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用于車輛的集成配電系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:11761641閱讀:220來源:國知局
用于車輛的集成配電系統(tǒng)的制作方法與工藝

本申請總體上涉及車輛配電箱或模塊,以及更具體地涉及具有可編程輸出電壓和可配置故障保護的集成配電系統(tǒng)。



背景技術:

現(xiàn)有車輛通常包括低壓配電系統(tǒng)用于為各種車輛部件和配件供電。例如,機動車輛應用可以包括12伏特(v)配電系統(tǒng)用于為車輛控制模塊(比如是動力傳動系統(tǒng)控制器、車身控制器、電池控制器等)以及車輛照明裝置、hvac(暖通空調)、車窗、車鏡、雨刷器、信息娛樂系統(tǒng)、導航系統(tǒng),以及無數(shù)的其他系統(tǒng)、馬達、執(zhí)行器、傳感器和模塊供電。對車輛配電系統(tǒng)不斷增加的需求正在接近現(xiàn)有12v系統(tǒng)的實際極限。結果,機動車輛行業(yè)已經邁向使用比如48v這樣的更高電壓水平。然而,某些車輛配件、部件或裝置可能與新的更高壓不兼容。因此,任何新的配電系統(tǒng)必須能夠適應更高電壓負載以及更低電壓負載。



技術實現(xiàn)要素:

本發(fā)明旨在通過提供用于車輛的集成配電系統(tǒng)來解決上面提到的以及其他問題,該集成配電系統(tǒng)可以編程為為多個電負載中的每一個供應合適的輸出電壓并且根據(jù)負載的規(guī)格為每個負載設置過電流極限和過電壓極限。

例如,一實施例包括包含具有標稱電壓的車輛電池的車輛配電系統(tǒng);多個電負載,每個負載與額定電壓相關聯(lián);以及連接至車輛電池并且包含分別連接至電負載的多個固態(tài)電路塊的集成電路,每個塊包括電路保護系統(tǒng)并且配置為供應與連接至塊的電負載相關聯(lián)的額定電壓。

另一示例實施例包括車輛配電模塊,該車輛配電模塊包含配置為從車輛電池接收第一電壓并且為多個電負載供應各自額定電壓的集成電路,該集成電路包含多個固態(tài)電路塊,并且每個電路塊包括電路保護系統(tǒng)并且連接至相應的一個電負載。

如將要領會的,本申請由所附權利要求限定。說明書總結實施例的各個方面并且不應該用于限制權利要求。如通過查閱下面的附圖和詳細描述將對本領域普通技術人員顯而易見的是,根據(jù)在此公開的技術預期其他實施方式,并且這樣的實施方式旨在在本申請的范圍內。

附圖說明

為了更好地理解本發(fā)明,可以參考在下面的附圖中顯示的實施例。附圖中的部件不一定按比例繪制并且相關元件可以被省略、或在某些情況下比例可能已經被放大,以便強調并且清楚地說明在此描述的新特征。此外,如本領域已知的,可以不同地設置系統(tǒng)部件。此外,在附圖中,相同的附圖標記指定在幾個視圖中的相應部分。

圖1描繪根據(jù)實施例的用于車輛的示例集成配電系統(tǒng);

圖2描繪根據(jù)某些實施例的包括在圖1的配電系統(tǒng)中的示例電路塊;

圖3描繪根據(jù)某些實施例的包括在圖1的配電系統(tǒng)中的另一示例電路塊;

圖4描繪根據(jù)某些實施例的包括在圖1的配電系統(tǒng)中的又一示例電路塊;

圖5描繪根據(jù)某些實施例的包括在圖1的配電系統(tǒng)中的又一示例電路塊。

具體實施方式

雖然本發(fā)明可以以各種形式具體體現(xiàn),但一些示例性且非限制性的實施例在附圖中被顯示并且將在下文被描述,應理解本公開被認為是本發(fā)明的范例并且不旨在把本發(fā)明限制為圖示的具體實施例。

在本申請中,轉折連詞的使用旨在包括連詞。定冠詞或不定冠詞的使用不旨在指示基數(shù)。特別地,對“該”物體或“一(a)”和“一(an)”物體的引用也旨在表示多個可能的這樣的物體中的一個。

