CN105680334B - 一种用于电动汽车高压配电与dc/dc的集成箱 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于电动汽车高压配电与DC/DC的集成箱，包括箱体、箱盖、DC/DC、BMS主机、高压盒、设置在箱体内的继电器以及设置在箱体内的高压连接器；继电器包括与油泵控制器、空调压缩机、车载充电机和暖风连接的附件继电器、与主机连接器连接的总正继电器以及与快充连接器连接的充电继电器，高压连接器包括空调连接器、车载充电机连接器、立充连接器、通信连接器、油泵控制器连接器、电机控制器连接器和空调连接器。本发明在箱体内部边缘用绝缘树脂板与箱壁隔离，对于漏电防火做了绝缘保护。且高压布线与低压布线必须分层，且间距大于爬电距离，高压箱内主回路由铜排连接。另外低压走线在箱壁上做了线槽，低压线由线槽过，调理清晰，整体结构分明。

Description

一种用于电动汽车高压配电与DC/DC的集成箱
技术领域
本发明属于电动汽车技术领域，更具体地，涉及一种用于电动汽车高压配电与DC/DC的集成箱。
背景技术
近年来，我国空气污染形势不容忽视，能源和环境问题日益严重，美国洛杉矶光化学烟雾、世界石油危机、中东局势动乱、北京阴霾天气等一些事件对注重环境保护，保证国家石油安全提出了迫切要求，推动了世界范围内的汽车技术进步，加速电动汽车社会建设。纯电动汽车的发展推广越来越引起重视，新能源大巴或送货卡车有明显发展优势，且目前也得到政府大力引导和支持，也促进电动汽车技术发展。电动汽车动力源是高压电，高压箱是对高压电进行安全分配、保护主驱与辅驱安全。高压箱是集成所有电气开关，通过电气开关来实现对器件的保护功能。
目前电动汽车存在充电时间长、安全性能有待提高、续航里程低等问题。高压配电箱作为电动汽车高压安全的重要保护屏障，其主要功能是：按照整车上、下电控制要求，接通或断开高压回路；提供电流及绝缘检测；当电池包外部电流过大时，能实现可控的带负载切断；当电池包外部线路发生短路时，配电箱内熔断器断开动力电池组高压回路，防止电池组因短路造成起火***；配电箱箱体能为内部高压元器件提供绝缘方面的保护，对电池组使用人员提供触电防护。
但现有高压配电箱功能单一，仅具有配电功能；箱体内的高压元器件之间采用线缆连接，安全性差；箱体内强电、弱电和控制信号线布局混乱，EMC性能差，抗干扰能力差；配电箱的密封性能和防护等级也不符合国家电气安全标准。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于电动汽车高压配电与DC/DC的集成箱，旨在解决现有的高压配电箱功能单一、安全性差、EMC性能差和抗干扰能力差的问题。
本发明提供了一种用于电动汽车高压配电与DC/DC的集成箱，包括箱体和箱盖，所述箱体内设置有与动力电池输出端连接的总正继电器，以及与总负继电器连接的高压连接器；所述高压连接器包括空调连接器、车载充电机连接器、立充连接器、通信连接器、油泵控制器连接器、电机控制器连接器和空调连接器；主机上连接有用于与CAN信号输出端包括与整车、充电、电池箱中从机CAN输出，ON档信号输入端、暖风输入信号、充电唤醒信号输入端，所述继电器包括与油泵控制器、空调压缩机、车载充电机、暖风连接的附件继电器、与主机连接器连接的总正继电器和与快充连接器连接的充电继电器，油泵控制器、空调连接器、车载充电机连接器、立充连接器、主机内部集成一个或几个互锁保护设计。电池总正、总负输入，通过继电器和保险丝，对***高压进行配电管理；DC/DC高压输入，通过BMS主机控制信号给DC/DC，使能DC/DC正常输出；高压盒检测***电流和绝缘。其中BMS使能DC/DC，DC/DC输出低压输出给铅酸蓄电池，铅酸蓄电池给BMS供电，确保BMS正常工作。反过来BMS控制DC/DC使能输出，当遇到故障的情况下，BMS判断后切断DC/DC使能，从而保护DC/DC。
更进一步地，所述箱盖边缘设置有向下弯折的翻边，内部连接器均使用高防水等级器件。
更进一步地，箱体底部通过螺栓与电动车固定连接。
更进一步地，箱体与高压连接器通过连接件固定在箱壁上，且所述连接件固定孔为自攻牙。
更进一步地，所述动力电池输入端正极与总正继电器通过铜排连接，所述总正继电器与主机连接器通过主机输出干接点控制。
更进一步地，所述空调连接器、车载充电机连接器、油泵控制器、总负端设置有熔断器，所述熔断器固定在熔断座上。
更进一步地，ON档信号输入时，预充继电器与预充电阻对整个回路进行软件和硬件的双重保护。
更进一步地，高压配电箱集成DC/DC，其中DC/DC给铅酸电池充电，以补充铅酸电池在行车过程中低压耗电。
