一种电动汽车的集成式电力电子装置的制作方法

本发明涉及电动汽车高压电气集成技术领域，尤其是涉及一种电动汽车的集成式电力电子装置。

背景技术：

在电动汽车上高压电气部件有许多，如高压电池包，高压分线盒，电机控制器，压缩机，PTC，DC/DC，车载充电器等。随着电动汽车零部件技术的快速发展，主要核心零部件如电机控制器、DC/DC、整车控制器、电池管理、高压分线盒、车载充电器这些部件都由不同的生产厂家来设计制作，再由主机厂进行系统的集成。这样做的优势很明显，当不同的部件需要售后支持时，负责不同部件的厂家可以直接对自己损坏的产品进行分析研究。然而缺点也有，列举了一些：

第一、在整车前舱部分做部件布置的时候，要涉及到各个零部件的摆放，这样需要的支架很多，需要在整车上布置许多卡扣来固定线束，而且各个部件的高压电气连线也很多、很繁杂，使得整车前舱的布置显得过于凌乱。

第二、每个部件的开发和验证的过程会比较长，花费的费用较多，而且也增加了系统的复杂度。

因此出现了许多种集成的方式，如电机控制器、DC/DC、整车控制器、电池管理、高压分线盒、车载充电器整体在一个集成箱内。这种集成的方式很好的解决了前舱的布置问题。同样也带来了另外一些问题，当集成的某个小部件出现故障时，需要更换整个集成箱，造成过多的资源浪费。

传统的高压分线盒原理图如图1所示：从动力电池出来的正负母线通过连接器连接到高压分线盒。经过主熔断器15，到主接触器25和各个高压零部件的支路继电器17。其余的连接线均为铜排，形成的各个支路连接的是高压的各个部件：电机控制器18、PTC加热器(类似于传统车乘员舱内暖风功能)19、压缩机20、快充车载接口21、车载充电器26、DC-DC变换器27、其他高压用电设备28等等。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电动汽车的集成式电力电子装置，减少部分的线束繁杂的问题，集成方案可靠性高，同时集成有主接触器检测、开盖检测、绝缘检测、基板温度检测的综合检测功能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种电动汽车的集成式电力电子装置，包括集成箱以及设于集成箱内的高压分线模块和智能监控模块，所述集成箱上设有电源正极接口、电源负极接口、高压部件总负接口和多个高压部件子接口，所述电源负极接口连接高压部件总负接口，所述高压分线模块包括基板以及设于基板上的多路的高压部件连接支路，每路的高压部件连接支路的一端均连接电源正极接口，另一端分别连接一高压部件子接口，其中一路的高压部件连接支路为设有主接触器的电机供电支路，所述智能监控模块包括设于基板上的CAN通讯电路、用于检测主接触器工作状态的辅助触点检测电路、用于检测集成箱密封状态的开盖检测电路和用于检测电动汽车绝缘性的绝缘检测电路，所述CAN通讯电路通过检测数据采集器分别连接辅助触点检测电路、开盖检测电路、绝缘检测电路和汽车总线。

所述辅助触点检测电路包括辅助接触点开关、第一电阻和第一电压传感器，所述辅助接触点开关设于主接触器上，辅助接触点开关的一端连接基板的地端，辅助接触点开关的另一端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接基板的电源端，所述第一电压传感器设于辅助接触点开关与第一电阻的连接处，并连接检测数据采集器。

所述开盖检测电路包括开盖检测开关、第二电阻和第二电压传感器，所述开盖检测开关的一端连接基板的地端，开盖检测开关的另一端连接第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接基板的电源端，所述第二电压传感器设于开盖检测开关与第二电阻的连接处，并连接检测数据采集器。

所述绝缘检测电路包括开关管、第三电阻、第一绝缘电阻、第二绝缘电阻和第三电压传感器，所述开关管的一端分别连接电源负极接口和第二绝缘电阻的一端，开关管的另一端连接第三电阻的另一端、第四电阻的一端和车身搭铁地端，所述第四电阻的另一端连接电源正极接口，所述第三电压传感器设于电源负极接口处，并连接检测数据采集器。

