一种集成电力控制装置、系统、方法及车辆

技术领域

本发明涉及电力控制系统技术领域，尤其涉及一种集成电力控制装置、系统、方法及车辆。

背景技术

新能源汽车的低压网络供电的来源为降压直流电源(DCDC)。为简化系统设计，一般情况下降压直流电源(DCDC)与车载充电机电力控制器(On-Board Charger，OBC)和电源分配单元(Power Distribution Unit，PDU)一同集成为一个零部件——集成电力电子模块(Integrated Power ElectronicsUnit，IPEU)。集成电力电子模块包括一连接车载低压蓄电池的低压端子(LV Connector)，用于向集成电力电子模块IPEU提供工作用低压电。

当出现车载低压蓄电池与集成电力电子模块IPEU的连线KL30发生断路的故障时，低压蓄电池即无法给集成电力电子模块IPEU提供工作用低压电，集成电力电子模块IPEU内部的降压直流电源DCDC同样无法给自身提供低压电，此时整车的低压网络将完全由车载低压蓄电池直接进行供电——若这个状态维持时间过长容易导致低压蓄电池出现亏电情形；同时，若在这个状态下低压网络中负载出现大功率需求，低压蓄电池可能无法满足进而导致零部件工作异常，对于整车电力系统的鲁棒性造成极大隐患。因此，亟需一种集成电力控制系统来解决上述技术问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种集成电力控制装置、系统、方法及车辆，具体技术方案如下所示：

一种集成电力控制装置，其中，包括：

第一转换单元，用以将经由一高压回路输入的高电压转换为一低电压并输出至一低压回路，所述低压回路还连接所述第一转换单元，用以为所述第一转换单元提供工作电压；

检测单元，用以持续检测所述工作电压，并于所述工作电压消失时输出一切换信号；

第二转换单元，分别连接所述检测单元和所述高压回路，用以根据所述切换信号，将所述高电压转换为所述工作电压并输出至所述低压回路。

优选的，该集成电力控制装置，其中，还包括一第三转换单元，用以将一外部的交流电流转换为一高电压并输出至所述高压回路；

所述第一转换单元和所述第二转换单元分别通过所述第三转换单元的输出端接入所述高压回路。

优选的，该集成电力控制装置，其中，还包括一第一输入端口，所述第一输入端口分别连接所述外部的交流电流及所述第三转换单元。

优选的，该集成电力控制装置，其中，还包括一第二输入端口，所述第二输入端口分别连接所述低压网络、所述第一转换单元的工作电压输入端、所述第二转换单元的输出端及所述第三转换单元的工作电压输入端。

优选的，该集成电力控制装置，其中，还包括一高压接口，所述高压接口接入所述高压回路以及一电池包。

优选的，该集成电力控制装置，其中，还包括一低压输出端口，所述低压输出端口分别连接所述第二转换单元的输出端以及所述低压回路。

优选的，该集成电力控制装置，其中，当未接受到所述切换信号时，所述第二转换单元处于休眠状态。

优选的，该集成电力控制装置，其中，当所述检测单元检测接收到所述工作电压时，输出一休眠信号并传输至所述第二转换单元。

优选的，该集成电力控制装置，其中，所述集成电力控制装置包括一反馈单元，连接所述第二转换单元；

当所述第二转换单元接收到所述切换信号时，所述第二转换单元将实时工况信息持续回传至所述反馈单元。

优选的，该集成电力控制装置，其中，所述实时工况信息包括所述第二转换单元的实时工作状态、故障等级、故障代码、输入电压、输入电流、输出电压以及输出电流。

优选的，该集成电力控制装置，其中，当所述工作电压消失时，所述检测单元还生成一故障警报并输出至一外部的控制端。

优选的，该集成电力控制装置，其中，所述工作电压为9V～16V。

优选的，该集成电力控制装置，其中，所述检测单元集成于所述第一转换单元。

优选的，该集成电力控制装置，其中，所述反馈单元集成于所述第一转换单元。

一种车载集成电力控制系统，其中，包括上述的集成电力控制装置；

所述车载集成电力控制系统还包括：

低压蓄电池，与所述低压回路并联连接，用以为所述低压回路提供所述工作电压；

所述低压回路还用以为所述低压蓄电池进行充电。

一种车辆，其中，包括上述的集成电力控制装置。

一种车辆，其中，包括上述的车载集成电力控制系统。

一种集成电力控制方法，其中，应用于上述的集成电力控制装置中，所述集成电力控制方法包括如下步骤：

步骤S1，持续检测所述工作电压，并于所述工作电压消失时输出一切换信号；

步骤S2，根据所述切换信号，将所述高电压转换为所述工作电压并输出至所述低压回路。

本技术方案具有如下优点或有益效果：

通过本技术方案，能够持续检测低压回路对于各个电力转换单元的工作电压供给情况，并当工作电压消失时基于冗余供电思想，通过切换备用电力转换单元，从高电压中取电并输出默认值的工作电压并通过低压网络供给各个电力转换单元，进而有效保护了车载低压网络的正常运行，大幅降低了系统鲁棒性，具有推广价值。