更进一步地，低压通信接口采用IP65防水等级连接器，分成3个部分，整车通信接口、充电通信接口、从机通信接口，其中从机通信接口最多可以接15个从机设备。
更进一步地，温度可自动调节或手动调节，暖风输入信号可以实时采集车厢内温度。
更进一步地，高压盒可以检测绝缘性能，智能的漏电保护。
更进一步地，所述集成箱还包括用于对整个箱体进行散热的风扇，采用风冷散热，在箱体上设置3个风扇，与其侧面设置通风口，通过空气对流的方式使得箱体内部温度降低。由于DC/DC工作后发热量比较大，当峰值功率工作的时候DC/DC表面温度可达到60度，此时散热尤为重要。本设计DC/DC放置在箱体后半部，DC/DC本身防水等级可以达到IP55，开风扇孔对整个箱体防水等级没有影响。在后半部箱体上放置3个风扇，侧边开通风孔，使得热风排出箱体内，从而降低箱体内部温度。
更进一步地，本发明可以检测电池放电、充电过程中电流的变化，可以过流进行保护。
本发明具有如下技术优点：(1)在箱体内部边缘用绝缘树脂板与箱壁隔离，对于漏电防火做了绝缘保护；(2)弱电控制强电，因高压箱内部都是一些感性负载闭合或断开，就会产生冲击电流，对主机产生电磁干扰。因此高压布线与低压布线必须分层，且间距大于爬电距离，高压箱内主回路由铜牌连接；(3)低压走线在箱壁上做了线槽，低压线由线槽过，调理清晰，整体结构分明；(4)DC/DC启动或停止时会产生高频干扰对EMC与BMS造成电磁干扰，从而提高整个***的抗干扰性，稳定性高。在通信线上加了磁环，EMC抗共模干扰能力强；(5)高压箱内部线缆线鼻与铜片都需要镀锡处理，铜容易氧化，氧化后接触电阻增大，发热量就大时间久了就容易着火；(6)箱体集成DC/DC发热量比较大，采用风冷***，从结构上DC/DC与箱体连接，DC/DC发热导热给整个箱体，加上风扇吹风冷却；(7)箱盖与箱体之间用高温绝缘橡胶，提高整体密封性和防漏电能力，提高防水防尘性能，防护等级高。(8)箱体采用304不锈钢材料制作，304不锈钢硬度高，考虑安装环境和使用环境，普通的铁容易变形，304硬度高，在汽车在行驶过程中颠簸的时候，不易造成变形。
附图说明
图1为纯电动汽车电气控制***的原理结构框图；
图2为本发明实施例提供的用于电动汽车高压配电与DC/DC的集成箱的电气原理图；
图3为本发明实施例提供的用于电动汽车高压配电与DC/DC的集成箱的外形结构示意图；
图4为本发明实施例提供的用于电动汽车高压配电与DC/DC的集成箱的内部结构示意图；
图5为本发明实施例提供的用于电动汽车高压配电与DC/DC的集成箱的箱体外形示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了纯电动汽车电气控制***的结构；电动汽车的总体布置较灵活，从电气控制的角度讲，在汽车总体布置时，应使电源到控制器再到电机直接的大电流回路的导线尽可能短，以减小回路的电压损失，保证汽车的动力性和行驶里程的要求。高压配电箱是对整个***的高压进行合理、安全的配送控制。高压配电箱输入有电池总正与总负，输出有DC/DC，电机正与电机负，充电正与充电负，空调，暖风，DC/DC输出正、负。DC/DC输出给铅酸电池，供电给低压***。
图2示出了本发明实施例提供的用于电动汽车高压配电与DC/DC的集成箱的电气原理；电动汽车的高压配电与DC/DC集成箱。它包括箱体和箱盖、DC/DC、BMS主机、高压盒。箱体内设置有与动力电池输出端连接的总正继电器和与总负继电器、充电继电器、预充继电器、暖风继电器，通过主机自动对电机控制器、充电控制、DC/DC、暖风、空调、油泵等器件实施控制与保护。由于DC/DC散热比较大，增加风扇对整个箱体散热，为配电箱保驾护航。
图3示出了本发明实施例提供的用于电动汽车高压配电与DC/DC的集成箱的外形结构；高压配电箱由高压部分和低压部分组成。高压部分连接与低压线束，高压连接主干路使用的是铜片的连接方式，且铜片需要镀锡防氧化处理，并在外包裹一层绝缘层，支路使用的是电缆线，确保高压部分的稳定安全。低压线束包括对外通信线与对内继电器控制线。
图4示出了本发明实施例提供的用于电动汽车高压配电与DC/DC的集成箱的内部结构；先结合图4详述其工作原理如下：
放电时，主机控制总负继电器闭合，在闭合预充继电器，经过软件处理，然后闭合总正继电器，再断开预充继电器，电机驱动器有高压；空调、DC/DC、油泵都只要闭合总负、总正继电器就会配有高压，空调压缩机和油泵控制器就可以工作，铅酸蓄电池给DC/DC低压供电，主机给DC/DC使能信号，DC/DC正常工作，且给铅酸蓄电池进行充电。暖风温度开关给主机信号，闭合暖风继电器，暖风就正常工作。由于是通过弱电控制强电。DC/DC是PWM调节输出，在DC/DC启动与断开的时候会产生高频信号，对整车控制器和BMS会产生电磁干扰，为了避免这个电磁干扰，高压线和低压线需要分层走，且保持在爬电距离之外。在箱壁用环氧树脂板防止漏电导致箱体带点给人员造成安全隐患。