圖1表明根據(jù)實施例的在車輛中使用的示例性集成配電系統(tǒng)100。系統(tǒng)100(在此也被稱為“車輛配電系統(tǒng)”)可以在任何適當類型的車輛(未示出)中實施,比如電動車輛、混合動力車輛(hev)、插電式混合動力電動車輛(phev)、或電池電動車輛(bev)。如圖所示,集成配電系統(tǒng)100包括連接至電池104的集成電路102和多個電負載106。在一些實施例中,集成電路102可以包括在具有殼體的車輛配電箱或模塊(未示出)中,該殼體保護電路102免受水分、灰塵、以及其他環(huán)境因素的影響。

根據(jù)實施例,電池104可以是具有比如例如48v或更高的標稱電壓的輔助電池。如本領域普通技術人員所理解的,由電池104供應的實際電壓在操作期間將根據(jù)比如溫度、電池電荷、電流、電池壽命等這樣的若干環(huán)境和操作條件而改變。電池104也可以被稱為低壓電池、起動機電池,或僅僅是例如在沒有高壓牽引電池的情況下的車輛中的車輛電池。

電池104可以用于為各種低壓部件、控制器、模塊、馬達、執(zhí)行器、傳感器、車燈、以及來自各種車輛系統(tǒng)和子系統(tǒng)的其他電子裝置供電。在圖1中,這些各種裝置總體上表示為電負載106。每個電負載106可以與額定電壓或電源電壓相關聯(lián),該額定電壓或電源電壓與電池104的標稱電壓相同或不同。例如,若干電負載106可以具有與標稱電壓相同的額定電壓(例如,48v),然而其余的電負載106可以具有小于標稱電壓的額定電壓(例如,6v、12v、24v等)。

集成電路102可以是單片集成電路或芯片,該單片集成電路或芯片具有連接至電池104以及在某些情況下連接至另一電源(未示出)的一個或多個輸入引腳、以及分別連接至多個電負載106的多個輸出引腳。此外,如圖1所示,集成電路102包括多個功能塊108。根據(jù)實施例,每個塊108連接至相應的一個電負載106或為相應的一個電負載106供給電力。同樣,集成電路102內的功能塊108的總數(shù)量可以根據(jù)連接至集成電路102的電負載106的數(shù)量和/或集成電路102上的輸出引腳的可用數(shù)量而改變。

根據(jù)實施例,每個功能塊108(在此也被稱為“固態(tài)電路塊”)可以包括固態(tài)電路,該固態(tài)電路根據(jù)需要用于提供故障保護、用于供應與連接至塊108的電負載106相關聯(lián)的額定電壓、以及用于打開和關閉電負載106。例如,每個功能塊108可以包括包含固態(tài)電源開關(例如,場效應晶體管(fet))和集成故障感測電路的電子保險絲、用于根據(jù)需要將標稱電壓轉換為較低的額定電壓的集成降壓轉換器、和/或用于設置降壓轉換器的輸出電壓和/或用于控制電子保險絲的操作的電子控制器。下面將關于圖2-5描述關于功能塊108的內容的更多細節(jié)。

在實施例中,每個功能塊108的確切配置可以根據(jù)連接至其的電負載106的裝置規(guī)格而改變。例如,當設計集成電路102時,可以基于以下來選擇每個功能塊108的內容:相關電負載106是否(1)需要一直連接至電池104,(2)需要頻繁的開啟/關閉循環(huán),(3)需要恒定的輸出電壓,(4)具有小于電池104的標稱電壓的額定電壓,或基于與確定電負載106的電源需求相關的任何其他裝置規(guī)格來選擇每個功能塊108的內容。如將要領會的是,如果所有的電負載106具有相同的裝置規(guī)格,則所有的功能塊108也可以相同。相反,如果電負載106中的每一個具有不同的裝置規(guī)格,則功能塊108中的每一個可以不同。

如圖1所示,集成電路102可以進一步地包括用于控制和監(jiān)測集成電路102的操作的處理器110。更具體地說,處理器110可以配置為控制輸出電壓、設置和監(jiān)測故障條件極限、并且控制每個功能塊108的其他操作。在某些情況下,處理器110也可以監(jiān)測系統(tǒng)100和/或集成電路102的總體狀況以便例如通過識別可能導致潛在電力節(jié)約的條件來優(yōu)化系統(tǒng)性能。如圖1所示,為了實現(xiàn)這些和其他功能,處理器110可以配置為通過選擇的集成電路102的輸入引腳(例如,控制和設置)和輸出引腳(例如,狀態(tài))來接收和/或傳輸信號。