附图说明

图1为本发明一种集成电力控制装置、系统、方法及车辆中，集成电力控制装置的结构示意图；

图2为本发明一种集成电力控制装置、系统、方法及车辆中，集成电力控制系统的结构示意图。

图3为本发明一种集成电力控制装置、系统、方法及车辆中，集成电力控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种集成电力控制装置、系统、方法及车辆，具体技术方案如下所示：

一种集成电力控制装置，如图1所示，包括：

第一转换单元1，用以将经由一高压回路输入的高电压转换为一低电压并输出至一低压回路，低压回路还连接第一转换单元1，用以为第一转换单元1提供工作电压；

检测单元2，用以持续检测工作电压，并于工作电压消失时输出一切换信号；

第二转换单元3，分别连接检测单元2和高压回路，用以根据切换信号，将高电压转换为工作电压并输出至低压回路。

在本发明的一较佳实施例中，该种集成电力控制装置基于冗余供电思想设计而成，当低压回路基于故障因素影响而无法进行正常进行工作电压供给时，第一转换单元1的正常工作将受到影响，无法按照既定需求维持低压回路，导致采用低压回路进行工作的系统内部的一些零部件以及设备出现运行问题。在此状态下，通过第二转换单元2和检测单元3的配合进行解决：检测单元3持续检测工作电压的供给情况，当检测到工作电压消失时，生成一切换信号以通知第二转换单元2进行工作电压供给的接替；第二转换单元2直接从高压回路中取电，将高压电转换为工作电压以供第一转换单元1进行使用，保证了低压回路中低压电的持续稳定输出，从而保证各类低压设备正常工作。

于上述较佳实施例中，检测单元3将独立的切换信号通过硬线传输实现对于第二转换单元2的快速唤醒，该种切换信号采用例如isWkUp进行标识(也可以采用其他的标识方式，在此不进行限制)，能够在异常情况发生时实现快速冗余供电切换响应，保证集成电力控制装置的整体工作稳定性。

作为优选的实施方式，仍然如图1中所示，该种集成电力控制装置中还包括一第三转换单元4，用以将一外部的交流电流转换为一高电压并输出至高压回路；

第一转换单元1和第二转换单元2分别通过第三转换单元4的输出端接入高压回路。

作为优选的实施方式，该种集成电力控制装置，其中还包括一第一输入端口01，第一输入端口01分别连接外部的交流电流及第三转换单元4。

具体地，当集成电力控制装置接入外部的交流电例如接入外部的充电桩或者旅充枪时，第三转换单元4负责将输入的交流电转换成高电压HV并输入至高压回路中。此时，第一转换单元1和第二转换单元2分别接入到第三转换单元4的输出端，并通过第三转换单元4的输出端接入高压回路中。作为优选的实施方式，该种集成电力控制装置，其中还包括一第二输入端口02，第二输入端口02分别连接低压网络、第一转换单元1的工作电压输入端、第三转换单元4的工作电压输入端及第二转换单元2的输出端，外部的低压网络通过该第二输入端口02输入低电压，并提供给第一转换单元1和第三转换单元4工作所需的低电压。

作为优选的实施方式，该种集成电力控制装置，其中还包括一高压接口03，高压接口03接入高压回路以及一电池包。具体地，该高压接口03还连接上述第三转换单元4，其工作原理为：

第一输入端口01接入外部的交流电例如充电桩或者旅充枪后，第三转换单元4将交流电转换成高电压并输入至高压回路中，通过高压回路和高压接口03为电池包进行充电。同时第一转换单元1和第二转换单元2通过第三转换单元4的输出端接入高压回路，并将该高压回路的高电压转换成低电压输入至低压回路中，以提供给需求低电压作为工作电压的设备。

当第一输入端口01不接入交流电时，第三转换单元4不工作，此时高压回路中的高电压由电池包产生并经由高压接口03输入至高压回路。第一转换单元1和第二转换单元2直接通过高压回路接收高电压，第一转换单元将该高电压转换成低电压并输入至低压回路中，以提供给需求低电压作为工作电压的设备。

