数字化智能配电装置的制作方法

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1.本实用新型属于电源管理技术领域，具体涉及一种数字化智能配电装置。

背景技术：

2.电子控制单元(ecu，electronic control unit)又称“行车电脑”、“车载电脑”等。从用途上讲则是汽车专用微机控制器，也叫汽车专用单片机。它和普通的单片机一样，由微处理器(cpu)、存储器(rom、ram)、输入/输出接口(i/o)、模数转换器(a/d)以及整形、驱动等大规模集成电路组成。
3.目前在一些中高级轿车上，不但在发动机上应用ecu，在其它许多地方都可发现ecu的踪影。例如防抱死制动系统、4轮驱动系统、电控自动变速器、主动悬架系统、安全气囊系统、多向可调电控座椅等都配置有各自的ecu。随着轿车电子化自动化的提高，ecu将会日益增多，线路会日益复杂。为了简化电路和降低成本，汽车上多个ecu之间的信息传递就要采用一种称为多路复用通信网络技术，将整车的ecu形成一个网络系统，也就是can总线(控制器局域网络，controllerareanetwork，can)。
4.整车控制器(vcu)是整个汽车的核心控制部件，相当于汽车的大脑。它采集加速踏板信号、制动踏板信号及其他部件信号，并做出相应判断后，控制下层的各部件控制器的动作，驱动汽车正常行驶。作为汽车的指挥管理中心，整车控制器主要功能包括：驱动力矩控制、制动能量的优化控制、整车的能量管理、c络的维护和管理、故障的诊断和处理、车辆状态监视等，它起着控制车辆运行的作用。因此整车控制器的优劣直接决定了车辆的稳定性和安全性。包括如下功能：
5.1.汽车驱动控制
6.根据司机要求、车辆状态等工况，合理控制电机的工作状态及功率输出，满足驾驶工况要求。包括加减速、恒速、制动和后退的工况。
7.2.制动能量回馈控制
8.根据制动踏板和加速踏板信息、车辆行驶信息、动力电池装状态信息，判断制动模式，计算制动力矩分配，回收部分能量。
9.3.整车能量优化
10.通过对电动汽车的电机驱动系统、电池管理系统、传动系统以及其他车载耗能部件的协调和管理，获得最佳的能量利用率，延长使用。
11.4.故障诊断和保护
12.进行故障诊断，并及时进行相应的安全保护处理，故障码的存储和回调。
13.5.网络管理
14.组织信息传输，网络状态监控，网络节点管理等。
15.6.车辆状态监视
16.将各自管辖对象的状态信息和故障诊断信息发至总线，由整车控制器通过综合数仪表显示出来。)
17.非公路矿用自卸车(以下简称“矿用车”)是露天矿开采运输的主力军，传统的矿用车配电都是采用的保险加继电器方式，随着矿用车电气化水平的大幅度提升，导致整车线束结构越来越复杂，线束成本也越来越高，重量越来越重，而且不具备负载检测功能，同时故障率也越来越高，还不具备数字化信息化功能。
18.传统保险加继电器方式供电存在以下缺点：
19.1.不可自恢复，保险烧毁后需要更换保险；
20.2.保险规格是确定的，如安装了5a的保险，保护电流就是5a，不可变化；
21.3.保险规格不是连续的，如常用的5a、7.5a、10a保险，如果电流是8a，那只能用10a的保险，无法精确选用对应的保险；
22.4.保险的保护特性不能根据负载电流变化而变化，例如负载的实际电流是在一定范围内不断变化的，但是保险的保护值是确定的；
23.5.由于保险的保护特性随环境温度变化，导致保护很不精确；
24.6.由于保险的特性差，导致匹配时需要极大的线束设计余量，来保证不发生线束烧毁事故；如果匹配失误，极易发生线束烧毁，保险不保护的事故；
25.7.在连接电线较长时，保险也可能失效，导致线束烧毁事故；
26.8.保险和继电器寿命短，在矿用车使用运行过程中非常容易出现松动等故障，严重影响设备正常运行。