更具體地說,處理器110可以連接至用于接收控制消息的輸入控制引腳,該控制消息用于設置一個或多個功能塊108的輸出電壓、打開或關閉一個或多個電負載106、和/或其他動作。處理器110也可以連接至用于接收功能塊108中的一個或多個的故障條件極限的輸入設置引腳。此外,處理器110可以連接至用于輸出關于功能塊108和/或作為整體的集成電路102的故障條件的狀態(tài)消息的輸出狀態(tài)引腳。如圖1所示,控制、設置、和狀態(tài)引腳可以連接至外部源,比如例如車輛控制模塊(vcm)114或車輛其他部件,該車輛的其他部件可以接受用于編程選擇的功能塊108的輸出電壓和/或故障條件極限的用戶輸入并且可以提供狀態(tài)消息至車輛的用戶界面(未示出)或其他車輛系統(tǒng)。

在實施例中,處理器110可以包含微處理器、微控制器、可編程邏輯陣列、專用集成電路、邏輯裝置、或用于處理、輸入、輸出、操作、存儲、或檢索數(shù)據(jù)的其他電子裝置。處理器110可以配置為執(zhí)行存儲在系統(tǒng)100的存儲器112中的軟件、傳輸數(shù)據(jù)至存儲器112以及從存儲器112傳輸數(shù)據(jù)、以及根據(jù)軟件總體上控制集成電路102的操作。

如圖1所示,存儲器112可以連同處理器110一起包括在集成電路102中,或例如當處理器110包括在vcm114中時可以與集成電路102分開。存儲器112可以包含電子存儲器、非易失性隨機存取存儲器(例如,ram(隨機存取存儲器))、觸發(fā)器(flip-flop)、計算機可寫或計算機可讀存儲介質、或用于存儲、檢索、讀取或寫入數(shù)據(jù)的其他電子裝置中的一個或多個。

存儲器112配置為存儲可執(zhí)行軟件,該可執(zhí)行軟件中的一些可以是或可以不是系統(tǒng)100唯一的。存儲器112中的軟件可以包括一個或多個單獨的程序,每個程序包含機器可讀指令的有序列表,該機器可讀指令當被處理器110執(zhí)行時,使處理器110執(zhí)行各種措施和/或實施邏輯功能。作為示例,存儲器112中的軟件可以包括軟件指令,該軟件指令用于根據(jù)通過集成電路102的設置引腳接收到的數(shù)據(jù)來設置每個功能塊108的故障條件極限、監(jiān)測每個功能塊108的故障狀態(tài)并且通過集成電路102的狀態(tài)引腳輸出所述故障狀態(tài)、根據(jù)通過集成電路102的控制引腳接收到的控制消息來控制每個功能塊108的操作、根據(jù)通過控制引腳接收到的用戶選擇電壓值來設置功能塊108中的一個或多個的輸出電壓。

圖2-5描繪根據(jù)實施例的用于形成在圖1中顯示的功能塊108中的一個或多個的各種示例電路塊200、300、400和500。也就是說,集成電路102的每個功能塊108可以包含電路塊200、300、400和500中的一個。每個電路塊200、300、400和500的輸入可以連接至比如在圖1中顯示的電池104這樣的電源,或另外從電源接收輸入電壓。此外,每個電路塊200、300、400和500的輸出可以連接至在圖1中顯示的車輛電負載106中選擇的一個。選擇用于給定功能塊108的確切電路塊可以取決于連接至功能塊108的電負載106的裝置規(guī)格。

在下面的段落中,將描述電路塊200、300、400和500的關鍵部件。然而,應該理解的是在此公開的任何電路或其他電氣裝置可以包括在此沒有明確列出的任何數(shù)量的分立的無源和有源部件,比如,例如電阻器、電容器、晶體管、放大器、模擬/數(shù)字轉換器(adc或a/d轉換器)、微處理器、集成電路、非暫時性存儲裝置(例如,閃存、隨機存取存儲器(ram)、只讀存儲器(rom)、電可編程只讀存儲器(eprom)、電可擦可編程只讀存儲器(eeprom)、或其其他合適的變體)、以及彼此配合以執(zhí)行在此公開的操作的軟件。

