CN101544215A - 一种电动车高压双回路安全保护系统及其方法 - Google Patents

一种电动车高压双回路安全保护系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动车高压双回路安全保护系统及其方法，所述电动车高压双回路安全保护系统包括由VMS整车控制器，电机控制器总成，驱动电机和高压动力电池包总成通过硬线串联连接构成的硬线控制回路，以及并联在整车CAN网络上的VMS整车控制器，电机控制器总成中的MCU控制板和高压动力电池包总成中的BMS电池管理系统构成的通讯网络控制回路，本发明所述的控制方法主要是通过各个控制系统的自检和CAN通讯网络进行安全信息交互校验来决定动力电池是否对外输出高压电。本发明所述的双回路高压安全保护系统能够可靠的实现保护电动车或混合动力车内的高压电气设备、高压输电线路以及操作人员安全的目的，大大提高了整车的高压电安全性和可靠性。

Description

一种电动车高压双回路安全保护系统及其方法
技术领域
本发明涉及对电动车中作为动力系统的高压电安全保护系统，更为具体来说是关于由高压电安全硬线控制回路和高压电安全网络控制回路构成的电动车高压电安全保护系统，由其实现对电动车的高压电安全故障的处理和人员的安全保护目的。
背景技术
随着全球石油资源的紧张及环境污染日趋严重，各种节能环保的新能源汽车不断涌现，特别是电动汽车和混合动力汽车越来越受到人们的关注和青睐，这最主要是得益于新能源、新材料、高性能微处理器技术以及大容量动力电池技术的进步和突破，使得人们对电动汽车和混合动力汽车有了新的认识，同时电动车的接受度也得到了极大的提高，人们已经开始愿意去购买电动汽车作为代步工具。
在电动车系统中，为提高电驱动系统的整体效率，电动车上所采用的动力电池电压等级越来越高，随着车载动力电池电压的提高，对电动车高压电安全防护性能的要求也随之提高，这就需要电动车能够在任何情况下首先要保护人员的安全，在任何不安全的情况发生时，系统能够及时的自动切断高压动力电池的高压电输出，从而保证人员不会收到高压电的伤害。
在已有技术中，为实现电动力或混合动力汽车中的高压电保护，通常采用一种简单的开关回路系统，在车辆的行驶过程中通过测量高压系统和车辆地盘间的绝缘电阻来检测高压系统的绝缘状态，这种监测装置虽然能够实现一定的高压电安全保护功能，但可靠性、稳定性较差，汽车监测电路系统经过长时间使用后，会导致安全保护功能的不稳定。因此，本发明为实现更为可靠和稳定的高压电保护功能，从两方面进行了考虑，电动车或混合动力车中的整车控制器(VMS)、电机控制器(MCU)、电池管理系统(BMS)任何一个控制器都可以控制高压动力电池的继电器断开，随时可以停止动力电池的高压电输出，实现车载多个控制器协同管理。控制回路之间通过硬线直接连接以及CAN通信网络控制回路双重保护。在高压安全保护系统中，当发生高压安全故障或不需要动力电池输出高压电时候，任何一个控制器都可以通过硬线或CAN通讯控制实现切断动力电池的高压电输出，并且在高压电缆连接处均采用互锁保护装置，当电动车上任何一个高压连接处断开时，高压安全保护系统都能够自动切断动力电池的高压电输出，从而实现的高压电安全的双重保护功能。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术中，高压电保护系统不稳定、不可靠的缺陷提供一种新型的电动车高压电安全保护系统，该系统主要由一套分布在各个高压部件上的高压环路互锁保护装置和一套各个控制器交互式的高压安全保护网络构成；该系统可以实现动力电池向外输出高压电前的系统安全自检，高压继电器的全系统互锁安全控制，高压系统发生故障时的自动切断高压继电器输出，达到保护高压动力电池、电机控制器、驱动电机以及人员安全的目的。
实现上述目的技术方案为：一种电动车高压双回路安全保护系统，包括硬线控制回路和通讯网络控制回路，硬线控制回路由VMS整车控制器，电机控制器总成，驱动电机，高压动力电池包总成通过硬线串联连接构成，通讯网络控制回路由VMS整车控制器，电机控制器总成中的MCU控制板，高压动力电池包总成中的BMS电池管理系统并联在整车CAN网络上而构成。
电机控制器总成，驱动电机和高压动力电池包总成都通过高压连接器上的高压环路互锁保护装置串接在硬线控制回路当中，碰撞开关也串连在硬线控制回路之中。
电机控制器总成由MCU控制板和MCU驱动桥连接构成；高压动力电池包总成包括BMS电池管理系统控制板和高压动力电池包，并且高压动力电池包和正负极高压继电器连接；VMS整车控制器包括板载12V电源和一个半导体开关，板载12V电源和半导体开关也串连在硬线控制回路当中。
BMS电池管理系统控制板上的半导体开关也串连在硬线控制回路中。
