元并连接在第一继电器J和电源模块11的负极之间。每个所述负载单元包括串联连接的第二继电器J1和负载设备21，该负载设备21例如为汽车的灯、空调等用电设备。当继电器闭合时，电源模块11与负载电路20形成回路，并为负载电路20供电。

需要说明的是，本实施例中的负载电路仅作为示例，在本发明的其他实施例例中，负载电路根据实际情况来设置负载单元的数量，此处不进行限定。

数据采集模块30包括分别与多个负载单元连接的多个电压采集模块31。每一个负载单元连接一电压采集模块31，该电压采集模块31用于采集第二继电器J1两端的电压，即采集第二继电器J1和第一继电器J之间的第一电压信号以及采集第二继电器J1和负载设备20之间的第二电压信号。电压采集模块31将采集的第一电压信号和第二电压信号发送至系统自检模块40。该系统自检模块40接收每个电压采集模块采集的第一电压信号和第二电压信号，并根据第一电压信号和所述第二电压信号的值确定对应负载单元的故障。

本实施例以第一路负载单元为例，来阐述用户进行故障排除的原理，第一负载单元的负载设备例如为照明灯，负载电压为12V，具体如下：

当电压采集模块采集的第一电压信号AD01和第二电压信号AD09的电压均为12V左右，则可确定是照明灯坏；

当电压采集模块采集的第一电压信号AD01的电压为12V左右，第二电压信号AD09的电压值为0V，则可确定是负载单元上的第二继电器坏；

当电压采集模块采集的第一电压信号AD01和第二电压信号AD09的电压均为0V，则可确定为当前照明灯的保险丝烧坏。

进一步的，该集成电气系统还包括通信模块50，该通信模块50与系统自检模块40连接。系统自检模块40将各个负载单元的故障信息发送至通信模块50，该通信模块50以无线或有线的通讯方式将该故障信息发送至终端，该终端可以是安装在汽车上的终端显示设备，也可以是用户使用手机、电脑等，当汽车上的负载故障时，用户可查看该故障信息，并进行维修。

该通信模块50可通过RS485接口与终端进行通信，可以实时监控电气系统的实时信息，用户通过终端发送指令查询实时的电气信息，若出现有负载发生故障时，可通过通信模块50连接计算机等设备直观、迅速得到各回路的电压数据，进而判断故障点。

本实施例中的改装车集成电气系统可实时检测继电器模块的电压，8路继电器的输入端电压(AD01-AD08)、输出端的电压(AD09-AD16)，共16路电压信号进入数据采集模块30，经过经过系统自检模块40处理，可直观的显示8路负载的电压及其工作状态。

如图5所示，本实施例中的电气系统集成在一个集成电路板中，在该电路板上设置多个接口以连接汽车设备。该改装车集成电气系统默认可接入8路直流负载，外加两路150A备用负载接入端口，在改装车需要使用交流设备时能灵活搭载继电器模块进行交流电气的扩展。该集成电气系统可通过RS485接口与外部通信，可实现对汽车电气系统的集成控制及全面监控，能实时了解汽车的电气系统运行情况。

进一步的，该数据采集模块30还包括第一电流采集模块32和第二电流采集模块33。第一电路采集模块32连接在第一继电器J和负载电路20之间，用于采集流过开关模块11的第一电流信号信号。第二电流采集模块33连接在第一继电器J和电源模块11之间，用于采集与电源模块连接的常电的第二电流信号信号。第一电流采集模块32和第二电路采集模块33将采集的第一电流信号和第二电流信号发送至系统自检模块40，系统自检模块40根据第一电流信号、第二电信号以及负载电路的各个第一电压信号和第二电压信号计算电气系统的总功率，并根据计算得到的总功率确定电源模块的剩余用电量或剩余使用时间。

本实施例中的集成电气系统可实时监测整车电气系统的电流，第一电流采集模块AD17采集的电流是经过开关模块的总电流，第二电流采集模块AD18的电流是所有直接与原车蓄电池和辅助蓄电池连接常电的总电流，AD17和AD18的电流信号经过系统自检模块40处理得到实时电气系统总电流，再结合采集到的电压信号，处理得到实时的电气系统总功率，以实现电源用电量的监控。

进一步的，电源模块11包括并联连接的辅助蓄电池111和原车蓄电池112，以及与原车蓄电池112连接的双电池管理器VCR。该原车蓄电池112存储的电量必须要保存车辆正常启动。该双电池管理器VCR用于监测原车蓄电池的电压，当原车蓄电池112的电压低于阈值且持续达预设时间时，双电池管理器VCR控制原车蓄电池112断开与负载电路20的连接。该阈值电压例如和设置为12.5v，预设时间例如为5s。