現(xiàn)在參考圖2,顯示僅包含配置為保護電源、電負載、和內部電源開關的電路保護系統(tǒng)的示例性電路塊200。例如,如圖2所示,在優(yōu)選實施例中,電路塊200可以用于保護電負載,該電負載被要求一直連接至電源(或電池)并且具有與從電源接收到的標稱電壓或輸入電壓兼容的額定電壓或電源電壓。

如圖所示,電路保護系統(tǒng)200包括可重新設置的電子保險絲202,該電子保險絲202包含用于選擇性地為連接至電路塊200的輸出的電負載供以電壓或供電的固態(tài)電源開關204。在實施例中,電源開關204可以是例如場效應晶體管(例如,mosfet)、氮化鎵(gan)晶體管、或其他快速切換半導體裝置。電子保險絲202進一步地包括分別用于監(jiān)測電子保險絲202的性能并且提供過電壓和過電流保護的電壓感測電路206和電流感測電路208。例如,電壓感測電路206可以配置為監(jiān)測至電源開關204的關于過電壓故障條件的輸入,并且如果需要,停用電源開關204或切斷電源開關204的電源。類似地,電流感測電路208可以配置為監(jiān)測電源開關204的關于過電流故障條件的輸出,并且如果需要,停用電源開關204。雖然沒有顯示,但電子保險絲202也可以包括用于檢測比如例如電源開關204的溫度水平這樣的其他故障條件的附加傳感器。

如圖所示,電路塊200進一步地包括用于從處理器110接收包括例如過電壓和過電流極限的故障條件極限的輸入設置引腳。可以根據(jù)連接至電路塊200的電負載的裝置規(guī)格設置故障條件極限。同樣如圖所示,電路塊200也包括用于輸出故障條件狀態(tài)消息至處理器110的輸出狀態(tài)引腳。在出現(xiàn)故障條件的情況下,可以通過電壓感測電路206和/或電流感測電路208產生狀態(tài)消息。

圖3描繪示例性電路塊300,該示例性電路塊300包含用于保護電源、電負載、以及內部電源開關的電路保護系統(tǒng)302、以及包含用于控制保護系統(tǒng)302的操作的控制邏輯的控制器304。在實施例中,電路保護系統(tǒng)302包含可重新設置的電子保險絲(未示出),該電路保護系統(tǒng)302與在圖2中顯示并且在上面描述的保護系統(tǒng)200大體上相似。同樣,電路塊300包括與在圖2中顯示并且在上面描述的電路塊200的輸入設置引腳和輸出狀態(tài)引腳大體上相似的輸入設置引腳和輸出狀態(tài)引腳。

在優(yōu)選實施例中,電路塊300可以用于保護電負載,該電負載要求頻繁的開啟和關閉循環(huán),并且具有與從例如如圖3所示的電源接收到的標稱電壓或輸入電壓兼容的額定電壓或電源電壓。同樣,控制器304可以配置為提供用于根據(jù)需要打開和關閉電負載106的開關信號。如圖3所示,電路塊300可以包括用于接收控制消息的輸入控制引腳,該控制消息控制開關信號的產生或另外控制保護系統(tǒng)302內的電子保險絲的開關操作。

圖4描繪示例性電路塊400,該電路塊400包含用于保護電源、電負載、以及內部電源開關的電路保護系統(tǒng)402,用于將輸入電壓轉換為或逐步降低至電負載所需的電源電壓的降壓轉換器,以及包含用于控制電路塊400的部件的操作的控制邏輯的控制器。在一些實施例中,電路塊400包含具有集成電壓轉換器的車輛配電電路,該車輛配電電路在2015年12月3日提交的共同擁有的美國專利申請序列號14/957,937中公開,該專利申請的整個內容以合并的方式結合于此。

在實施例中,電路保護系統(tǒng)402包含與在圖2中顯示并且在上面描述的保護系統(tǒng)200大體上相似的可重新設置的電子保險絲(未示出)。同樣,電路塊400包括與在圖2中顯示并且在上面描述的電路塊200的輸入設置引腳和輸出狀態(tài)引腳大體上相似的輸入設置引腳和輸出狀態(tài)引腳。