还包括设于基板上的基板温度检测电路，所述基板温度检测电路包括第四电阻、滤波电容、热敏电阻和第四电压传感器，所述第一电阻的一端连接分别连接基板的地端和滤波电容的一端，第一电阻的另一端分别连接滤波电容的另一端和热敏电阻的一端，所述热敏电阻的另一端连接基板的电源端，热敏电阻紧贴基板设置，所述第四电压传感器设于第四电阻和热敏电阻的连接处，并连接检测数据采集器。

多路的高压部件连接支路还包括设有车载充电器的市电充电支路和设有DC-DC变换器的低压蓄电池充电支路。

多路的高压部件连接支路还包括PTC供电支路、压缩机供电支路和快充供电支路。

所述电源正极接口通过一主熔断器连接多路的高压部件连接支路，所述电源负极接口通过一主熔断器连接高压部件总负接口。

每路的高压部件连接支路上设有支路熔断器。

所述检测数据采集器采用单片机。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)对比现有的分散式电动汽车电力电子装置，在集成的功能模块上，高压分线盒、DC-DC变换器、车载充电器都不属于易损件可以长久使用，而且各个部件功能的定义，也与整车的动力功能、安全保护功能无关。失效的概率非常小，就算失效也不会造成人生安全故障。

2)增加了智能控制部分的智能监控模块：如高压互锁、绝缘检测、主接触器开通闭合诊断功能、CAN通讯等，其中，辅助触点检测电路可以判断主接触器的开通闭合状态，开盖检测电路可以判断集成箱的顶盖是否密封严实，绝缘检测电路可以通过高压部分的连接来检测整个集成箱内的高压绝缘是否符合要求，基板温度检测电路用于检测整个箱子的内部温度，若在一定时间内的温度持续高温且不降，则可以发出工作异常的预警。

3)对前舱零部件的布置起到优化的作用，减少了固定支架，解决整车前舱的布置问题，以及缩短产品的设计验证过程，节省成本，减少过多的资源浪费。

4)CAN通讯电路可以将集成箱内的各种信号状态通过CAN网络传输给汽车总线上的外部控制器，传输的信息有：温度、电压、电流、绝缘电阻等等，实现电力电子装置内部工作状态的检测，便于用户及时发现故障问题。

5)减少了产品开发费用，只需要开一套模具即可，缩短了产品设计验证周期。

6)电源正极接口通过一主熔断器连接多路的高压部件连接支路，电源负极接口通过一主熔断器连接高压部件总负接口，每路的高压部件连接支路上设有支路熔断器，通过设置多个熔断器保证各个支路和电源接口处的分级熔断保护功能。