正常情况下，双电池管理器VCR控制优先使用辅助蓄电池111为负载电路供电，当辅助蓄电池111的电量用完时，再使用原车蓄电池112。当监测到原车蓄电池112的电压低于12.5v且持续5s时，则断开原车蓄电池112与负载电路20的连接，以确保能正常启动汽车。

可以理解的，当汽车发电机运行时，优先给原车蓄电池112进行充电，当原车蓄电池112的电压超过一定电压如13.5V时，双电池管理器VCR会为辅助蓄电池111提供充电通道。

进一步的，该集成电气系统还包括连接在双电池管理器VCR和原车蓄电池112之间的自锁开关K1。该自锁开关K1为手动控制的电源开关，其主要作用是，可将原车蓄电池与辅助蓄电池和加装的电路完全断开，对整车电气故障排除有极大的意义

本发明实施例中，汽车的电源模块的供电模式由点火开关ACC和开关模块灵活组合控制，能根据实际使用场景灵活控制。且通过双电池管理器对辅助蓄电池和原车蓄电池进行双电池隔离保护切换使用，实现辅助蓄电池和原车蓄电池的电能的高效使用。并通过RS485接口与外部通信，可实现对改装车电气系统的集成控制及全面监控，能实时了解汽车电气系统运行情况，在发生电气故障时能准确判断出是电气系统故障还是负载设备故障，为电气检修提供极大的方便。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种集成电气系统，其特征在于，包括电流分配模块和与所述电流分配模块连接的负载电路，所述电流分配模块包括点火信号接线端、与所述点火信号接线端连接的开关模块，以及与所述开关模块连接的电源模块和第一继电器，所述第一继电器与所述负载电路连接，所述开关模块包括一固定端、第一控制端、第二控制端，以及与所述固定端连接的一控制开关，所述第一控制端和所述第二控制端分别连接所述第一继电器和所述点火信号接线端，所述第一控制端和所述第二控制端中的任意一个与所述固定端相连接，另一个通过所述控制开关与所述固定端连接，所述第一继电器用于根据所述开关模块的连接状态控制所述电源模块与所述负载电路导通或断开连接；

所述固定端与所述第一控制端相连接，当所述控制开关闭合时，所述第一继电器根据所述点火信号端输出的电信号控制所述电源模块与所述负载电路导通或断开连接；

所述负载电路包括多个并联连接在所述第一继电器和所述电源模块之间的负载单元，每个所述负载单元包括第二继电器和与所述第二继电器连接的负载设备，所述集成电气系统还包括数据采集模块和与所述数据采集模块连接的系统自检模块，所述数据采集模块包括分别与多个所述负载单元连接的多个电压采集模块，所述电压采集模块用于采集所述第二继电器和所述第一继电器之间的第一电压信号以及采集所述第二继电器和所述负载设备之间的第二电压信号，并将采集的所述第一电压信号和所述第二电压信号发送至所述系统自检模块，所述系统自检模块用于根据所述第一电压信号和所述第二电压信号的值确定对应负载单元的故障。

2.如权利要求1所述的集成电气系统，其特征在于，所述固定端与所述第二控制端相连接，所述第一继电器根据所述控制开关的开关状态控制所述电源模块与所述负载电路导通或断开连接。

3.如权利要求1所述的集成电气系统，其特征在于，所述数据采集模块还包括第一电流采集模块和第二电流采集模块，所述第一电流采集模块连接在所述第一继电器和所述负载电路之间，用于检测流过所述开关模块的第一电流信号，所述第二电流采集模块连接在所述第一继电器和所述电源模块之间，用于采集与所述电源模块连接的常电的第二电流信号，所述系统自检模块根据所述第一电流信号、所述第二电流信号，以及各个所述电压采集模块采集的第一电压信号和第二电压信号计算所述电源模块的剩余用电量。

4.如权利要求3所述的集成电气系统，其特征在于，还包括一通信模块，所述通信模块与所述系统自检模块连接，所述通信模块用于以无线通讯方式将所述系统自检模块接收的电压数据和电流数据发送至终端。

5.如权利要求1所述的集成电气系统，其特征在于，所述电源模块包括并联连接的辅助蓄电池和原车蓄电池，以及与所述原车蓄电池连接的双电池管理器，所述双电池管理器用于检测所述原车蓄电池的电压，当所述原车蓄电池的电压低于阈值且持续达预设时间时，所述双电池管理器控制所述原车蓄电池断开与所述负载电路的连接。

6.如权利要求5所述的集成电气系统，其特征在于，还包括连接在所述双电池管理器和所述原车蓄电池之间的自锁开关。