VMS整车控制器，电机控制器总成，高压动力电池包总成分别通过VMS低压信号接插件，电机控制总成低压信号接插件，高压动力电池包总成低压信号接插件并联在整车CAN网络上形成通讯网络控制回路。
本发明还包括一种电动车高压双回路安全保护方法，所述方法包括以下步骤：
(1)根据驾驶意图判断点火开关状态，若点火开关处于关闭位置，高压继电器处于断开状态不对外输出高压电，若点火开关处于打开则进行步骤(2)；
(2)各个控制系统进行自检，自检的系统包括由VMS整车控制器负责检查整车安全状态，电机控制器总成检查电机系统安全状态，BMS电池管理系统检查电池系统安全状态。
(3)各控制系统通过CAN通讯网络进行安全信息交互校验，若自检和交互校验未通过，则高压继电器断开不会对外输出高压电，若自检和交互校验通过则进行步骤(4)；
(4)检测碰撞开关和各个高压部件上的高压安全环路互锁装置是否全部连通正常，若任一不正常则高压继电器断开不会对外输出高压电，若全部正常则高压继电器闭合，动力电池对外正常输出高压电。
(5)在动力电池对外输出高压电过程中，各个控制系统进行实时检测，发现任何系统出现故障都会切断高压继电器，动力电池立刻停止对外输出高压电。
本发明结构简单、可靠性强，双回路高压安全保护系统能够可靠的实现保护电动车或混合动力车内的高压电气设备、高压输电线路以及操作人员安全的目的，大大的提高了整车的高压电安全性和可靠性。
附图说明
图1是本发明所述的电动车高压双回路安全保护系统结构示意图；
图2是本发明所述的电动车高压双回路安全保护方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1是本发明所述的电动车高压双回路安全保护系统结构示意图，在电动车或混合动力车的电驱动系统中，高压动力电池包总成4的电压通常高达300V以上，高压动力电池包总成4通过输出高压直流电给电机控制器总成2，通过电机控制器总成2中的MCU驱动桥逆变后，输出三相交流电给驱动电机3，再通过减速机构输出力矩给驱动车轮，实现驱动车辆运行。通常情况下，电动车上的高压系统的正常工作电流会在百A等级以上，其瞬时短路放电电流甚至会达到上千A，是非常危险的。
为保证电动车能够在任何情况下首先要保护人员的安全，在任何不安全的情况发生时，系统能够及时的自动切断高压动力电池的高压电输出，本发明的技术方案中，建立了一套高压双回路安全保护系统，包括采用串联结构的高压安全硬线控制回路和采用并联交互式的高压电安全通讯网络控制回路两大部分。其中，硬线控制回路通过硬线将VMS整车控制器1及其上的板载12V电源和半导体开关Q1，电机控制器总成2，高压连接器CON3上及其上高压环路互锁保护装置K3，高压连接器CON2及其上的高压环路互锁保护装置K2，驱动电机3，高压动力电池包总成4，高压连接器CON1及其上的高压环路互锁保护装置K1，以及碰撞开关CS1，BMS电池管理系统控制板上的半导体开关Q2串联后构成，高压动力电池包总成中的高压电池包的正负极高压继电器RL1和RL2也串连在硬线回路当中。由于上述高压电安全硬线控制回路中的各个组成部分通过导线串联到一起，只有所有各部分的控制都处于闭合状态，电池包内的高压继电器才能闭合，才会有高压电输出给电动车高压负载。反之，上述任何部分发生故障或断开，高压继电器都不会闭合，不会有高压电输出。例如：在车辆行驶过程中，当整车发生碰撞时，碰撞开关会自动断开，此时，硬线控制回路被切断，高压继电器会立刻断开，切断动力电池的高压电输出；当高压回路上的任意连接器断开或者连接不可靠，位于连接器上的高压环路互锁保护装置断开，同样会切断硬线控制回路，高压继电器会立刻断开，切断动力电池的高压电输出。
VMS整车控制器，电机控制器总成，高压动力电池包总成分别通过VMS低压信号接插件，电机控制总成低压信号接插件，高压动力电池包总成低压信号接插件并联在整车CAN网络上，从而构成通讯网络控制回路。
通讯网络控制回路中的各个控制器各自负责以下检测任务：VMS整车控制器主要负责检测驾驶员对车辆的控制意图、整车各传感器状态、接受来自整车全部控制单元的状态信息，实现判断整车系统的驱动能力以及整车的安全状态，并下达对其他控制器的控制指令，同时控制VMS内部的半导体开关的通断；MCU电机控制器主要负责采集电机驱动系统的状态，判断高压回路的安全状态和电驱动系统的输入输出能力，接收VMS整车控制器的驾驶员驱动意图指令，实现控制驱动电机的正确运行，同时MCU会反馈电驱动系统的安全状态给VMS整车控制器和BMS电池管理系统；BMS电池管理系统主要负责对动力电池包的供电状态以及动力电池的高压安全状态监测，监测高压回路的绝缘状态，控制高压继电器的通断。每个控制器在高压继电器闭合前都会进行系统自检，自检通过后把高压安全相关信息通过CAN网络进行交互校验，只有通过验证后才会允许高压继电器闭合输出高压电；当电动车动力电池有高压电输出时，每个控制器都会实时监测各系统的安全状态，如果发现异常或安全故障，会通过CAN网络把故障信息相互发送，通过VMS整车控制器或者BMS电池管理系统内的半导体开关把高压继电器断开，切断高压电的输出，以实现保证电动车的高压电和人员的安全。
