CN110920391A - 车载高压配电箱及电动汽车 - Google Patents

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薛伟光
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徐勇
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Abstract

本申请提出一种车载高压配电箱，属于车辆技术领域。其中，所述车载高压配电箱包括：电压变换组件、控制组件及检测组件；电压变换组件的输入端与电源的输出端连接，电压变换组件的输出端与用电负载的供电端及检测组件的输入端连接；检测组件的输出端与控制组件的第一输入端连接；控制组件的第二输入端与车载控制器连接，所述控制组件的输出端与所述电压变换组件的控制端连接，用于根据从车载控制器获取的控制指令、或根据检测组件的检测结果，对所述电压变换组件的工作状态进行控制。由此，本申请提出的车载高压配电箱，不仅提高了高压配电箱的智能化程度，而且可以与车辆进行深层交互，提高了车辆的安全性和可靠性。

Description

车载高压配电箱及电动汽车
技术领域
本申请涉及车辆技术领域，尤其涉及一种车载高压配电箱及电动汽车。
背景技术
当今我国经济快速发展，各种新型交通工具的发展也如火如荼。近年来，随着能源的紧缺，电动汽车越来越普及。电动汽车以车载电池为动力源，需要通过高压配电箱将电池输出端的直流电源分配给电动汽车上的各用电设备。
相关技术中，高压配电箱作为整车电源的分配枢纽，承担着非常重要的分类、保护与控制作用。现有高压配电箱由高压接触器、熔断器和铜排等元件构成，通过控制接触器的吸合来实现各路负载的供电。这种高压配电箱虽然构成简单，但是智能化程度低，可靠性差。
发明内容
本申请提出的车载高压配电箱，用于解决相关技术中，通过控制接触器的吸合来实现各路负载的供电的高压配电箱，智能化程度低，可靠性差的问题。
本申请一方面实施例提出的车载高压配电箱，包括：电压变换组件、控制组件及检测组件；所述电压变换组件的输入端与电源的输出端连接，所述电压变换组件的输出端与用电负载的供电端及所述检测组件的输入端连接；所述检测组件的输出端与所述控制组件的第一输入端连接；所述控制组件的第二输入端与车载控制器连接，所述控制组件的输出端与所述电压变换组件的控制端连接，用于根据从所述车载控制器获取的控制指令、或根据所述检测组件的检测结果，对所述电压变换组件的工作状态进行控制。
可选地，在第一方面实施例的一种可能的实现形式中，所述电压变换组件包括：N个电压变换支路，其中，N为大于1的正整数；
所述N个电压变换支路的输入端分别与所述电源的输出端连接，所述N个电压变换支路的输出端，分别与N个用电负载的供电端连接。
可选地，在第一方面实施例的另一种可能的实现形式中，所述检测组件包括分别与所述N个电压变换支路的输出端连接的N个检测支路；
所述控制组件，还用于根据每个检测支路的输出，确定与每个电压变换支路连接的每个用电负载的工作状态，并将每个用电负载的工作状态反馈给所述车载控制器。
可选地，在第一方面实施例的再一种可能的实现形式中，所述高压配电箱，还包括：用于检测所述电压变换组件温度的温度检测组件。
可选地，在第一方面实施例的又一种可能的实现形式中，所述电压变换组件，用于将所述电源输出电压进行升压处理或降压处理。
可选地，在第一方面实施例的另一种可能的实现形式中，所述高压配电箱，还包括：与所述电压变换组件的输出端并联连接的第一容性组件。
可选地，在第一方面实施例的再一种可能的实现形式中，所述高压配电箱，还包括：串接在所述电压变换组件的输入端及所述电源的输出端间的输入熔断器。
可选地，在第一方面实施例的又一种可能的实现形式中，所述高压配电箱，还包括：与所述电压变换组件的输入端并联连接的、用于抑制所述电压变换组件输入端电压波动的第二容性组件。
可选地，在第一方面实施例的另一种可能的实现形式中，所述高压配电箱，还包括：用于容纳所述电压变换组件、控制组件及检测组件的箱体；
所述箱体的两个相邻侧面或两个相对侧面上分别设置有与所述电压变换组件的输入端连接的第一接口，及与所述电压变换组件的输出端连接的第二接口。
可选地，在第一方面实施例的再一种可能的实现形式中，所述高压配电箱，还包括：沿所述箱体、且与所述电压变换组件贴合设置的冷却系统。