作为优选的实施方式，该种集成电力控制装置，其中还包括一低压输出端口04，低压输出端口04分别连接第一转换单元1的输出端以及低压回路。

作为优选的实施方式，该种集成电力控制装置，其中当未接受到切换信号时，第二转换单元2处于休眠状态。

在本发明的另一较佳实施例中，由于第二转换单元2是起到在未检测到工作电压的情况下提供冗余供电的作用，故而在未接受到切换信号时，意味着第一转换单元1和第三转换单元4正处于正常工作状态，第二转换单元2没有工作需求，适合处于休眠状态以节省能耗。

作为优选的实施方式，该种集成电力控制装置，其中当检测单元3检测接收到工作电压时，输出一休眠信号并传输至第二转换单元2。

在本发明的另一较佳实施例中，检测单元3对于工作电压是否存在的检测是持续不断的；当异常状态因外部维护因素的介入后恢复正常，工作电压能够被重新检测到时，第二转换单元2无需再度进行工作可以返回休眠状态，此时由检测单元3发送一休眠信号控制其重回休眠状态等待下一次唤醒。

作为优选的实施方式，该种集成电力控制装置，其中集成电力控制装置包括一反馈单元5，连接第二转换单元2；

当第二转换单元2接收到切换信号时，第二转换单元2将实时工况信息持续回传至反馈单元5。

作为优选的实施方式，该种集成电力控制装置，其中实时工况信息包括第二转换单元的实时工作状态、故障等级、故障代码、输入电压、输入电流、输出电压以及输出电流。

在本发明的另一较佳实施例中，当第二转换单元2从休眠状态转换为工作状态后，需要将自身的实时工况信息回传至反馈单元5并由反馈单元5对于其实时工况进行必要的监控，其中实时工况信息包括但不限于第二转换单元2的实时工作状态，故障等级、故障代码、输入电压电流以及输出电压电流等常态工作信息。

于上述较佳实施例中，反馈单元5在对于第二转换单元2回传的实时工作状态信息进行汇总后，将根据用户的实际需求将筛选后的部分实时工况状态信息进行对外汇报，能够满足用户对切换工况进行实时监测，实现故障及时排除等实际应用需求。

于上述较佳实施例中，反馈单元5与第二转换单元2间采用CAN总线的方式进行连接，能够实现实时工况信息的高速稳定传输。

作为优选的实施方式，该种集成电力控制装置，其中当工作电压消失时，检测单元3还生成一故障警报并输出至一外部的控制端。

在本发明的另一较佳实施例中，当处于未能检测到工作电压的异常状态时，虽然可以依靠唤醒第二转换单元2实现第三转换单元4和第一转换单元1的正常工作电压供给，但是这一故障情况仍是需要进行相应修复和排除的；检测单元3在执行检测以及切换信号输出工作的同时，还需要将这一故障信息向用户进行反馈加以及时排除。

于上述较佳实施例中，有关故障警报的生成和告知可以是生成故障代码并传输至外部的用户交互端，也可以是通过电力管理的CAN总线进行相应的回传上报，具体的通知方式可以根据用户的实际需求进行适应性修改，在此不作限定。

作为优选的实施方式，该种集成电力控制装置，其中，工作电压的电压范围为9V～16V，第二转换单元2的输出电压的默认值为13.5V。

作为优选的实施方式，该种集成电力控制装置，其中，检测单元3集成于第一转换单元1中。

作为优选的实施方式，该种集成电力控制装置，其中，反馈单元3同样集成于第一转换单元1中。

在本发明的另一较佳实施例中，根据用户的配置需求，检测单元3和反馈单元5均可集成于第一转换单元1中，由第一转换单元1统一进行工作电压检测以及第二转换单元2的实时工况信息反馈；这一设计需要基于某些特殊应用场景进行具体设置，将于后文中进行详细阐释。

一种车载集成电力控制系统，包括上述任意一项的集成电力控制装置；

车载集成电力控制系统还包括：

低压蓄电池，与低压回路并联连接，用以为低压回路提供工作电压；

低压回路还用以为低压蓄电池进行充电。

上述车载集成电力控制系统中的交流电由外部的充电桩或者旅充枪等设备提供，在此不再赘述。

现提供一具体实施例对本技术方案进行进一步阐释和说明：

于现有的新能源汽车低压网络供电设计中，为简化系统设计，通常将降压直流电源(DCDC)与车载充电机(On-Board Charger，OBC)和电源分配单元(Power DistributionUnit，PDU)一同集成为一个零部件——集成电力电子模块(Integrated PowerElectronics Unit，IPEU)。集成电力电子模块包括一连接车载低压蓄电池的低压端子(LVConnector)，用于向集成电力电子IPEU提供工作用低压电。

