使用具有集成的电压转换器的继电器的车辆电力分配制造技术

本公开涉及使用具有集成的电压转换器的继电器的车辆电力分配。一种车辆电力分配系统包括电池、车辆电力负载和单片固态继电器，所述电池具有标称电压，所述车辆电力负载具有与所述标称电压不同的供电电压，所述单片固态继电器包括：用于将所述标称电压降低至所述额定电压的集成电路以及被配置为响应于施加到所述继电器的输入的来自车辆控制器的控制信号而选择性地使用所述额定电压给所述车辆电力负载供电的输出。所述继电器可包括用于向连接到输出滤波器的晶体管提供开关信号以将所述电池的标称电压降低至所述车辆电力负载的额定电压的PWM控制器。继电器输出电压和电流监测电路可连接到所述PWM控制器，以提供过电流保护和过电压保护。

Power distribution of a vehicle using a relay with an integrated voltage converter

The present disclosure relates to the power distribution of a vehicle using a relay having an integrated voltage converter. A vehicle power distribution system includes the battery, vehicle load and monolithic solid state relay, the battery has a nominal voltage, the vehicle load and the nominal voltage with different supply voltage, the monolithic integrated circuit for solid state relay includes: the nominal voltage to the rated voltage and for responding to a control signal applied to the vehicle controller from the relay input and the selective use of the rated voltage to the output power of the power supply vehicle load. The relay may include a PWM controller for providing a switching signal to a transistor connected to an output filter to reduce the nominal voltage of the battery to the rated voltage of the vehicle power load. The relay output voltage and current monitoring circuit can be connected to the PWM controller to provide over current protection and overvoltage protection.