本申请实施例提供的车载高压配电箱，可以通过电压变换组件将电源输出分配给各用电负载，并通过检测组件检测各用电负载的工作状态，进而控制组件可以根据从车载控制器获取的控制指令或检测组件的检测结果，控制电压变换组件的工作状态，从而不仅提高了高压配电箱的智能化程度，而且可以与车辆进行深层交互，提高了车辆的安全性和可靠性。
本申请另一方面实施例提出的电动汽车，其包括如前所述的车载高压配电箱。
本申请实施例提供的电动汽车，可以利用如前所述的车载高压配电箱，通过电压变换组件将电源输出分配给各用电负载，并通过检测组件检测各用电负载的工作状态，进而控制组件可以根据从车载控制器获取的控制指令或检测组件的检测结果，控制电压变换组件的工作状态，从而不仅提高了高压配电箱的智能化程度，而且可以与车辆进行深层交互，提高了车辆的安全性和可靠性。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例所提供的一种车载高压配电箱的结构示意图；
图2为本申请实施例所提供的另一种车载高压配电箱的结构示意图；
图3为本申请实施例所提供的车载高压配电箱的截面图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的要素。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
本申请实施例针对现有高压配电箱由高压接触器、熔断器和铜排等元件构成，通过控制接触器的吸合来实现各路负载的供电，虽然构成简单，但是智能化程度低，可靠性差的问题，提出一种车载高压配电箱。
本申请实施例提供的车载高压配电箱，可以通过电压变换组件将电源输出分配给各用电负载，并通过检测组件检测各用电负载的工作状态，进而控制组件可以根据从车载控制器获取的控制指令或检测组件的检测结果，控制电压变换组件的工作状态，从而不仅提高了高压配电箱的智能化程度，而且可以与车辆进行深层交互，提高了车辆的安全性和可靠性。
下面参考附图对本申请提供的车载高压配电箱进行详细描述。
图1为本申请实施例所提供的一种车载高压配电箱的结构示意图。
如图1所示，该车载高压配电箱，包括：电压变换组件、控制组件及检测组件；
所述电压变换组件的输入端与电源的输出端连接，所述电压变换组件的输出端与用电负载的供电端及所述检测组件的输入端连接；
所述检测组件的输出端与所述控制组件的第一输入端连接；
所述控制组件的第二输入端与车载控制器连接，所述控制组件的输出端与所述电压变换组件的控制端连接，用于根据从所述车载控制器获取的控制指令、或根据所述检测组件的检测结果，对所述电压变换组件的工作状态进行控制。
其中，电压变换组件，可以对电源的输出电压进行调节，以使得电压变换组件的输出电压与用电负载的工作电压一致。
检测组件，可以对用电负载的工作状态进行检测，并将检测结果发送给控制组件。
控制组件，可以从车载控制器获取控制指令，并根据从车载控制器获取的控制指令或检测组件的检测结果，生成控制指令，并对电压变换组件的工作状态进行控制。
具体的，电源输出端与电压变换组件输入端之间可以通过高压连接器或高压端子等进行连接，形成可靠的连接点。在电压变换组件与电源输出端之间，还可以设置霍尔电流检测组件，用于检测母线总电流的大小，并将检测结果通过控制器区域网络(ControllerArea Network，简称CAN)或局域互联网络(Local Interconnect Network，简称LIN)等通信方式发送给控制组件，控制组件可以自行判断总电流是否超出预设的保护电流阈值，并生成相应的控制指令；或者，控制组件也可以将获取到的霍尔检测结果，发送给车载控制器，由车载控制器判断是否存在故障，并根据车载控制器返回的控制指令，对电压变换组件进行相应的控制。
需要说明的是，电源的输出电压可能与车辆中用电负载的工作电压不同，因此，需要通过电压变换组件对电源的输出电压调整至用电负载的工作电压，进而利用调整后的电压对用电负载进行供电，以使得用电负载达到稳定且最优的工作状态。用电负载的工作电压可以通过控制组件预设，电压变换组件进而根据控制组件发出的控制指令，对电源输出电压进行相应的调节。