技术实现要素：

27.本实用新型的目的在于提供一种数字化智能配电装置，能够实现can总线数字化智能配电，大幅度简化线束结构，还能够对负载的功率状态进行实时检测反馈。
28.为达到上述目的，本实用新型使用的技术解决方案是：
29.数字化智能配电装置，包括：电子控制单元、电源模块、can收发模块、开关量输入输出模块、波特率及地址配置接地模块、波特率选择模块、地址选择模块、输出驱动模块、负载功率输出模块；电子控制单元设置有电源输入端口、信号传送端口、指令传送端口、控制端口、接地控制端口、波特率端口、地址端口；电源模块的电源输出端口通过导线分别连接电子控制单元、输出驱动模块、can收发模块的电源输入端口；信号传送端口通过导线分别连接can收发模块的信号输出端口和信号输入端口；指令传送端口通过导线连接输出驱动模块的指令输入端口，控制端口通过导线连接开关量输入输出模块的输出端口，接地控制端口通过导线连接波特率及地址配置接地模块的输出端口，波特率端口通过导线连接波特率选择模块的输出端口，地址端口通过导线连接地址选择模块的输出端口；负载功率输出模块设置有功率输出端口、电源端口、信号输入端口，负载功率输出模块的信号输入端口通过导线连接输出驱动模块的信号传送端口，电源端口通过导线连接外部电源。
30.进一步，电源模块包括：第一电源模块、第二电源模块，第一电源模块的两个电源输出端口通过导线分别连接ecu单元、can收发模块的电源输入端口；第二电源模块的电源输出端口通过导线连接输出驱动模块的电源输入端口。
31.进一步，还包括：电磁抗扰度模块，emc模块的电源输入端口通过导线连接外部电源，接地端口接地，两个电源输出端口分别通过导线连接第一电源模块、第二电源模块的电源输入端口。
32.进一步，第一电源模块、第二电源模块选用直流-直流电源模块。
33.本实用新型技术效果包括：
34.本实用新型就是要针对传统的配电模式存在的突出问题，本实用新型提供一种连接can总线的数字化智能配电装置，支持智能配电，具备开关量输入、输出功能，还能够对负载的功率状态进行实时检测反馈。
35.本实用新型采用模块化设计，结构连接可靠，能够有效地解决整车配电问题，实现can总线数字化智能配电，大幅度简化线束结构，降低线束成本。
附图说明
36.图1是本实用新型中数字化智能配电装置的结构原理图。
具体实施方式
37.以下描述充分地示出本实用新型的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践和再现。
38.如图1所示，是本实用新型中数字化智能配电装置的结构原理图。
39.数字化智能配电装置，其结构包括：电子控制单元1、emc模块2、第一电源模块3、第二电源模块4、can收发模块5、开关量输入输出模块6、波特率及地址配置接地模块7、波特率选择模块8、地址选择模块9、输出驱动模块10、负载功率输出模块11。
40.电子控制单元1，接收开关量输入输出模块6发送的开关量输入信号，接收can收发模块5生成的内部数字信号，从内部数字信号中提取出负载功率信号和地址，根据负载功率信号和地址形成调整负载功率的指令，并将指令发送给输出驱动模块10；接收输出驱动模块10反馈的负载功率状态，给负载功率状态附上负载地址形成负载反馈信号，确定报文传送的波特率，接收到开关量输入输出模块6的开关量输出信号后将负载反馈信号和波特率发送给can收发模块5。电子控制单元1设置有电源输入端口、信号传送端口、指令传送端口、控制端口、接地控制端口、波特率端口、地址端口；电源输入端口通过导线连接第一电源模块3的电源输出端口，信号传送端口通过导线连接can收发模块5，指令传送端口通过导线连接输出驱动模块10，控制端口通过导线连接开关量输入输出模块6，接地控制端口通过导线连接波特率及地址配置接地模块7，波特率端口通过导线连接波特率选择模块8，地址端口通过导线连接地址选择模块9。如果是天然气车辆，电子控制单元1可以选用山东盛陆的vg1540090082，也可以选取其他型号的单片机。
41.电磁抗扰度(emc)模块2用于输入外部电源，消除电磁干扰，避免电磁干扰传递。emc模块2输入电压为9-36vdc宽电压范围，可以满足矿用车电源环境。emc模块2的电源输入端口用于连接外部电源，接地端口用于接地，两个电源输出端口分别连接第一电源模块3、第二电源模块4的电源输入端口。emc模块2可以选用北京伟仕天成科技有限公司生产的汽车专用滤波器。
42.电源模块(包括第一电源模块3、第二电源模块4)用于提供电源，具有多种输入、输出电压，内置输入滤波器，具有低电磁兼容特性。第一电源模块3的两个电源输出端口通过导线分别连接ecu单元1、can收发模块5的电源输入端口，用于向ecu单元1、can收发模块5提供电源；第二电源模块4的电源输出端口通过导线连接输出驱动模块12的电源输入端口，用
于向输出驱动模块12提供稳定的电源。第一电源模块3、第二电源模块4选用dc-dc(直流-直流)电源模块，dc-dc电源模块用于改变输入的直流电压，并将改变后的直流电压输出。当然，第一电源模块3、第二电源模块4可以为子控制单元1、emc模块2、can收发模块5、开关量输入输出模块6、波特率及地址配置接地模块7、波特率选择模块8、地址选择模块9、输出驱动模块10任一部件提供电源；开关量输入输出模块6、波特率及地址配置接地模块7、波特率选择模块8、地址选择模块9也可以利用ecu单元1提供电源。dc-dc电源模块可以选用北京伟仕天成科技有限公司生产的dc-dc电源模块。