这样的现有设计存在一定的缺陷隐患：当出现车载低压蓄电池与集成电力电子模块IPEU的连线KL30发生断路的故障时，低压蓄电池即无法给集成电力电子模块IPEU提供工作用低压电，集成电力电子模块IPEU内部的降压直流电源DCDC同样无法给自身提供低压电，此时整车的低压网络将完全由车载低压蓄电池直接进行供电——若这个状态维持时间过长容易导致低压蓄电池出现亏电情形；同时，若在这个状态下低压网络中负载出现大功率需求，低压蓄电池可能无法相关满足进而导致零部件工作异常，对于整车电力系统的鲁棒性造成极大隐患。

基于上述实际应用问题，于本具体实施例中提供了一种集成电力控制系统，采用冗余供电的设计思想对上述问题提出了行之有效的解决方案：

在本具体实施例中，如图2所示，第三转换单元为车载充电机10；第一转换单元为主降压电源11；第二转换单元为辅降压电源12；第一输入端口为交流电输入端口13，连接外部的交流充电桩或者旅充枪；第二输入端口为连接整车低压网络的低压输入端口14；高压接口15和低压输出端口16分别连接整车电力系统的相应组成部分。

于本具体实施例中，由于主降压电源11集成了较多的功能组件，其同时集成了检测单元和反馈单元的相关功能。

于上述具体实施例中，主降压电源11用于将车载充电机10输出的高压电转化为低压电供给整车的低压网络使用并向低压网络中的低压蓄电池进行充电，而车载充电机10和主降压电源11的工作电压则由低压蓄电池通过低压网络进行供给；通过在主降压电源11的基础上进一步设置了辅降压电源12，能够在低压蓄电池和集成电力控制系统间出现异常断路情况时，提供必要的工作低压电以维持车载充电机10和主降压电源11的正常工作，进而保证对整车低压电路的持续按需供电。

相应地，若车载充电机10未接入外部的交流电，则可以通过高压接口15接入的电池包提供高电压，并经由第一转换单元1转换成低电压，同样能够向低压网络中的低压蓄电池供电。

于上述具体实施例中，针对低压蓄电池是否对车载充电机10和主降压电源11的工作进行供电的检测由主降压电源11进行判断：KL30和KL31分别代表低压端子和车载低压蓄电池的正极和负极的连线，当KL30出现断路情况时，低压蓄电池即无法对集成电力控制系统进行工作供电，因此通过监测低压蓄电池和集成电力控制系统的连接关系就能够实现对于是否正常低压供电的判断。

于上述具体实施例中，当监测到低压蓄电池和集成电力控制系统之间为断路关系，作为监测主体的主降压电源11将生成一唤醒信号并发送至辅降压电源12，以实现冗余供电的切换。

于上述具体实施例中，在正常工作状态下，辅降压电源12处于休眠状态，直至接收到主降压电源11给出的唤醒信号之后才转入工作状态，此时由于低压蓄电池无法提供必需的工作低压电，故而辅降压电源12直接从车载充电机10和高压接口15间的高压直流母线中进行取电，并降压输出既定电压值的工作低压电，通过集成电力控制系统内部的低压网络提供给车载充电机10和主降压电源11，保证主降压电源11能够持续输出整车低压网络所需的低压供电。

于上述具体实施例中，当辅降压电源12从休眠状态转换为工作状态后，需要将自身的实时工况信息回传至主降压电源11并由主降压电源11对于其实时工况进行必要的监控，其中实时工况信息包括但不限于辅降压电源12的实时工作状态，辅降压电源12的故障等级、故障代码、输入电压电流以及输出电压电流等常态工作信息。

于上述具体实施例中，主降压电源11在对于辅降压电源12回传的实时工作状态信息进行汇总后，将根据用户的实际需求将筛选后的部分实时工况状态信息汇报至整车的动力CAN总线上供用户进行及时查看，实现故障及时排除等实际应用需求。

于上述具体实施例中，当存在KL30异常断路情况时，主降压电源11将独立的切换信号通过硬线传输实现对于辅降压电源12的快速唤醒，该种切换信号采用isWkUp进行标识，能够在异常断路发生时实现快速冗余供电切换响应，保证整车低压网络的用电需求持续得到主降压电源11的满足。