在本申请实施例中，检测组件可以对用电负载进行电流检测和电压检测，并将检测结果发送给控制组件，控制组件可以根据获取到的检测结果，判断用电负载的工作状态，并生成相应的控制指令，对电压变换组件进行控制。比如，若控制组件确定用电负载当前的实际电压与其工作电压不符，则可以生成控制指令，控制电压变换组件对输出电压进行调节，以使得电压变换组件的输出电压与用电负载的工作电压相符。
在初始状态时，控制组件可以根据用电负载的电流检测结果，确定用电负载当前的工作状态是否正常，若控制组件确定用电负载当前的电流很大，或者没有电流，则可以推断用电负载异常短路或断路，并将故障信息通过CAN网络发送至车载控制器，由车载控制器进行故障等级判定，并根据故障等级生成控制指令，并返回控制组件，控制组件根据获取到的控制指令，对电压变换组件进行相应的控制，如执行断电保护或限速限功率处理模式。若无故障，则可以向电压控制组件发送调压控制指令，使得电压控制组件根据控制指令，将电源输出电压调整至用电负载的工作电压。
进一步的，与车载高压配电箱连接的用电负载可以有多个，各个用电负载需要的工作电压可能不同。即在本申请实施例一种可能的实现形式中，所述电压检测组件包括：N个电压变换支路，其中，N为大于1的正整数；
所述N个电压变换支路的输入端分别与所述电源的输出端连接，所述N个电压变换支路的输出端，分别与N个用电负载的供电端连接。
需要说明的是，电源的输出电压可能与车辆中各用电负载的工作电压不同，因此，需要通过电压变换组件对电源的输出电压调整至用电负载的工作电压，进而利用调整后的电压对应用电负载进行供电，以使得用电负载达到稳定且最优的工作状态。由于各用电负载的工作电压也可能是不同的，因此，需要根据个用电负载的实际工作电压，利用不同的电压变换支路对电源的输出电压进行调整，并为相应的用电负载供电。即可以根据用电负载的数量和种类，将电源提供的总电能通过多路并联的形式分成N个电压变换支路，比如，可以优先分为主驱动回路、辅助电控回路和充电回路等。
进一步的，用电负载的工作电压可能高于电源的输出电压，也可能低于电源的输出电压，因此，电压变换组件可以根据各用电负载的实际工作电压对电源的输出电压进行升压或降压处理。即在本申请实施例一种可能的实现形式中，所述电压变换组件，用于将所述电源输出电压进行升压处理或降压处理。
在本申请实施例中，电压变换组件的电压变换功能可以通过利用绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)构成升压或降压电路实现。比如，可以通过利用IGBT构成boost升压电路、buck电路、正激电路等降压电路，或buck-boost升降压电路。
需要说明的是，利用IGBT构成升压或降压电路之后，可以通过控制IGBT导通和截止的时长，控制电压变换组件的输出电压。在本申请实施例一种可能的实现形式中，可以通过脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)控制IGBT的导通和截止，并通过PWM信号的占空比，控制IGBT的导通时长，即PWM信号导通时，IGBT导通，PWM信号关断时，IGBT截止。其中，PWM信号的占空比是指PWM信号导通的时间与PWM信号周期的比值，假设PWM信号的周期为Ts，导通时间为Ton，关断时间为Toff，则周期Ts＝Ton+Toff，则占空比D＝Ton/Ts。
在本身实施例中，可以通过控制PWM信号的占空比，调整升压电路或降压电路的输出电压，即调整电压变换组件的输出电压。举例来说，假设输入电压为Vi，输出电压为Vo，PWM信号的占空比为D，0<D<1，那么在boost升压电路中，Vo＝Vi/(1-D)，在buck降压电路中，Vo＝Vi*D，在buck-boost升降压电路中，Vo＝(-Vi)*D/(1-D)。其中，当D>50％时，buck-boost电路为升压电路，当D<50％时，buck-boost电路为降压电路。
进一步的，若电压变换组件包括N个电压变换支路，则检测组件也包括N个检测支路。即在本申请实施例一种可能的实现形式中，所述检测组件包括分别与所述N个电压变换支路的输出端连接的N个检测支路；
所述控制组件，还用于根据每个检测支路的输出，确定与每个电压变换支路连接的每个用电负载的工作状态，并将每个用电负载的工作状态反馈给所述车载控制器。