7)通过设置各个功能接口，可以保证各线束接线明确，有效地避免电线布设混乱的问题，使得电动汽车装置的设计更加规范。

附图说明

图1为现有高压分线盒的结构示意图；

图2为本发明装置中高压分线模块的结构示意图；

图3为本发明装置中智能监控模块的结构示意图；

图4为本发明装置中辅助触点检测电路的结构示意图；

图5为本发明装置中开盖检测电路的结构示意图；

图6为本发明装置中绝缘检测电路的结构示意图；

图7为本发明装置中基板温度检测电路的结构示意图。

图中：1、集成箱，2、电源正极接口，3、电源负极接口，4、高压部件总负接口，5、高压部件子接口，6、高压部件连接支路，7、电机供电支路，8、CAN通讯电路，9、辅助触点检测电路，10、开盖检测电路，11、绝缘检测电路，12、汽车总线，13、检测数据采集器，14、基板温度检测电路，15、主熔断器，16、支路熔断器，17、支路继电器，18、电机控制器，19、PTC加热器，20、压缩机，21、快充车载接口，22、市电输入接口，23、低压蓄电池，24、其他高压用电设备，25、主接触器，26、车载充电器，27、DC-DC变换器，28、高压部件总负端。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图2所示，一种电动汽车的集成式电力电子装置，包括集成箱1以及设于集成箱1内的高压分线模块和智能监控模块，集成箱1上设有电源正极接口2、电源负极接口3、高压部件总负接口4和多个高压部件子接口5，电源负极接口3连接高压部件总负接口4，高压部件总负接口4连接高压部件总负端28，通过设置各个功能接口，可以保证各线束接线明确，有效地避免电线布设混乱的问题，同时，集成箱1外壳设有加强筋，保证壳体的抗压强度，有效地防止内部模块受损。

如图2所示，高压分线模块包括基板以及设于基板上的多路的高压部件连接支路6，每路的高压部件连接支路6的一端均连接电源正极接口2，另一端分别连接一高压部件子接口5，多路的高压部件连接支路6包括设有主接触器25的电机供电支路7、设有车载充电器26的市电充电支路、设有DC-DC变换器27的低压蓄电池充电支路、PTC供电支路、压缩机供电支路和快充供电支路，其中市电充电支路、低压蓄电池充电支路、PTC供电支路、压缩机供电支路和快充供电支路上设置有支路继电器17，低压蓄电池充电支路通过高压部件子接口5连接低压蓄电池23，低压蓄电池23采用12V铅酸电池，实现低压电源充电的功能，市电充电支路通过高压部件子接口5连接市电输入接口22，同时实现市电输入充电的功能，电机供电支路7、PTC供电支路、压缩机供电支路和快充供电支路分别通过高压部件子接口5对应连接电机控制器18、PTC加热器19、压缩机20、快充车载接口21，其余的高压部件连接支路6则根据不同的设计需求连接其他高压用电设备24。电源正极接口2通过一主熔断器15连接多路的高压部件连接支路6，电源负极接口3通过一主熔断器15连接高压部件总负接口4，每路的高压部件连接支路6上设有支路熔断器16，通过设置多个熔断器保证各个支路和电源接口处的分级熔断保护功能。

通过将传统高压分线盒、DC-DC变换器27、车载充电器26集成在一个集成箱1内，相比传统高压分线盒，集成度更好，同时DC-DC变换器27、车载充电器26不易损坏，不会出现部件频繁出现故障的问题，工作稳定性更佳，实用性更强。

如图3所示，智能监控模块包括设于基板上的CAN通讯电路8、用于检测主接触器25工作状态的辅助触点检测电路9、用于检测集成箱1密封状态的开盖检测电路10、用于检测电动汽车绝缘性的绝缘检测电路11和用于检测基板上工作环境温度的基板温度检测电路14，CAN通讯电路8通过检测数据采集器13分别连接辅助触点检测电路9、开盖检测电路10、绝缘检测电路11、基板温度检测电路14和汽车总线12，CAN通讯电路8可以将集成箱1内的各种信号状态通过CAN网络传输给汽车总线12上的外部控制器，如：温度、电压、电流、绝缘电阻等等，实现电力电子装置内部工作状态的检测，便于用户及时发现故障问题。

如图4所示，辅助触点检测电路9包括辅助接触点开关K1、第一电阻R1和第一电压传感器，辅助接触点开关K1设于主接触器25上，辅助接触点开关K1的一端连接基板的地端GND，辅助接触点开关K1的另一端连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接基板的电源端VCC，第一电压传感器设于辅助接触点开关K1与第一电阻R1的连接处，并连接检测数据采集器13，图4中V1为第一电压传感器的待检测电压点，当主接触器25线圈得电时，辅助接触点开关K1吸合，此时V1的电平为0V；当主接触器25线圈断电时，辅助接触点开关K1断开，此时V1的电平为高电平，因此可以通过V1的电平状态来快速、简便地检测主接触器25的工作状态。检测数据采集器13可采用单片机，单片机实现多路采集数据的AD转换与转发。