【技术实现步骤摘要】
使用具有集成的电压转换器的继电器的车辆电力分配
本公开的多个方面涉及使用具有集成的电压转换器的继电器的车辆电力分配，所述电压转换器用于将来自车辆电源的电压转换为车辆电力负载可接受的电压。
技术介绍
车辆通常包括用于为多种多样的车辆组件和附件供电的低电压电力分配系统。代表性的汽车应用和运输车辆应用可分别包括12V的低电压电力分配系统或24V的低电压电力分配系统，以为车辆控制模块(诸如，动力传动系统控制器、车身控制器、电池控制器等)以及车辆照明、HVAC、车窗、镜子、雨刮器、信息娱乐系统、导航系统和无数其它系统、马达、致动器、传感器、模块等供电。对车辆电力分配系统的不断增长的需求正在接近12V和24V系统的实际限制。因此，例如，更高的电压水平(诸如，48V)已经在汽车工业中被提出和讨论了几年。然而，各种附件、组件或装置可能不与新的、更高的电压相兼容。为了解决这个问题，各个汽车OEM和供应商已经提出了具有用于将两个电压分配系统连接在一起的高电力双向转换器的双电压或双重电压分配系统。当前提出的双重电压分配系统包括许多设计挑战。例如，转换器通常仅在有限的负载操作范围内高效地操作。提出的系统还采用第二电池，第二电池增加了系统的成本和复杂度并且需要额外的电压和电流监测。这些系统还将在更复杂的线束中使用额外的铜线，以将每个电压水平提供给设置在整个车辆上的负载。这些系统的灵活性对于未来的系统更新而言也是有限的。
技术实现思路
在各个实施例中，一种用于车辆电力分配的系统包括电池、负载和继电器，所述电池具有第二电压或标称电压，所述负载具有与标称电压不同的第一电压或额定电压，所述继电器包括：用于将第二电压或标称电压转换为第一电压或额定电压的电路以及被配置为响应于施加到所述继电器的输入的来自车辆控制器的控制信号而选择性地使用第一电压或额定电压给所述负载供电的输出。所述继电器可由单片固态继电器来实现，所述单片固态继电器具有用于将标称电压降低至额定电压的集成电路。在各个实施例中，所述继电器被配置为选择性地将所述输出连接到地。电压转换电路可包括使用晶体管降低(step-down)标称电压的电路、连接到所述晶体管的输出滤波器和控制器，所述控制器连接到所述晶体管且被配置为：产生具有基于标称电压和额定电压的占空比的脉冲宽度调制(PWM)开关信号。所述输出滤波器可由L-C滤波器来实现。所述系统除了包括具有标称电压的电池以外，还可包括牵引电池以及连接到所述牵引电池和所述具有标称电压的电池的DC/DC转换器。在各个实施例中，具有集成的电压转换器的继电器包括用于降低标称电压的电路，所述电路包括晶体管、二极管、电感器、电容器和控制器，所述晶体管具有源极、漏极和栅极，所述二极管连接在所述漏极和地之间，所述电感器连接到所述源极，所述电容器连接在所述电感器与地之间，所述控制器被配置为：产生连接到所述栅极的开关信号，所述开关信号具有基于标称电压和额定电压的占空比。在一个实施例中，标称电压为48V，额定电压为12V，占空比或“导通”时间为0.25或25％。所述继电器还可包括电压保护二极管，所述电压保护二极管极性相反地连接在所述漏极与所述栅极之间。一些实施例提供连接在所述负载与所述控制器之间的电流感测电路以及连接在所述负载两端且连接到所述控制器的电压感测电路。根据本公开的实施例还可包括一种用于车辆电力分配的方法，所述方法包括：通过具有集成的电压转换器的继电器，为具有低于来自车辆电源的第二电压的第一电压的车辆电力负载供电，其中，所述继电器响应于来自车辆控制器的继电器输入信号而将第二电压转换为第一电压并给所述车辆电力负载供电。所述继电器可由具有集成电路的单片固态继电器来实现，所述集成电路包括连接到脉冲宽度调制控制器的开关晶体管，所述脉冲宽度调制控制器被配置为产生具有基于第一电压和第二电压的占空比的开关信号。所述方法还可包括：所述脉冲宽度调制控制器分别经由关联的电流感测电路和电压感测电路来监测提供到所述车辆电力负载的电流和电压。根据本专利技术的一个实施例，所述继电器包括单片固态继电器。根据本专利技术的一个实施例，所述继电器包括具有集成电路的单片固态继电器，所述集成电路包括连接到脉冲宽度调制控制器的开关晶体管，所述脉冲宽度调制控制器被配置为产生具有基于第一电压和第二电压的占空比的开关信号。根据本专利技术的一个实施例，所述方法还包括：使用所述脉冲宽度调制控制器来监测提供到车辆电力负载的电流和电压。根据本专利技术的一个实施例，所述集成的降压式电压转换器包括L-C输出滤波器。一种车辆电力分配系统的各个实施例包括单片固态继电器，所述单片固态继电器包括集成电路，所述集成电路用于将标称车辆电池电压转换为车辆电力负载的供电电压并且用于响应于施加到所述继电器的输入的来自车辆控制器的控制信号而选择性地给所述车辆电力负载供电。所述集成电路可包括晶体管、控制器和输出滤波器，所述控制器连接到所述晶体管并且产生具有基于所述标称车辆电池电压和所述供电电压的预定占空比的开关信号，所述输出滤波器包括连接到所述晶体管的电感器和二极管以及连接到所述电感器的电容器。所述系统还可包括极性相反地串联连接在所述晶体管的栅极和漏极之间的电压保护二极管。还可提供电压感测电路和电流感测电路，所述电压感测电路连接到所述控制器并且被配置为监测继电器输出电压，所述电流感测电路连接到所述控制器并且被配置为监测继电器输出电流。根据本公开的实施例可提供一个或更多个优点。例如，根据本公开的使用具有集成的电压转换器的继电器的车辆电力分配系统可在消除对于用于传统组件或附件的第二辅助电池的需求的同时，提供更高电压(诸如，48V)的电池。类似地，具有集成的降压转换器的继电器的使用消除了对于在宽输出功率范围内具有高效率的高功率DC/DC转换器的需求并且降低了电力监测的复杂度。通过针对具有与标称电池电压不同的电压要求的特定负载或装置使用不同的继电器，根据本公开的实施例的具有集成的电压转换器的继电器提高了车辆电力分配系统适应于具有宽范围的操作电压的组件或附件的灵活性。系统可通过改变继电器或开关装置而不是改变辅助电池、线束等来适应具有不同的电压要求的未来装置。根据本公开的实施例的具有集成的电压转换器的继电器还降低了线束的复杂度并且减少了双电压或多电压电力分配系统所需要的铜的量。当结合附图考虑时，通过下面的详细描述，以上优点以及与各个实施例关联的其它优点和特征对于本领域的普通技术人员而言将是显而易见的。附图说明图1是根据代表性电动车辆实施例的拥有具有集成的电压转换器的继电器的车辆电力分配系统的框图；图2是示出根据代表性实施例的使用具有集成的降压转换器的继电器进行电力分配的系统或方法的操作的简化电路示意图；图3示出了根据多个实施例的具有集成的降压式电压转换器的继电器的代表性信号。具体实施方式根据需要，在此公开了详细的实施例；然而，应理解的是，所公开的实施例仅代表所要求保护的主题，并且可以以各种形式和替代形式来实施。附图不必按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用实施例的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各个特征可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车辆电力分配系统，包括：电池，具有标称电压；负载，具有小于标称电压的额定电压；继电器，包括用于将标称电压降低到额定电压的电路以及被配置为响应于施加到继电器的输入的控制信号而选择性地用额定电压给所述负载供电的输出。

【技术特征摘要】
2015.12.03 US 14/957,9371.一种车辆电力分配系统，包括：电池，具有标称电压；负载，具有小于标称电压的额定电压；继电器，包括用于将标称电压降低到额定电压的电路以及被配置为响应于施加到继电器的输入的控制信号而选择性地用额定电压给所述负载供电的输出。2.如权利要求1所述的车辆电力分配系统，其中，所述继电器包括单片固态继电器，所述单片固态继电器具有用于将标称电压降低到额定电压的集成电路。3.如权利要求1所述的车辆电力分配系统，其中，所述继电器被配置为选择性地将所述输出接地。4.如权利要求1所述的车辆电力分配系统，其中，所述用于将标称电压降低到额定电压的电路包括：晶体管；输出滤波器，连接到所述晶体管；控制器，连接到所述晶体管并且被配置为产生脉冲宽度调制开关信号。5.如权利要求4所述的车辆电力分配系统，其中，所述输出滤波器包括L-C滤波器。6.如权利要求4所述的车辆电力分配系统，其中，所述控制器被配置为产生具有占空比为0.25的脉冲宽度调制开关信号。7.如权利要求1所述的车辆电力分配系统，还包括：牵引电池；DC/DC转换器，连接到所述牵引电池和所述具有标称电压的电池。8.如权利要求1所述的车辆电力分配系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃民·艾玛尔，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US