附图2是本发明所述的电动车高压双回路安全保护方法流程图，首先整车接收驾驶员的驾车意图，通过判断点火开关的状态来决定整车高压电系统是否要让高压动力电池对外输出高压电；如果点火开关处于关闭位置，高压继电器处于断开状态不对外输出高压电。如果驾驶员控制点火开关处于打开位置，电动车上的各个控制将上电进行自检，VMS负责检查整车安全状态，MCU负责检查电机系统安全状态，BMS负责检查电池系统安全状态，全部通过自检后，各个控制器通过CAN通讯网络进行安全信息交互校验，如果自检和交互校验未通过，则高压继电器断开不会对外输出高压电。如果通过自检和交互校验，同时碰撞开关和各个高压部件上的高压安全环路互锁装置，即K1\K2\K3\K4全部连通正常，则高压继电器闭合，动力电池对外正常输出高压电，驾驶员可以控制车辆运行。在动力电池对外输出高压电时，高压安全保护系统会实时通过VMS监测整车安全故障状态、MCU会监测电机系统故障状态、BMS监测电池系统故障状态、此外如果系统发现驾驶员关闭点火开关、车辆发生碰撞或者任何高压连接器连接不良等，如果以上任何一个条件成立，高压安全保护系统会切点高压继电器，动力电池将立刻停驶对外输出高压电，保证电动车的高压系统中的高压动力电池、电机控制器、驱动电机的安全和人员安全。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种电动车高压双回路安全保护系统，包括硬线控制回路和通讯网络控制回路，其特征在于，硬线控制回路由VMS整车控制器(1)，电机控制器总成(2)，驱动电机(3)，高压动力电池包总成(4)通过硬线串联连接构成，通讯网络控制回路由VMS整车控制器，电机控制器总成(2)中的MCU控制板，高压动力电池包总成(4)中的BMS电池管理系统并联在整车CAN网络上而构成。
2、根据权利要求1所述的电动车高压双回路安全保护系统，其特征在于，电机控制器总成，驱动电机和高压动力电池包总成都通过高压连接器上的高压环路互锁保护装置串接在硬线控制回路当中。
3、根据权利要求1所述的电动车高压双回路安全保护系统，其特征在于，电机控制器总成由MCU控制板和MCU驱动桥连接构成。
4、根据权利要求1所述的电动车高压双回路安全保护系统，其特征在于，高压动力电池包总成包括BMS电池管理系统控制板和高压动力电池包，并且高压动力电池包和正负极高压继电器连接。
5、根据权利要求1所述的电动车高压双回路安全保护系统，其特征在于，碰撞开关串连在硬线控制回路之中。
6、根据权利要求1所述的电动车高压双回路安全保护系统，其特征在于，VMS整车控制器包括板载12V电源和一个半导体开关，板载12V电源和半导体开关也串连在硬线控制回路当中。
7、根据权利要求4所述的电动车高压双回路安全保护系统，其特征在于，BMS电池管理系统控制板上的半导体开关也串连在硬线控制回路中。
8、根据权利要求4所述的电动车高压双回路安全保护系统，其特征在于，VMS整车控制器，电机控制器总成，高压动力电池包总成分别通过VMS低压信号接插件，电机控制总成低压信号接插件，高压动力电池包总成低压信号接插件并联在整车CAN网络上。
9、一种电动车高压双回路安全保护方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
(1)根据驾驶意图判断点火开关状态，若点火开关处于关闭位置，高压继电器处于断开状态不对外输出高压电，若点火开关处于打开则进行步骤(2)；
(2)各个控制系统进行自检；
(3)各控制系统通过CAN通讯网络进行安全信息交互校验，若自检和交互校验未通过，则高压继电器断开不会对外输出高压电，若自检和交互校验通过则进行步骤(4)；
(4)检测碰撞开关和各个高压部件上的高压安全环路互锁装置是否全部连通正常，若任一不正常则高压继电器断开不会对外输出高压电，若全部正常则高压继电器闭合，动力电池对外正常输出高压电。
(5)在动力电池对外输出高压电过程中，各个控制系统进行实时检测，发现任何系统出现故障都会切断高压继电器，动力电池立刻停止对外输出高压电。
10、根据权利要求1所述的电动车高压双回路安全保护方法，其特征在于，步骤(2)中进行自检的系统包括由VMS整车控制器负责检查整车安全状态，电机控制器总成检查电机系统安全状态，BMS电池管理系统检查电池系统安全状态。
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