于上述具体实施例中，由于主降压电源11在进行降压工作的同时还用于对集成电力控制系统和低压蓄电池的连接关系进行持续监控，故而当连接情况为断开时，主降压电源11除了唤醒辅降压电源12进行冗余供电外，还需要将这一故障信息对用户进行反馈加以及时排除：可以是生成故障代码并传输至外部的用户交互端，也可以是通过整车的动力管理CAN总线进行相应的回传上报，具体的通知方式可以根据用户的实际需求进行适应性修改，在此不作限定。

于上述具体实施例中，当KL30的异常断路故障经维修得以排除之后，连接情况由断路恢复为连接状态时，此时低压蓄电池能够重新恢复对于车载充电机10和主降压电源11的正常工作低压供电，无需再由辅降压电源12进行冗余供电，此时由主降压电源11再度生成一休眠信号并发送至辅降压电源12控制其重新进入休眠状态，等待下一次出现低压蓄电池断路异常时再度被主降压电源11进行唤醒。

于上述具体实施例中，辅降压电源12和主降压电源11之间除了采用硬线信号连接以进行快速唤醒之外，两者之间还包括CAN总线连接结构实现信息交互，使得辅降压电源12进行工作状态后能够通过CAN总线持续将自身的实时工况信息反馈至主降压电源11。于上述具体实施例中，硬线连接和CAN总线连接属于并行设置关系。

于上述具体实施例中，辅降压电源12在从高压直流母线进行取电后，需要对取电进行降压操作使得输出的工作电压符合车载充电机10和主降压电源11的工作所需。在上述较佳实施例中，工作电压对应的电压被设定为13.5V的默认值。于不同的应用场景中，工作电压对应的电压也可根据用户的实际需求进行适应性修改，在此不作限定。

一种车辆，包括上述任意一项的集成电力控制装置。

一种车辆，包括上述的车载集成电力控制系统。

一种集成电力控制方法，应用于上述的集成电力控制系统中，集成电力控制方法包括如下步骤：

步骤S1，持续检测工作电压，并于工作电压消失时输出一切换信号；

步骤S2，根据切换信号，将高电压转换为工作电压并输出至低压回路。

在本发明的另一较佳实施例中，进一步提供了一种集成电力控制方法，与前述的集成电力控制系统进行配套使用：当集成电力控制系统处于工作状态时，需要对集成电力控制系统中的车载充电机10和主降压电源11的工作电压供给情况进行持续性监测，当出现工作电压供给异常情况时以及时控制辅降压电源12进行冗余供电：

于上述较佳实施例中，辅降压电源12在正常状态下并不工作，直到集成电力控制系统检测到工作电压供给异常时才执行冗余供电工作：通过接入车载充电机10和高压接口15之间的高压输出母线中进行取电，并通过降压操作输出工作电压给车载充电机10和主降压电源11。

于上述较佳实施例中，当外部不接入交流电时，车载充电机10不需要执行交流转高电压的操作，由电池包直接通过高压接口15输入高电压至高压网络，辅降压电源12通过连接高压接口15的高压输出母线进行取电并进行判断，其余处理过程与上文中相同。

于上述较佳实施例中，还可以进一步包括一步骤S4：当辅降压电源12从休眠状态转换为工作状态后，需要将自身的实时工况信息回传至主降压电源11并由主降压电源11对于其实时工况进行必要的监控，其中实时工况信息包括但不限于辅降压电源12的实时工作状态，辅降压电源12的故障等级、故障代码、输入电压电流以及输出电压电流等常态工作信息。

于上述较佳实施例中，还可以进一步包括一步骤S5：主降压电源11在对于辅降压电源12回传的实时工作状态信息进行汇总后，将根据用户的实际需求将筛选后的部分实时工况状态信息汇报至整车的动力CAN总线上供用户进行及时查看，进而满足故障及时排除用户进阶需求，在提升控制方法交互性的同时进一步提升了用户使用体验性。

于上述较佳实施例中，辅降压电源12和主降压电源11之间的信息交互通过CAN总线连接结构加以实现，使得辅降压电源12进行工作状态后能够通过CAN总线持续将自身的实时工况信息反馈至主降压电源11；于上述较佳实施例中，硬线连接和CAN总线连接属于并行独立设置关系。

综上所述，通过本技术方案，能够持续检测低压回路对于各个电力转换单元的工作电压供给情况，并当工作电压消失时基于冗余供电思想，通过切换备用电力转换单元，从高电压中取电并输出默认值的工作电压并通过低压网络供给各个电力转换单元，进而有效保护了车载低压网络的正常运行，大幅降低了系统鲁棒性，具有推广价值。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。