CN109104081A - 一种车载直流转换系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车载直流转换系统及其控制方法，通过电压检测单元、电压转换单元智能识别及转换动力电池组与车载辅助设备之间的电压，提高了车载直流转换系统的适用性，通过控制模块、温度检测单元、风冷散热模块和水冷散热模块的合理利用，实现了在减小车载直流转换系统体积的情况下也能够快速散热，提高了车载直流转换系统的散热性能，并节约了功耗。

Description

一种车载直流转换系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种车载直流转换系统及其控制方法。

背景技术

车载直流变换器是将新能源电动汽车中动力电池组200～300V的直流电压转换为12V或24V的器件，一方面为车载铅酸电池进行充电，另一方面为动力转向系统、空调等辅助设备提供电源。车载直流变换器具有转换压降大、功率耗散高、发热量大的特点，因此，良好的散热性能对提高电动汽车的行驶安全十分关键。因此，整个车载直流变换系统的散热设计至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车载直流转换系统及其控制方法，提高了现有的车载直流变换器的散热性能和适用性能。

为了达到上述目的，本发明提供了一种车载直流转换系统，用于将一动力电池组的第一直流电压转换为适用于车载辅助设备的第二直流电压，包括控制模块、风冷散热模块、水冷散热模块；

所述控制模块包括电压检测单元、电压转换单元及温度检测单元，所述电压检测单元用于检测所述第一直流电压及所述第二直流电压的电压值，并控制所述电压转换单元将所述第一直流电压转换为第二直流电压；所述温度检测单元获取所述控制模块的温度值，且当所述温度值在第一设定范围内时，所述控制模块控制所述风冷散热模块进行散热工作，当所述温度值在第二设定范围内时，所述控制模块控制所述水冷散热模块进行散热工作。

可选的，所述车载直流转换系统包括上箱体、下箱体及设置于所述上箱体和下箱体之间的中箱体，所述风冷散热模块、控制模块及水冷散热模块分别位于所述上箱体、中箱体及所述下箱体中。

可选的，所述风冷散热模块包括风冷电机及风冷散热片，所述风冷电机连接一旋转叶片，所述风冷散热片周向设置于所述风冷电机外，所述控制模块控制所述风冷电机开启以进行散热工作。

可选的，所述水冷散热模块包括水冷泵、水箱及水冷管道，所述控制模块控制所述水冷泵开启以使所述水箱中的冷却水进入所述水冷管道，所述水冷管道中的高温水进入所述水箱，且所述水冷管道从所述下箱体延伸至所述上箱体的风冷散热片上。

可选的，所述水箱包括第一水箱和第二水箱，所述第一水箱和所述第二水箱之间通过第一管道和第二管道连通，所述水冷管道的一端设置于所述第一管道上，另一端设置于所述第二管道上，所述第一管道在所述水冷管道与所述第一水箱的部分上设置有第一电磁阀A，所述第一管道在所述水冷管道与所述第二水箱的部分上设置有第二电磁阀A，所述第二管道在所述水冷管道与所述第一水箱的部分上设置有第二电磁阀B，所述第二管道在所述水冷管道与所述第二水箱的部分上设置有第一电磁阀B。

可选的，所述控制模块控制所述第一电磁阀A和所述第一电磁阀B开启，所述第二电磁阀A和所述第二电磁阀B关闭时，进入第一循环模式，所述水冷泵驱动所述第一水箱中的冷却水流入所述水冷管道，所述水冷管道中的高温水流入所述第二水箱；

所述控制模块控制所述第二电磁阀A和所述第二电磁阀B开启，所述第一电磁阀A和所述第一电磁阀B关闭时，进入第二循环模式，所述水冷泵驱动所述第二水箱中的冷却水流入所述水冷管道，所述水冷管道中的高温水流入所述第一水箱。

可选的，所述控制模块控制所述水冷散热模进入所述第一循环模式或所述第二循环模式一设定时间后，关闭所述水冷泵、第一电磁阀A、所述第一电磁阀B、第二电磁阀A及第二电磁阀B，结束所述第一循环模式或所述第二循环模式。

本发明还提供了一种车载直流转换系统的控制方法，包括：

电压检测单元检测动力电池组的第一直流电压及车载辅助设备的第二直流电压，并通过电压转换单元将所述第一直流电压转换为第二直流电压为所述车载辅助设备供电；

温度检测单元获取控制模块的温度值，当所述温度值在第一设定范围内时，所述控制模块控制所述风冷散热模块进行散热工作，当所述温度值在第二设定范围内时，所述控制模块控制所述水冷散热模块进行散热工作。

