CN102689601A

CN102689601A - 一种用于新能源汽车的一体化控制系统

Info

Publication number: CN102689601A
Application number: CN2012101951081A
Authority: CN
Inventors: 陈华明; 宋莉丽; 刘大亮; 何崇中; 李巍
Original assignee: ZHEJIANG HAIKANG GROUP CO Ltd
Current assignee: ZHEJIANG HAIKANG GROUP CO Ltd
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2012-09-26

Abstract

本发明属于新能源汽车电控技术领域，尤其涉及一种用于新能源汽车，具有高集成度、高可靠性、高安全性的一体化控制器，包括：高压动力电池模块、一体化控制器、车身其他节点模块、车身低压系统、整车电子电器附件和电机。本发明的有益效果：本发明提供一种用于新能源汽车，具有高集成度、高可靠性、高安全性的一体化控制器，集成化程度高，有益于电动汽车的总布置，有益于电动汽车的轻量化、标准化，有益于信息传输的实时性和可靠性；同时一体化控制器降低了传导干扰并进一步降低整车故障率，增强整车的安全性，大幅度降低电动汽车成本，促进电动汽车市场的商业化。

Description

一种用于新能源汽车的一体化控制系统

技术领域

本发明属于新能源汽车电控技术领域，尤其涉及一种用于新能源汽车，具有高集成度、高可靠性、高安全性的一体化控制器。

背景技术

传统汽车有一个强大的发动机管理系统EMS对能源及发动机系统、整车行驶功能及整车安全性进行统一管理，使得传统汽车具有高度的可靠性和安全性，其发展经过了多年经久不衰的实践检验。

新能源汽车用整车控制器（VCU）、电机控制器（MCU）、电池管理系统（BMS）是新能源汽车的三大核心控制系统，三者之间协调的好坏直接影响整车性能。此外，新能源汽车相对于传统汽车独有的车载充电机（OBC）和DC/DC的好坏也将静接影响到整车性能，甚至影响整车行驶。目前，这些新能源汽车专有器件，应用互相独立，采用分布式进行使用，通过CAN总线实现信息交互，各司其职，这种方式实现简单，在研发前期，具有一定优势，但通过实践发现，随着控制系统复杂程度的提高，各系统之间信息交流的实时性、可靠性，成为影响整车可靠性、安全性的主要因素。此外，新能源汽车对空间体积的要求较为严格，各控制器独立分布布置，不仅占用较大空间，技术分散，掌握在不同厂家手中，也给整车问题排查带来一定的困难。

随着新能源汽车的逐步发展，现有技术正在朝电机和传动系统的一体化设计、电机及其控制器的一体化设计方向发展，集成程度越来越高。但现有的应用，实质上还是分布式系统，没有从根本上解决新能源汽车存在的难题，给新能源汽车的商业化运营带来一定程度的阻碍。

发明内容

本发明针对现有新能源汽车存在的问题，结合未来发展趋势，将新能源汽车专用控制器进行高度结合集成，设计出一种具有高集成度、高可靠性、高安全性的一体化控制器。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于新能源汽车的一体化控制系统，包括：高压动力电池模块、一体化控制器、车身其他节点模块、车身低压系统、整车电子电器附件和电动机。所述的一体化控制器包括一体化低压控制板、一体化功率板、高压继电器组和IGBT功率模块。所述的一体化低压控制板包括主控芯片模块和DSP芯片模块，主控芯片模块包括主控芯片、VCU整车控制电路和BMS电池管理系统控制电路，DSP芯片模块包括DSP芯片和电机驱动系统控制电路，主控芯片模块与DSP芯片模块通过CAN通讯。所述的一体化功率板包括AC/DC车载充电机功率电路、DC/DC变换器功率电路和IGBT功率驱动电路，DC/DC变换器功率电路提供12V电源给IGBT功率驱动电路。所述的一体化低压控制板将控制信号发送给一体化功率板和高压继电器组，一体化功率板由家用220V电源供电，一体化功率板提供12V电源给一体化低压控制板和车身低压系统，并向一体化低压控制板提供采样信号。一体化功率板与高压继电器组连接。所述的一体化低压控制板输出6路PWM波通过一体化功率板，驱动IGBT功率模块工作。所述的高压继电器组与IGBT功率模块连接，所述的一体化低压控制板采用CAN通讯与高压动力电池模块和车身其他节点进行通讯，所述的一体化低压控制板将开关信号传输给整车电子电器附件，所述的IGBT功率模块与电动机连接。

所述的高压动力电池模块包括BMU电池管理单元。

所述的主控芯片和DSP芯片是32位芯片。

本发明的有益效果是：本发明提供一种用于新能源汽车，具有高集成度、高可靠性、高安全性的一体化控制器。一体化是控制系统的发展趋势，有利于同时掌握电动汽车多项核心技术，缩小与国外的技术差距，真正使电动汽车较快的推向市场。集成化程度高，有益于电动汽车的总布置，有益于电动汽车的轻量化、标准化，有益于信息传输的实时性和可靠性；同时一体化控制器降低了传导干扰并进一步降低整车故障率，增强整车的安全性，大幅度降低电动汽车成本，促进电动汽车市场的商业化。