充电时，首先闭合总负继电器，然后闭合充电继电器，形成回路对电池组进行充电。充电分为车载充电机和立充充电机，从结构上充电枪分布合理，方便充电操作。
主机对外接口，有用于与整车通信的CAN信号输出，充电检测信号和充电CAN信号输出、电池包内CAN信号输出端连接的信号连接器。暖风温度开关控制暖风，暖风热敏电阻可以检测汽车内部温度。主机对外有三路CAN，一路整车CAN和充电CAN还有内CAN；在箱体外有一个检测端，其中包含三路CAN，方便对设备的维护，三路CAN都用包裹磁环，增加抗干扰性。低压线从线槽上走远离高压线，高压线产生的干扰经过处理对于信号干扰很小。
本发明在箱体内增设了主机、DC/DC、高压盒，通过继电器实现各连接器的电力分配，同时在主机上连接一系列信号连接器，通过主机进行信号的控制，使动力电池的部分功能能在配电箱内完成，减轻了动力电池的压力，减少事故发生的可能性，使配电箱多功能化且集成度较高，节约空间，安全可靠。
本发明所示的高压配电箱由箱体、箱盖组成。图5示出了本发明实施例提供的用于电动汽车高压配电与DC/DC的集成箱的箱体外形。
在本发明实施例中，箱体内部通过继电器控制高压分配。如图2所示，继电器包括总正继电器、预充继电器、充电继电器和总负继电器。高压连接器包括电驱连接器、空调连接器、暖风连接器、车载充电机连接器、立充连接器、信号连接器。如图2所示，其中继电器线圈均是两端与主机连接，主机控继电器负端。电池正极与电池负极通过动力线输入连接在电池正、电池负连接器上。
行车时：首先闭合总负继电器，油泵就有高压，然后闭合预充继电器，MCU检测预充电压，当达到设定预充电压，闭合总正继电器，此时电驱、空调有高压，在断开预充继电器，车就正常行驶。暖风温度开关闭合后，暖风继电器闭合，暖风高压通，正常工作。
充电时：首先插上充电枪，充电机检测CC2、CP信号，输出低压，主机工作，主机与充电机握手成功后，闭合总负继电器，然后在闭合充电继电器，与此同时充电机输出高压，开始对电池进行充电。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于电动汽车高压配电与DC/DC的集成箱，其特征在于，包括箱体、箱盖、DC/DC、BMS主机、保险丝、高压盒、设置在箱体内的高压继电器以及设置在箱体内的高压连接器；
所述继电器包括与油泵控制器、空调压缩机、车载充电机和暖风连接的附件继电器、与主机连接器连接的总正继电器以及与快充连接器连接的充电继电器；
所述高压连接器包括空调连接器、车载充电机连接器、立充连接器、通信连接器、油泵控制器连接器、电机控制器连接器和空调连接器；
所述DC/DC放置在高压配电箱后半部分，高压配电箱前半部分是将电池电压进行安全配送，从而获得高压给DC/DC；
所述高压盒经过测量直流母线上的电流信息和绝缘电阻，通过CAN总线与BMS主机通信；所述BMS主机通过得到的数据，判断***是否漏电，从而做出保护动作；
高压布线与低压布线分层设置，且高压线与低压线之间的距离大于爬电距离。
2.如权利要求1所述的集成箱，其特征在于，所述箱盖边缘设置有向下弯折的翻边，内部连接器均使用高防水等级器件。
3.如权利要求1所述的集成箱，其特征在于，箱体底部通过螺栓与电动车固定连接。
4.如权利要求1-3任一项所述的集成箱，其特征在于，箱体与高压连接器通过连接件固定在箱壁上，且所述连接件固定孔为自攻牙。
5.如权利要求1-3任一项所述的集成箱，其特征在于，动力电池输入端正极与总正继电器通过铜排连接，所述总正继电器与主机连接器通过主机输出干接点控制。
6.如权利要求1-3任一项所述的集成箱，其特征在于，所述空调连接器、车载充电机连接器、油泵控制器、总负端设置有熔断器，所述熔断器固定在熔断座上。
7.如权利要求1-3任一项所述的集成箱，其特征在于，低压通信接口采用IP65防水等级连接器，分成3个部分，整车通信接口、充电通信接口、从机通信接口，其中从机通信接口最多可以接15个从机设备。
8.如权利要求1-3任一项所述的集成箱，其特征在于，在箱壁设置有用于防止漏电的环氧树脂板。
9.如权利要求1-3任一项所述的集成箱，其特征在于，所述集成箱还包括用于对整个箱体进行散热的风扇，采用风冷散热，在箱体上设置3个风扇，与其侧面设置通风口，通过空气对流的方式使得箱体内部温度降低。
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