可选的，所述控制模块内具有一水冷循环标志位，当所述水冷循环标志位为1时，所述控制模块控制所述水冷散热模块进入第一循环模式；当所述水冷循环标志位为0时，所述控制模块控制所述水冷散热模块进入第二循环模式。

可选的，所述水冷散热模块连续进入所述第一循环模式或所述第二循环模式一设定次数后，所述水冷循环标志位翻转。

在本发明提供的车载直流转换系统及其控制方法中，通过电压检测单元、电压转换单元智能识别及转换动力电池组与车载辅助设备之间的电压，提高了车载直流转换系统的适用性，通过控制模块、温度检测单元、风冷散热模块和水冷散热模块的合理利用，实现了在减小车载直流转换系统体积的情况下也能够快速散热，提高了车载直流转换系统的散热性能，并节约了功耗。

附图说明

图1为本发明实施例提供的车载直流转换系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的车载直流转换系统的又一结构示意图；

图3为本发明实施例提供的控制模块的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的控制模块中电压检测部分的电路图；

图5为本发明实施例提供的控制模块中散热控制部分的电路图；

图6为本发明实施例提供的水冷散热模块的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的车载直流转换系统的控制流程图；

图8为本发明实施例提供的车载直流转换系统的散热控制流程图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

参阅图1-图3，其为本实施例提供的车载直流转换系统的结构示意图，如图1和图2所示，所述车载直流转换系统用于将一动力电池组的第一直流电压转换为适用于车载辅助设备的第二直流电压，包括控制模块1、风冷散热模块、水冷散热模块；所述控制模块1包括电压检测单元、电压转换单元及温度检测单元15，所述电压检测单元用于检测所述第一直流电压及所述第二直流电压的电压值，并控制所述电压转换单元12将所述第一直流电压转换为第二直流电压；所述温度检测单元15获取所述控制模块1的温度值，且当所述温度值在第一设定范围内时，所述控制模块1控制所述风冷散热模块进行散热工作，当所述温度值在第二设定范围内时，所述控制模块1控制所述水冷散热模块进行散热工作。

具体的，如图1所示，所述车载直流转换系统由上箱体41、中箱体42和下箱体43构成，所述中箱体42位于所述上箱体41和所述下箱体43之间，所述风冷散热模块、控制模块1及水冷散热模块分别位于所述上箱体41、中箱体42和下箱体43中。所述中箱体42外设置有电源输入接口51和电源输出接口52，所述电源输入接口51和电源输出接口52均连接至所述控制模块1上，所述电源输入接口51用于连接所述动力电池组，所述动力电池组通过所述电源输入接口51输入第一直流电压，所述电源输出接口52用于连接所述车载辅助设备，并输入所述第二直流电压为所述车载辅助设备供电。所述动力电池组提供的第一直流电压通常介于200V～300V，所述车载辅助设备需要的第二直流电压通常介于12V和/或24V。可选的，所述车载辅助设备包括车载铅酸电池、电子转向系统、辅助电源等其他辅助设备。

如图2所示，所述风冷散热模块包括风冷电机21和风冷散热片22，所述风冷电机21，所述风冷电机21的转子上连接一旋转叶片，所述风冷散热片22周向设置于所述风冷电机21外以围绕所述风冷电机21，当所述控制模块1控制所述风冷电机21开启时，所述风冷电机21驱动所述旋转叶片转动，将所述中箱体42中的热量散发至上箱体41中，再通过所述风冷散热片22将热量向外传递。可选的，所述上箱体41的外壳呈栅格状，以实现更好的散热效果。

所述水冷散热模块包括水冷泵31、水箱及水冷管道34，所述水箱中存放有冷却水，所述控制模块1控制所述水冷泵31开启，以使所述水箱中的冷却水进入所述水冷管道34，而所述水冷管道34中的高温水进入所述水箱中。可选的，所述水冷管道34从所述下箱体43向上延伸并穿过所述中箱体42到达所述上箱体41的风冷散热片22上，所述水冷管道34位于所述中箱体42中的部分吸收控制模块散发的热量，所述水冷管道34位于所述上箱体41中的部分通过所述风冷散热片22将所述热量散发出去。进一步，所述水冷管道34呈螺旋状设置于所述风冷散热片22内，以增大散热面积。