在優(yōu)選實施例中,電路塊400可以用于保護電負載,該電負載具有低于電源的輸入電壓或標稱電壓的額定電壓。然而,如將要領會的是,電路塊400也可以用于通過或者繞過降壓轉換器404或者將降壓轉換器404配置為不應用電壓減少來保護電負載,該電負載具有與輸入電壓兼容或相等的額定電壓。

在實施例中,降壓轉換器404(也被稱為“降壓開關穩(wěn)壓器”)可以是固態(tài)dc-dc(直流-直流)降壓轉換器或其他開關穩(wěn)壓器,該開關穩(wěn)壓器具有寬的輸入電壓范圍以及可以設置為連接至電路塊400的電負載的額定電壓的可編程輸出電壓。電路塊400包括用于接收用于設置降壓轉換器404的輸出電壓的控制消息的輸入控制引腳??刂破?06可以配置為接收控制輸入并且基于控制輸入來控制降壓轉換器404的輸出電壓。在實施例中,降壓轉換器404的輸出電壓可以是使用外部輸入裝置的用戶配置的。例如,控制消息可以基于通過例如車輛控制模塊的用戶界面或其他車輛系統(tǒng)接收到的用于控制電路塊400的輸出電壓的用戶輸入。因此,電路塊400的控制器406可以配置為設置用戶可編程的輸出電壓、以及可編程的故障條件極限,并且配置為監(jiān)測開關性能。

圖5描繪示例性電路塊500,該示例性電路塊500包含用于保護電源、電負載、以及內部電源開關的電路保護系統(tǒng)502、以及降壓轉換器504。在實施例中,電路保護系統(tǒng)502包含與在圖2中顯示并且在上面描述的保護系統(tǒng)200大體上相似的可重新設置的電子保險絲(未示出)。同樣,電路塊500包括與在圖2中顯示并且在上面描述的電路塊200的輸入設置引腳和輸出狀態(tài)引腳大體上相似的輸入設置引腳和輸出狀態(tài)引腳。

如圖5所示,在優(yōu)選實施例中,電路塊500可以用于保護電負載,該電負載需要低于電源的輸入電壓或標稱電壓的恒定輸出電壓。結果,降壓轉換器504可以不用于具有如上面關于圖4所描述的可編程輸出電壓。相反,降壓轉換器504可以用于實施閉環(huán)控制系統(tǒng),該閉環(huán)控制系統(tǒng)設置為提供低于電源的輸入電壓或標稱電壓的恒定輸出電壓。在實施例中,降壓轉換器504可以是固態(tài)dc-dc降壓轉換器或其他合適的開關穩(wěn)壓器。

因此,本公開提供包含用于實現(xiàn)車輛電源的單片集成電路的集成配電系統(tǒng),該集成配電系統(tǒng)可以供給多個車輛電負載,可以根據(jù)需要為選擇的電負載提供可編程輸出電壓,并且可以為每個電負載提供可配置的過電流和過電壓保護。使用單片芯片來實現(xiàn)在此描述的車輛配電系統(tǒng),不僅節(jié)省空間和減少配電箱的重量和大小,而且提供高系統(tǒng)靈活性和功能并且優(yōu)化配線系統(tǒng)。例如,集成電路的部件可以設置在多個功能或電路塊中,該功能或電路塊各自分配至單獨的電負載并且可以根據(jù)故障條件極限和連接至其的負載的額定電壓而被單獨地配置。每個功能塊可以包括固態(tài)電源開關(例如,fet)以及用于提供可重新設置的電子電路保護和監(jiān)測的配置為針對每個電負載的裝置規(guī)格的智能裝置(例如,電子控制器和傳感器)。此外,選擇的功能塊可以配置為適應具有與更高壓電源(例如,48v電池)兼容的額定電壓的更高壓電負載,然而其他功能塊可以根據(jù)需要包括集成降壓轉換器以適應具有低于更高電壓的額定電壓的傳統(tǒng)的電負載。

應該強調的是,上述實施例——特別是任何“優(yōu)選”的實施例,是實施方式的可能示例,僅提出以用于清楚地理解本發(fā)明的原則。在大體上不背離在此描述的技術的精神和原則的情況下,可以對上述實施例做出許多變化和修改。所有這樣的修改旨在在此包括在本公開的范圍內并且由下面的權利要求保護。

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