43.can收发模块(can收发器)5用于接入can总线，连接在ecu单元1、can总线之间，接收can总线的报文并解析成内部数字信号，将内部数字信号发送给ecu单元1的信号输入端口；接收ecu单元1的负载反馈信号，将负载反馈信号形成报文按照设定的波特率发送到can总线。can收发模块(can收发器)5实现了数字化智能配电装置与can总线的信息交互，数字化智能配电装置对外采用的can总线数字信号交互的方式，整车控制器(vcu)通过can总线与数字化智能配电装置进行信息交互，实现高度数字化、智能化配电。can收发模块(can收发器)5还能够实现信号隔离、延长通信距离、增加通信节点、can总线防护等功能。can收发器的作用是负责逻辑电平(内部数字信号)和差分信号(报文)之间的转换。电子控制单元1输出逻辑电平到can收发器，然后经过can收发器内部转换，将逻辑电平转换为差分信号输出到can总线上，can总线上的节点都可以决定自己是否需要总线上的数据。can收发模块(can收发器)5使用can总线的通信协议。can收发器可以选用tja1040收发器或者pca82c250收发器，can收发器用于连接can总线的canh线和canl线。
44.开关量输入输出模块6的信号输入端口用于接入can总线，信号输出端口连接ecu单元1的控制端口，开关量输入输出模块6作为ecu单元1的控制模块，用于采集ecu单元1的开关量输入信号/控制ecu单元1的内部数字信号输出；ecu单元1收到开关量输入信号后，接收can收发模块5生成的内部数字信号；开关量输入输出模块6向ecu单元1发送开关量输出信号，ecu单元1将负载反馈信号发送给can收发模块5，can收发模块5将生成的报文发送到can总线。开关量输入输出模块6可以同时采集整车的多路开关量输入信号，控制ecu单元1与多个外部设备信息交互。开关量输入输出模块6选用eda9050开关量输入输出模块。
45.波特率及地址配置接地模块7，用于确定波特率选择模块、地址选择模块的接地点；波特率及地址配置接地模块与波特率选择模块、地址线a和地址线b配合使用来实现硬件的波特率和地址选择；
46.波特率选择模块8，根据接地点确定与can总线通信的波特率，将波特率上报给ecu单元1。波特率选择模块8与波特率及地址配置接地模块7配合使用，可以实现通过硬件接线来实现两种波特率选择切换。
47.地址选择模块9根据接地点确定报文地址，并将报文地址上报给ecu单元1。地址选择模块包括：地址线a和地址线b，地址选择模块通过地址线a和地址线b的接地来确定负载地址。本优选实施例中，地址线a和地址线b通过接地设置，例如，地址线a接地为0，地址线b不接地为1，地址线a和地址线b能够实现4种地址的选择切换。
48.输出驱动模块10，为开关量输出模块11的输出驱动模块，接收ecu单元1的调整负载功率的指令，形成指定负载的功率控制指令，控制负载功率输出模块11的输出功率，并实时反馈负载功率状态。
49.负载功率输出模块11设置有功率输出端口和电源端口、信号输入端口，输出驱动模块10的信号传送端口通过导线连接负载功率输出模块11的信号输入端口，功率输出端口通过导线连接负载，电源端口通过导线连接外部电源；负载功率输出模块11接收输出驱动模块10的功率控制指令，利用外部电源形成地址对应负载的输出功率，将输出功率传输给负载，并实时反馈负载功率状态上报给输出驱动模块10。本优选实施例中，开关量输出模块11设置有多个电源输出端口，每个电源输出端口连接有一个外部负载。
50.数字化智能配电装置的配电方法，具体包括以下步骤：
51.步骤1：can收发模块5接收can总线的报文并解析成内部数字信号，当ecu单元1接收到开关量输入输出模块6发送的开关量输入信号后，接收内部数字信号，从内部数字信号中提取出负载功率信号和地址，根据负载功率信号(负载功率信号中包含有负载功率数值)和地址形成调整负载功率的指令，并将指令发送给输出驱动模块10；
52.ecu单元1接收输出驱动模块10反馈的负载功率状态，给负载功率状态附上地址，确定信号传输的波特率，形成负载反馈信号，接收到开关量输入输出模块6的开关量输出信号后将负载反馈信号发送给can收发模块5，can收发模块5将负载反馈信号按照波特率发送到can总线，整车控制器(vcu)通过can总线接收负载反馈信号，实现信息交互，随时监控负载的配电状态。
53.步骤2：输出驱动模块10根据指令和地址，形成地址对应负载的功率控制指令，控制负载功率输出模块11的输出功率；
54.输出驱动模块10还实时反馈负载功率状态上报给ecu单元1。
55.步骤3：负载功率输出模块11接收功率控制指令，利用外部电源形成地址对应负载的输出功率，将输出功率传输给负载。
56.负载功率输出模块11检测所连接负载的负载功率状态，反馈负载功率状态上报给输出驱动模块10。
57.本实用新型所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离技术方案的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