如图5所示，开盖检测电路10包括开盖检测开关K2、第二电阻R2和第二电压传感器，开盖检测开关K2的一端连接基板的地端GND，开盖检测开关K2的另一端连接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端连接基板的电源端VCC，第二电压传感器设于开盖检测开关K2与第二电阻R2的连接处，并连接检测数据采集器13，图5中V2为第二电压传感器的待检测电压点，当开盖检测开关K2闭合时V2检测值为低电平，开盖检测开关K2断开后V2检测值为高电平，而开盖检测开关K2的开通和断开受开盖的影响，因此可以通过开盖检测电路10来判断集成箱1的顶盖是否盖好。开盖检测开关K2的结构可以顶盖导体和箱体导体，顶盖导体设置在集成箱1的顶盖上，箱体导体设置在集成箱1的箱体上，顶盖与箱体密封连接好时，顶盖导体和箱体导体接触连接成一段导体回路，该导体回路接入基板的地端GND与第二电阻R2之间。开盖检测开关K2还可以采用压力触点开关，压力触点开关设于箱体上，顶盖上设置可触及压力触点开关的凸起，当顶盖与箱体密封连接好时，凸起按压压力触点开关，实现压力触点开关的闭合。

如图6所示，绝缘检测电路11包括开关管K3、第三电阻R3、第一绝缘电阻R_正、第二绝缘电阻R_负和第三电压传感器，开关管K3的一端分别连接电源负极接口3和第二绝缘电阻R_负的一端，开关管K3的另一端连接第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的一端和车身搭铁地端G，第四电阻R4的另一端连接电源正极接口2，第三电压传感器设于电源负极接口3处，并连接检测数据采集器13。第一绝缘电阻R_正为电池正极对车身地绝缘电阻，第二绝缘电阻R_负为电池负极对车身地绝缘电阻，当开关管K3闭合时，

V3＝Udc*(R3//R_负)/(R_正+R3//R_负)……“//”代表求两个电阻的并联阻值

当开关管K3断开时，

V3＝Udc*R_负/(R_正+R_负)

Udc为电池电压，第三电压传感器检测V3的值，因此根据以上等式可以计算出R_正和R_负的值，这两个值对应的是电池对车身的绝缘电阻，反应电动汽车的绝缘状态。

如图7所示，基板温度检测电路14包括第四电阻R4、滤波电容C、热敏电阻R_NTC和第四电压传感器，第一电阻R1的一端连接分别连接基板的地端GND和滤波电容C的一端，第一电阻R1的另一端分别连接滤波电容C的另一端和热敏电阻R_NTC的一端，热敏电阻R_NTC的另一端连接基板的电源端VCC，热敏电阻R_NTC紧贴基板设置，第四电压传感器设于第四电阻R4和热敏电阻R_NTC的连接处，并连接检测数据采集器13。本实施例中热敏电阻采用NTC热敏电阻。Utemp为第四电压传感器采集的电压值，可以通过以下公式：Utemp＝VCC*R4/(R4+R_NTC)计算NTC热敏电阻的值，再去查NTC的阻值温度对应表，用于检测整个箱子的内部温度，若在一定时间内的温度持续高温且不降，则可以发出工作异常的预警。

在集成箱1内包含了DC-DC变换器27、车载充电器26的基础上，通过设置智能监控模块，集成多种监控功能：

1、辅助检测，可以判断主接触器25的开通闭合状态；

2、开盖检测，可以判断集成箱1的顶盖是否密封严实；

3、绝缘检测，可以通过高压部分的连接来检测整个集成箱1内的高压绝缘是否符合要求；

4、温度检测，可以判断检测整个集成箱1的内部温度是否异常；

5、CAN通讯，可以将集成箱1内的各种信号状态通过CAN网络传输给外部控制器，如：温度、电压、电流、绝缘电阻等等。