附图说明

图1是本发明的框架原理图；

图2是本发明的模块结构图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

如图1所示，一种用于新能源汽车的一体化控制系统，包括：高压动力电池模块、一体化控制器、车身其他节点模块、车身低压系统、整车电子电器附件和电机。所述的一体化控制器包括一体化低压控制板、一体化功率板、高压继电器组和IGBT功率模块。所述的一体化低压控制板包括主控芯片模块和DSP芯片模块，主控芯片模块包括主控芯片、VCU整车控制电路和BMS电池管理系统控制电路，DSP芯片模块包括DSP芯片和电机驱动系统控制电路，主控芯片模块与DSP芯片模块通过CAN通讯。所述的一体化功率板包括AC/DC车载充电机功率电路、DC/DC变换器功率电路和IGBT功率驱动电路，DC/DC变换器功率电路提供12V电源给IGBT功率驱动电路。所述的一体化低压控制板将控制信号发送给一体化功率板和高压继电器组，一体化功率板由家用220V电源供电，一体化功率板提供12V电源给一体化低压控制板和车身低压系统，并向一体化低压控制板提供采样信号。一体化功率板与高压继电器组连接。所述的一体化低压控制板输出6路PWM波通过一体化功率板，驱动IGBT功率模块工作。所述的高压继电器组与IGBT功率模块连接，所述的一体化低压控制板采用CAN通讯与高压动力电池模块和车身其他节点进行通讯，所述的一体化低压控制板将开关信号传输给整车电子电器附件，所述的IGBT功率模块与电动机连接。

如图2所示，一体化低压控制板由主控IC芯片1系统电路和主控IC芯片2系统电路构成。

主控IC芯片1系统电路主要实现电池管理功能及整车控制功能，其系统组成有：主控IC芯片1、供应电源电路、时钟电路、接口电路、外扩设备电路、JTAG程序下载调试电路、A/D采样电路、输入数字信号电平转换隔离电路和输出数字信号电平转换电路。其中，接口电路包括CAN1接口电路、CAN2接口电路和RS232串口电路。RS232串口电路主要用于数据信息经主控IC芯片1的SCI通讯口输出至接口电路后传递到上位机查看；CAN1接口电路主要与高压动力电池模块中的BMU电池管理单元进行数据通讯；CAN2接口电路主要与车身其他节点模块进行数据通讯。A/D采样电路主要包含两路：一路为外部输入信号模块，包括油门踏板信号、制动踏板信号，经隔离转换后送入A/D采样电路的接口；另一路为内部信息采样电路1，包括高压动力电池模块的电压电流采样电路、AC/DC车载充电机功率电路输出端的电压与电流采样电路、DC/DC变换器功率电路输入输出端的电压与电流采样电路，转换后将信号送入A/D采样电路的接口。无论是内部信息采样还是外部信息采样输入，都需要在A/D采样电路增加接口保护滤波电路避免接口过压烧毁芯片。输入数字信号电平转换隔离电路的信号来源于外界，包括：空调开关信号、钥匙开关信号、档位信号、快充接口连接确认信号；信号需要经电平转换隔离电路后送入I/O口；输出数字信号电平转换电路将+12V可控电源量传递给高压继电器控制开关电路，使其触点接触导通，进而控制低压电器（风扇、水泵等）及高压用电设备（AC/DC车载充电机功率电路、DC/DC变换器功率电路等）的上下电。供应电源电路的原始电压由AC/DC功率转换电路内的辅助开关电源电路及DC/DC变换器功率电路输出低压12V电源同时提供，在高压动力电池模块的充电过程中主要由AC/DC车载充电机功率电路的辅助开关电源供电，正常行车开启时由DC/DC变换器功率电路供电。

主控IC芯片2系统电路主要实现电机控制系统的控制功能，其系统包括：主控IC芯片2、旋变解码电路、时钟电路、接口电路、外扩设备电路、JTAG程序下载调试电路、A/D采样电路、输入数字信号电平转换隔离电路、输出数字信号电平转换电路、输出PWM电平转换电路。A/D采样信号主要为控制器内部信息经采样电路2(包括IGBT母线电压和电流采样电路、输出三相电电流采样电路、2路水冷板温度采样电路、1路电机温度采样电路及IGBT模块温度采样电路)转换隔离后输入至A/D采样电路的接口，输出三相电电流采样电路主要是通过霍尔传感器将电流信号转换为电压信号后，运放将电压范围缩小后送至A/D采样电路的接口；温度采样电路主要是为热敏电阻提供电路使其两端产生电压量后，运放将电压范围缩小后送至A/D采样电路的接口。在A/D采样电路增加接口保护滤波电路避免接口过压烧毁芯片。接口电路包括：CAN接口电路和RS232串口电路。CAN接口电路与CAN2接口电路连接，实现与车身其他节点模块的通讯。输入数字信号电平转换隔离电路的输入信号有IGBT故障信号。输出数字信号电平转换电路与输出PWM电平转换电路连接，实现将6路PWM波经输出PWM电平转换电路后传送至IGBT功率驱动电路控制其开关，通过调节其占空比控制三相交流电压电流的输出。本系统电源供应主要为IGBT功率电路中的辅助开关电源提供。