技术特征：

1.一种数字化智能配电装置，其特征在于，包括：电子控制单元、电源模块、can收发模块、开关量输入输出模块、波特率及地址配置接地模块、波特率选择模块、地址选择模块、输出驱动模块、负载功率输出模块；电子控制单元设置有电源输入端口、信号传送端口、指令传送端口、控制端口、接地控制端口、波特率端口、地址端口；电源模块的电源输出端口通过导线分别连接电子控制单元、输出驱动模块、can收发模块的电源输入端口；信号传送端口通过导线分别连接can收发模块的信号输出端口和信号输入端口；指令传送端口通过导线连接输出驱动模块的指令输入端口，控制端口通过导线连接开关量输入输出模块的输出端口，接地控制端口通过导线连接波特率及地址配置接地模块的输出端口，波特率端口通过导线连接波特率选择模块的输出端口，地址端口通过导线连接地址选择模块的输出端口；负载功率输出模块设置有功率输出端口、电源端口、信号输入端口，负载功率输出模块的信号输入端口通过导线连接输出驱动模块的信号传送端口，电源端口通过导线连接外部电源。2.如权利要求1所述的数字化智能配电装置，其特征在于，电源模块包括：第一电源模块、第二电源模块，第一电源模块的两个电源输出端口通过导线分别连接ecu单元、can收发模块的电源输入端口；第二电源模块的电源输出端口通过导线连接输出驱动模块的电源输入端口。3.如权利要求2所述的数字化智能配电装置，其特征在于，还包括：电磁抗扰度模块，emc模块的电源输入端口通过导线连接外部电源，接地端口接地，两个电源输出端口分别通过导线连接第一电源模块、第二电源模块的电源输入端口。4.如权利要求3所述的数字化智能配电装置，其特征在于，第一电源模块、第二电源模块选用直流-直流电源模块。

技术总结

本实用新型公开了一种数字化智能配电装置，包括：电子控制单元、电源模块、CAN收发模块、开关量输入输出模块、波特率及地址配置接地模块、波特率选择模块、地址选择模块、输出驱动模块、负载功率输出模块；电子控制单元设置有电源输入端口、信号传送端口、指令传送端口、控制端口、接地控制端口、波特率端口、地址端口。本实用新型能够实现CAN总线数字化智能配电，大幅度简化线束结构，还能够对负载的功率状态进行实时检测反馈。状态进行实时检测反馈。状态进行实时检测反馈。