在本申请实施例中，根据用电负载的数量和种类，将电源提供的总电能通过多路并联的形式分成N个电压变换支路后，每个电压变换支路的输出端还需要与一个检测支路相连接，以使得可以实时检测每个支路中的用电负载的实时工作状态，即用电负载的实时电压或电流，并将检测结果发送给控制组件，控制组件进而将每个用电负载所在支路的名称、工作状态等反馈给车载控制器，或者，在用电负载发生故障时，还可以将故障回路的名称、故障类型信息等发送给车载控制器，并根据车载控制器返回的控制指令对相应的电压变换支路进行控制。
本申请实施例提供的车载高压配电箱，可以通过电压变换组件将电源输出分配给各用电负载，并通过检测组件检测各用电负载的工作状态，进而控制组件可以根据从车载控制器获取的控制指令或检测组件的检测结果，控制电压变换组件的工作状态，从而不仅提高了高压配电箱的智能化程度，而且可以与车辆进行深层交互，提高了车辆的安全性和可靠性。
在本申请一种可能的实现形式中，还可以在配电箱的总输入端口设置熔断器和温度检测组件，以实现紧急保护作用；并且可以在电压输出端与电压变换组件之间，以及电压变换组件与用电负载之间设置容性组件，以隔离电磁干扰与传导振荡，并可以保护电源。
下面结合图2，对本申请实施例提供的车载高压配电箱进行进一步说明。
图2为本申请实施例所提供的另一种车载高压配电箱的结构示意图。
如图2所示，该车载高压配电箱，包括：箱体20、电压变换组件22、检测组件24、控制组件25、输入熔断器211、第一容性组件231、第二容性组件212；
所述电压变换组件22的输入端与电源的输出端连接，所述电压变换组件22的输出端与用电负载的供电端及所述检测组件24的输入端连接；
所述检测组件24的输出端与所述控制组件25的第一输入端连接；
所述控制组件25的第二输入端与车载控制器连接，所述控制组件25的输出端与所述电压变换组件22的控制端连接，用于根据从所述车载控制器获取的控制指令、或根据所述检测组件24的检测结果，对所述电压变换组件22的工作状态进行控制；
所述箱体20的两个相邻侧面或两个相对侧面上分别设置有与所述电压变换组件22的输入端连接的第一接口21，及与所述电压变换组件22的输出端连接的第二接口23；
所述第一容性组件231与所述电压变换组件的输出端并联连接；
所述输入熔断器211串接在所述电压变换组件22的输入端及所述电源的输出端之间；
所述第二容性组件212与所述电压变换组件22的输入端并联连接、用于抑制所述电压变换组件22输入端电压波动。
需要说明的是，第一接口(车载高压配电箱的输入接口)与第二接口(车载高压配电箱的输出接口)，分别设置在箱体的两个相邻侧面或两个相对侧面上，可以隔离电磁干扰；并且箱体的顶盖可以设计为可拆卸式，以便于配电箱的内部维修与检修。
其中，熔断器，是指当电流超过规定值一段时间后，以本身产生的热量使熔体熔断，断开电路的一种电流保护器。容性组件，可以是指电容器，一种可以容纳电荷的组件。
在本申请实施例，通过在电压变换组件与电源输出端之间串接输入熔断器，可以在电流超过预设的阈值时，即产生过流或短路时熔断，以实现紧急保护作用，避免对车载高压配电箱及用电负载造成损害。并联在电压变换组件输入端的第二容性组件，可以起到隔离电磁干扰与保护电源的作用。其中输入熔断器和第二容性组件的选型需要按照车载高压配电箱的额定最大工作电流进行匹配，二者之间通过铜排与螺栓进行连接。
第一容性组件并联在电压变换组件的输出端与用电负载的供电端之间，安装与电压变换组件输出与箱体输出接插件之间，用铜排和螺栓进行连接与固定。第一容性组件不仅可以解决各支路间存在的相关电磁干扰与传导振荡，隔离各支路之间的相互关联影响，还可以在需要通过电压变换组件实现升降压功能时，对电压变换组件的输出进行稳压和滤波。
进一步的，还可以在箱体中设置温度检测组件，以对配电箱中的易高温点进行实时监控，避免温度过高对车载高压配电箱及用电负载造成损害。即在本申请实施例一种可能的实现形式中，所述高压配电箱，还包括：用于检测所述电压变换组件温度的温度检测组件。
在本申请实施例中，可以在输入熔断器处、各电压变换支路中设置温度检测组件，以对配电箱内各处易高温点进行实时监控，提高了配电箱的使用安全性并延长了使用寿命。
需要说明的是，控制组件通过低压供电和信号交互端口26，与车载控制器实现连接，实现与整车的深层交互，智能化程度提高。另外，控制组件可以按照程序设定实现对电压变换组件的控制，并可以为电压变换组件提供异常保护机制。比如，当电压变换支路过温时，可限制支路的功率输出；当电压变换支路过流时，可切断支路的电源输入，保证电路安全；