图2中AC/DC车载充电机功率电路，初始输入电压为家用三相交流电源220V/50Hz，由于电网供电电流是严重的畸变非正弦波电流导致输入端功率因数下降，产生的谐波倒流回电网对电网造成很大的危害，所以在输入整流滤波电路加入有源功率校正因数电路，并通过采样电路采集交流整流滤波电路的输出端电压电流信号，将信号反馈给有源功率校正因数电路。采样输出整流滤波电路输出端的电压电流信号，经过隔离反馈电路、PWM调制控制电路和全桥驱动电路，通过调节PWM占空比以驱动全桥功率开关电路中全桥功率管的各自开关，控制原边绕组将能量传递给副边后，经过高频隔离变压器和输出整流滤波电路为直流电给高压动力电池模块充电。AC/DC车载充电机功率电路还包括辅助开关电源电路，三相交流电源经过辅助开关电源电路和供应电源电路，给一体化低压控制板供电。

图2中DC/DC变换器功率电路，其原始输入电压为高压动力电池模块电压，经输入滤波电路后，采样输出整流滤波电路输出端的电压电流信号，经过隔离反馈电路、PWM调制控制电路和半桥驱动电路后，调节PWM占空比以驱动半桥功率开关电路中半桥开关管的开通，进而控制原边绕组将能量传递给副边，后经过高频隔离变压器和输出整流滤波电路，输出为低压+12V电供车身低压电器和辅助开关电源电路使用。

图2中IGBT功率驱动电路，主要由U相IGBT驱动电路、V相IGBT驱动电路、W相IGBT驱动电路、IGBT温度采样电路、IGBT故障输出电路、辅助电源开关电路组成。主控IC芯片2系统电路输出6路PWM波通过电平转换输出给三相IGBT驱动电路，驱动三相6路IGBT门极的开关。三相IGBT驱动电路主要包含PWM隔离电路、门极驱动电流放大电路、有源箝位电路及过流短路故障输出电路，由于6路驱动电路为互相隔离，所以辅助开关电源电路将+12V电压变换为6路隔离的带有负压的电源为三相IGBT驱动电路供电。三相6路IGBT门极的开关功耗主要表现在结温温升，对工作温度较敏感，所以需要加入IGBT温度采样电路来监控温度。只有做好电路的保护工作，才能通过主控芯片调整PWM占空比控制三相6路IGBT门极的开关，将高压动力电池模块的直流电逆变为三相交流电驱动电机运转，实现电能转化为机械能的目的。

以上的所述乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于新能源汽车的一体化控制系统，其特征在于包括：高压动力电池模块、一体化控制器、车身其他节点模块、车身低压系统、整车电子电器附件和电动机；所述的一体化控制器包括一体化低压控制板、一体化功率板、高压继电器组和IGBT功率模块；所述的一体化低压控制板包括主控芯片模块和DSP芯片模块，主控芯片模块包括主控芯片、VCU整车控制电路和BMS电池管理系统控制电路，DSP芯片模块包括DSP芯片和电机驱动系统控制电路，主控芯片模块与DSP芯片模块通过CAN通讯；所述的一体化功率板包括AC/DC车载充电机功率电路、DC/DC变换器功率电路和IGBT功率驱动电路，DC/DC变换器功率电路提供12V电源给IGBT功率驱动电路；所述的一体化低压控制板将控制信号发送给一体化功率板和高压继电器组，一体化功率板由家用220V电源供电，一体化功率板提供12V电源给一体化低压控制板和车身低压系统，并向一体化低压控制板提供采样信号；一体化功率板与高压继电器组连接；所述的一体化低压控制板输出6路PWM波通过一体化功率板，驱动IGBT功率模块工作；所述的高压继电器组与IGBT功率模块连接；所述的一体化低压控制板采用CAN通讯与高压动力电池模块和车身其他节点进行通讯；所述的一体化低压控制板将开关信号传输给整车电子电器附件；所述的IGBT功率模块与电动机连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于新能源汽车的一体化控制系统，其特征在于所述的高压动力电池模块包括BMU电池管理单元。

3.根据权利要求1所述的一种用于新能源汽车的一体化控制系统，其特征在于所述的主控芯片和DSP芯片是32位芯片。