具体的，如图2所示，所述水箱包括第一水箱33和第二水箱32，所述第一水箱33和所述第二水箱32之间通过第一管道35和第二管道36连通，所述水冷管道34的一端设置于所述第一管道35上并与所述第一管道35连通，另一端设置于所述第二管道36上并与所述第二管道36连通。且所述第一管道35在所述水冷管道34与所述第一水箱33的部分上设置有第一电磁阀A371，所述第一管道35在所述水冷管道34与所述第二水箱32的部分上设置有第二电磁阀A373，所述第二管道36在所述水冷管道34与所述第一水箱33的部分上设置有第二电磁阀B374，所述第二管道36在所述水冷管道34与所述第二水箱32的部分上设置有第一电磁阀B372。这样一来，当所述控制模块1控制所述第一电磁阀A371和所述第一电磁阀B372开启，所述第二电磁阀A373和所述第二电磁阀B374关闭时，所述水冷散热模块进入第一循环模式，所述水冷泵31驱动所述第一水箱33中的冷却水流入所述水冷管道34，所述水冷管道34中的高温水流入所述第二水箱32；或者，所述控制模块1控制所述第二电磁阀A373和所述第二电磁阀B374开启，所述第一电磁阀A371和所述第一电磁阀B372关闭时，所述水冷散热模块进入第二循环模式，所述水冷泵31驱动所述第二水箱32中的冷却水流入所述水冷管道34，所述水冷管道34中的高温水流入所述第一水箱33。

进一步，如图3-图5所示，所述控制模块1是以基于STM32F407VET6芯片的微处理器11为核心，在经过通信转换单元16获取行车电脑启动信号后，通过电压检测单元A13获取车载铅酸电池的第二直流电压，通过电压检测单元B14获取动力电池组的第一直流电压，实现电压转换大小的检测和识别。通过电压转换单元12将动力电池组的高电压转换为车载铅酸电池或其他设备适用电压。通过温度检测单元获取控制模块的温度值。通过电机驱动模块A19、风冷电机21和风冷散热片22进行风冷散热。通过电机驱动模块19’、水冷泵31将第一水箱33、第二水箱32中的冷却水与水冷管道34中的高温水进行交换。通过电磁阀驱动模块18驱动所述第一电磁阀A371、所述第一电磁阀B373、所述第二电磁阀A372和所述第二电磁阀B374，控制，所述第一水箱33和所述第二水箱32中的冷却水的循环方向。

进一步，所述微处理器11、复位电路17、电压转换单元12、电流检测单元A13’，电压检测单元A13、电流检测单元B14’、电压检测单元B14、温度检测单元15、通信转换单元16、电机驱动单元A19、电机驱动单元B19’构成所述控制模块1。所述复位电路17以U3芯片为核心，通过第2引脚与微处理器11第14引脚连接，异常状态下产生低电平信号，控制微处理器11执行复位。电压转换单元12以U2芯片为核心，通过第2引脚与微处理器11第63引脚连接，第2引脚经电阻R10和R11分别与微处理器11第64引脚、第65引脚连接，第3引脚与微处理器11第66引脚连接，第3引脚经电阻R12和R13分别与微处理器11第78引脚、第79引脚连接，第4引脚经电阻R14、R15分别与微处理器11第80引脚、第7引脚连接，第4引脚与微处理器11第39引脚连接，第5引脚直接与微处理器11第40引脚连接，第9引脚经电感L3与电源输出接口52第1引脚连接，第6引脚经电流检测单元A13’的U5芯片与电源输出接口52第2引脚连接。电流检测单元B14’以U7芯片为核心，第5引脚与电源输入接口51第1引脚连接，第4引脚与电压检测单元B14及电压转换单元12中U2芯片第5引脚连接，电流检测单元B14’的U7芯片的第3引脚输出微小电压信号，通过放大芯片U8二级放大后，经第1引脚传递至微处理器11第86引脚。电压检测单元B14由电阻R30、电阻R31和电容C20组成，电阻R31分别与电流检测单元B14’中U7芯片第4引脚和微处理器11第88引脚连接。电流检测单元A13’以U5芯片为核心，第4引脚与电源输出接口52第2引脚连接，第5引脚与电压检测单元A13及电压转换单元12中U2芯片第6引脚连接，U5芯片第3引脚输出微小电压信号，通过放大芯片U6二级放大后，经第1引脚传递至微处理器11第42引脚。电压检测单元A13由电阻R22、电阻R23和电容C18组成，电阻R22分别与电流检测单元A13’中U5芯片第4引脚和微处理器11第43引脚连接。