进一步的，为使车载高压配电箱箱体内部的温度保持一定的平衡，可以在箱体内部设置水冷循环系统。即在本申请实施例一种可能的实现形式中，所述高压配电箱，还包括：沿所述箱体、且与所述电压变换组件贴合设置的冷却系统。
如图3所示，为本申请提出的车载高压配电箱的截面图，可以在箱体的一个侧面设置进水口，在箱体底座与电压变换组件之间布置水道，并在进水口所在侧面的相对侧面设置出水口，以保证水循环的高效进行，维持箱体内部的热平衡。
本申请实施例提供的车载高压配电箱，可以通过电压变换组件将电源输出分配给各用电负载，并在电源输出端与电压变换组件输入端之间串接熔断器，以及在电源输出端与电压变换组件输入端之间、电压变换组件输出端与用电负载供电端之间并联容性组件，之后可以通过检测组件和温度检测组件检测各用电负载的工作状态，进而控制组件可以根据从车载控制器获取的控制指令或检测组件的检测结果，控制电压变换组件的工作状态，从而不仅解决了各支路间、电源与配电箱之间存在的相关电磁干扰与传导振荡，降低了各支路之间的相互关联影响，保护了电源，而且对配电箱中的易高温点进行实时监控，进一步提高了配电箱的安全性，延长了使用寿命。
为了实现上述实施例，本申请还提出一种电动汽车。
其中，该电动汽车包括如前所述的车载高压配电箱。
本申请实施例提供的电动汽车，可以利用如前所述的车载高压配电箱，通过电压变换组件将电源输出分配给各用电负载，并通过检测组件检测各用电负载的工作状态，进而控制组件可以根据从车载控制器获取的控制指令或检测组件的检测结果，控制电压变换组件的工作状态，从而不仅提高了高压配电箱的智能化程度，而且可以与车辆进行深层交互，提高了车辆的安全性和可靠性。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里申请的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (11)

1.一种车载高压配电箱，其特征在于，包括：电压变换组件、控制组件及检测组件；
所述电压变换组件的输入端与电源的输出端连接，所述电压变换组件的输出端与用电负载的供电端及所述检测组件的输入端连接；
所述检测组件的输出端与所述控制组件的第一输入端连接；
所述控制组件的第二输入端与车载控制器连接，所述控制组件的输出端与所述电压变换组件的控制端连接，用于根据从所述车载控制器获取的控制指令、或根据所述检测组件的检测结果，对所述电压变换组件的工作状态进行控制。
2.如权利要求1所述的高压配电箱，其特征在于，所述电压变换组件包括：N个电压变换支路，其中，N为大于1的正整数；
所述N个电压变换支路的输入端分别与所述电源的输出端连接，所述N个电压变换支路的输出端，分别与N个用电负载的供电端连接。
3.如权利要求2所述的高压配电箱，其特征在于，所述检测组件包括分别与所述N个电压变换支路的输出端连接的N个检测支路；
所述控制组件，还用于根据每个检测支路的输出，确定与每个电压变换支路连接的每个用电负载的工作状态，并将每个用电负载的工作状态反馈给所述车载控制器。
4.如权利要求1所述的高压配电箱，其特征在于，还包括：用于检测所述电压变换组件温度的温度检测组件。
5.如权利要求1所述的高压配电箱，其特征在于，所述电压变换组件，用于将所述电源输出电压进行升压处理或降压处理。
6.如权利要求1-5任一所述的高压配电箱，其特征在于，还包括：与所述电压变换组件的输出端并联连接的第一容性组件。
7.如权利要求1-5任一所述的高压配电箱，其特征在于，还包括：串接在所述电压变换组件的输入端及所述电源的输出端间的输入熔断器。
8.如权利要求7所述的高压配电箱，其特征在于，还包括：与所述电压变换组件的输入端并联连接的、用于抑制所述电压变换组件输入端电压波动的第二容性组件。
9.如权利要求1-5任一所述的高压配电箱，其特征在于，还包括：用于容纳所述电压变换组件、控制组件及检测组件的箱体；
所述箱体的两个相邻侧面或两个相对侧面上分别设置有与所述电压变换组件的输入端连接的第一接口，及与所述电压变换组件的输出端连接的第二接口。
10.如权利要求9所述的高压配电箱，其特征在于，还包括：沿所述箱体、且与所述电压变换组件贴合设置的冷却系统。
11.一种电动汽车，其特征在于，包括：如权利要求1-10任一所述的车载高压配电箱。
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