进一步，如图5所示，所述温度检测单元15包括温度获取电路151和温度传感器152，温度获取电路151以放大芯片U2为核心，第2引脚与温度传感器152输出引脚连接，第6引脚与微处理器11第25引脚连接。电磁阀驱动单元18以达林顿驱动芯片U3为核心，微处理器11第30引脚、第31引脚、第32引脚和第67引脚分别与U3芯片的第7引脚、第5引脚、第3引脚、第1引脚连接，驱动4个电磁阀的导通或截止，第一电磁阀A371控制引脚与U3芯片第12引脚连接，第二电磁阀B374控制引脚与U3芯片第14引脚连接，第二电磁阀A373控制引脚与U3芯片第16引脚连接，第一电磁阀B372控制引脚与U3第18引脚连接。电机驱动单元A19以光耦芯片U4为核心，U4芯片第1引脚经电阻R14与微处理器11第51引脚连接，驱动N沟道MOS管Q1的漏极引脚和源极引脚导通或截止，进而驱动风冷电机21的旋转和停止。电机驱动单元B19’以光耦芯片U5为核心，U5芯片第1引脚经电阻R15与微处理器11第52引脚连接，驱动N沟道MOS管Q2的漏极引脚和源极引脚导通或截止，进而驱动直流水冷泵31旋转和停止。

基于此，本实施例还提供了一种车载直流转换系统的控制方法，包括：

S1：电压检测单元检测动力电池组的第一直流电压及车载辅助设备的第二直流电压，并通过电压转换单元将所述第一直流电压转换为第二直流电压为所述车载辅助设备供电；

S2：温度检测单元获取控制模块的温度值，当所述温度值在第一设定范围内时，所述控制模块控制所述风冷散热模块进行散热工作，当所述温度值在第二设定范围内时，所述控制模块控制所述水冷散热模块进行散热工作。

具体的，如图7-图8所示，所述微处理器11执行通信初始化，判断是否接收到启动信号，未收到启动信号则进入待机模式，接到启动信号后，通过电压检测单元A13检测车载铅酸电池的第二直流电压，通过电压检测模块B14检测动力电池组的第一直流电压。根据检测到的第一直流电压和第二直流电压的电压值，控制电压转换单元12，将动力电池组的第一直流电压转换成第二直流电压，为铅酸电池等其他设备供电。

接下来，微处理器11采集温度检测单元15检测到的温度值，判断控制模块1的温度是否正常，若温度正常，则微处理器11将采集的电压值、电流值、温度值数据等，通过通信转换模块单元16上传至行车电脑，并关闭风冷散热模块和水冷散热模块(4个电磁阀均关闭)。若温度不正常，则微处理器A进入散热控制流程。

进一步，微处理器11判断温度值是否在第一设定范围(A～B)内，若温度值在第一设定范围内，则微处理器11驱动风冷电机21启动，执行风冷散热，若否，则判断温度值是否在第二设定范围(C～D)内，若温度值在第二设定范围内，则微处理器11从内部Flash读取水冷循环标志位，并判断是否为1，当所述水冷循环标志位为1时，所述微处理器11控制所述水冷散热模块进入第一循环模式(第一电磁阀A371、第一电磁阀B372开启；第二电磁阀A373和第二电磁阀B374关闭)，微处理器11内部定时器定时一设定时间(例如是5s)开启，水冷泵31旋转，冷却水由第一水箱33输送至水冷管道34，水冷管34中的高温水输送至第二水箱32，微处理器11内部定时器定时5s结束时，1次水冷散热循环完成。当所述水冷循环标志位为0时，所述微处理器11控制所述水冷散热模块进入第二循环模式(第二电磁阀A373和第二电磁阀B374开启，第一电磁阀A371、第一电磁阀B372关闭)，冷却水由第二水箱32输送至水冷管道34，水冷管道34中的高温水输送至第一水箱32，微处理器11内部定时器定时5s结束时，1次水冷散热循环完成。可选的，所述水冷散热模块连续进入所述第一循环模式或所述第二循环模式一设定次数后，所述水冷循环标志位翻转，例如，当水冷散热模块完成3次第一循环模式时，水冷循环标志位翻转置0，当水冷散热模块完成3次第二循环模式时，水冷循环标志位翻转置1。

综上，在本发明实施例提供的车载直流转换系统及其控制方法中，通过电压检测单元、电压转换单元智能识别及转换动力电池组与车载辅助设备之间的电压，提高了车载直流转换系统的适用性，通过控制模块、温度检测单元、风冷散热模块和水冷散热模块的合理利用，实现了在减小车载直流转换系统体积的情况下也能够快速散热，提高了车载直流转换系统的散热性能，并节约了功耗。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车载直流转换系统，用于将一动力电池组的第一直流电压转换为适用于车载辅助设备的第二直流电压，其特征在于，包括控制模块、风冷散热模块、水冷散热模块；

所述控制模块包括电压检测单元、电压转换单元及温度检测单元，所述电压检测单元用于检测所述第一直流电压及所述第二直流电压的电压值，并控制所述电压转换单元将所述第一直流电压转换为第二直流电压；所述温度检测单元获取所述控制模块的温度值，且当所述温度值在第一设定范围内时，所述控制模块控制所述风冷散热模块进行散热工作，当所述温度值在第二设定范围内时，所述控制模块控制所述水冷散热模块进行散热工作。

2.如权利要求1所述的车载直流转换系统，其特征在于，所述车载直流转换系统包括上箱体、下箱体及设置于所述上箱体和下箱体之间的中箱体，所述风冷散热模块、控制模块及水冷散热模块分别位于所述上箱体、中箱体及所述下箱体中。

3.如权利要求2所述的车载直流转换系统，其特征在于，所述风冷散热模块包括风冷电机及风冷散热片，所述风冷电机连接一旋转叶片，所述风冷散热片周向设置于所述风冷电机外，所述控制模块控制所述风冷电机开启以进行散热工作。

4.如权利要求3所述的车载直流转换系统，其特征在于，所述水冷散热模块包括水冷泵、水箱及水冷管道，所述控制模块控制所述水冷泵开启以使所述水箱中的冷却水进入所述水冷管道，所述水冷管道中的高温水进入所述水箱，且所述水冷管道从所述下箱体延伸至所述上箱体的风冷散热片上。

5.如权利要求4所述的车载直流转换系统，其特征在于，所述水箱包括第一水箱和第二水箱，所述第一水箱和所述第二水箱之间通过第一管道和第二管道连通，所述水冷管道的一端设置于所述第一管道上，另一端设置于所述第二管道上，所述第一管道在所述水冷管道与所述第一水箱的部分上设置有第一电磁阀A，所述第一管道在所述水冷管道与所述第二水箱的部分上设置有第二电磁阀A，所述第二管道在所述水冷管道与所述第一水箱的部分上设置有第二电磁阀B，所述第二管道在所述水冷管道与所述第二水箱的部分上设置有第一电磁阀B。

6.如权利要求5所述的车载直流转换系统，其特征在于，所述控制模块控制所述第一电磁阀A和所述第一电磁阀B开启，所述第二电磁阀A和所述第二电磁阀B关闭时，进入第一循环模式，所述水冷泵驱动所述第一水箱中的冷却水流入所述水冷管道，所述水冷管道中的高温水流入所述第二水箱；

所述控制模块控制所述第二电磁阀A和所述第二电磁阀B开启，所述第一电磁阀A和所述第一电磁阀B关闭时，进入第二循环模式，所述水冷泵驱动所述第二水箱中的冷却水流入所述水冷管道，所述水冷管道中的高温水流入所述第一水箱。

7.如权利要求6所述的车载直流转换系统，其特征在于，所述控制模块控制所述水冷散热模进入所述第一循环模式或所述第二循环模式一设定时间后，关闭所述水冷泵、第一电磁阀A、所述第一电磁阀B、第二电磁阀A及第二电磁阀B，结束所述第一循环模式或所述第二循环模式。

8.一种如权利要求1-7中任一项所述的车载直流转换系统的控制方法，其特征在于，包括：

电压检测单元检测动力电池组的第一直流电压及车载辅助设备的第二直流电压，并通过电压转换单元将所述第一直流电压转换为第二直流电压为所述车载辅助设备供电；

温度检测单元获取控制模块的温度值，当所述温度值在第一设定范围内时，所述控制模块控制所述风冷散热模块进行散热工作，当所述温度值在第二设定范围内时，所述控制模块控制所述水冷散热模块进行散热工作。

9.如权利要求8所述的车载直流转换系统的控制方法，其特征在于，所述控制模块内具有一水冷循环标志位，当所述水冷循环标志位为1时，所述控制模块控制所述水冷散热模块进入第一循环模式；当所述水冷循环标志位为0时，所述控制模块控制所述水冷散热模块进入第二循环模式。

10.如权利要求9所述的车载直流转换系统的控制方法，其特征在于，所述水冷散热模块连续进入所述第一循环模式或所述第二循环模式一设定次数后，所述水冷循环标志位翻转。