CN103600662A - 用于超级电容纯电动客车的高压控制管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于超级电容纯电动客车的高压控制管理系统，上电自检控制系统用于实现客车高压控制管理系统的自检，高压接通控制系统用于检测高压控制管理系统中各主要部件的初始状态以确定该部件是否可以正常起动和工作；高压电路状态控制系统，在超级电容组被动力总成控制单元唤醒后，高压电路状态控制系统用于不间断地监控高压电气电路的状态；高压断开控制系统根据高压电路状态控制系统的监控结果，进行对整车故障的失效处理。本发明实现了对于高压电路绝缘故障、高压互锁故障、接地故障、预充电故障等高压故障的监测，能很好地满足新能源客车的实时性控制要求。

Description

用于超级电容纯电动客车的高压控制管理系统

技术领域

本发明涉及一种用于超级电容纯电动客车的高压控制管理系统。

背景技术

现有纯电动车辆高压电路安全保护措施都具备手动高压开关（维修检查时断开高压），自动断路器（当电流过大或短路时自动断开高压电，断开后可手动闭合）和熔断器（保险）。 为防高压电冲击，现有系统都有预充电功能。高压控制模块一般都具备预充电、高低压保护、绝缘监测功能。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于超级电容纯电动客车的高压控制管理系统，其通过对高压控制管理系统的监测与控制，提高了车辆安全性、保护了用户的安全。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

一种用于超级电容纯电动客车的高压控制管理系统，高压控制管理系统包括上电自检控制系统、高压接通控制系统、高压电路状态控制系统、高压断开控制系统以及超级电容组，

上电自检控制系统用于实现客车高压控制管理系统的自检； 

高压接通控制系统用于检测高压控制管理系统中各主要部件的初始状态以确定该部件是否可以正常起动和工作，然后动力总成控制单元才会依据车辆控制单元传递的信息以决定是否指令高压控制管理系统接通超级电容组；

高压电路状态控制系统，在超级电容组被动力总成控制单元唤醒后，高压电路状态控制系统用于不间断地监控高压电气电路的状态；

高压断开控制系统根据高压电路状态控制系统的监控结果，进行对整车故障的失效处理。

对于上述技术方案，发明人还有进一步的优化实施方案。

作为优化，在客车点火工作后整车控制器EVCU自检，整车控制器EVCU自检完成后，客车中的24V电源给各控制器供电，当高压控制管理系统(ADM)的24V低压电源管脚的电平状态由0V电压转变为24V电压时，启动高压控制管理系统的自检过程，高压控制管理系统的自检除了自身控制器的初始化外，同时对高压电路进行绝缘监测、接地监测、互锁环路监测和系统电压监测，并根据监测结果和优先级决定状态线的输出状态，若高压系统正常，则输出断开状态，等待整车控制器EVCU的指令接通；若检测到故障，则输出相应的故障状态；若同时存在多个故障，则根据各故障状态的紧急严重程度，按优先级输出。

作为优化，高压控制管理系统ADM完成上电自检后，高压接通控制系统检测整车控制系统中各主要部件的初始状态以决定该部件是否可以正常起动和工作，然后动力总成控制单元才会依据车辆控制单元传递的信息以决定是否指令ADM接通超级电容组。

进一步，整车控制系统无故障时，动力总成控制器控制高压控制管理系统ADM接通高压的过程中，要同时满足以下条件：

点火开关处于启动位置或充电开关处于启动位置；

动力总成控制器自检完成；

电机控制器自检完成，处于待机状态；

电机处于非使能状态；

超级电容高压未接通；

若无充电请求则超级电容最大放电电流不低于某一数值；

若无充电请求则超级电容电压不低于最低限值；

系统24V蓄电池电压不能过低；

动力总成对ADM的command命令处于高电平状态；

档位处于驻车档或空档。

作为优化，高压电路状态控制系统，在超级电容组被动力总成控制单元唤醒后，高压电路状态控制系统用于不间断地监控高压电气电路的状态。 

进一步，高压断开控制系统根据高压电路状态控制系统的监控结果，进行对整车故障的失效处理，当系统发生“严重故障”时动力总成控制单元调整动力总成各部件的工作状态以使超级电容组的输入输出功率尽快降至最小，然后再指令ADM断开超级电容组正负端的高压接触器；但当系统发生“危险故障”时动力总成控制单元立即指令电机禁止使能，接着马上命令ADM断开超级电容组正负端的高压接触器，然后才开始调整动力总成各零部件的工作状态。

更进一步，在失效处理过程中根据产生故障的部件、故障的性质和故障的影响等执行不同的失效控制策略，同时点亮车辆仪表板上的“尽快维修”或“立即维修”指示灯以警告驾驶人员。

另外，具体监测情况处理包括以下三个方面：

高压电路状态控制系统监测到高压电源端电压出现了超压欠压故障、高压互锁环路出现了故障或高压控制管理系统ADM工作电源出现了故障，动力总成控制单元则将指令高压控制管理系统ADM断开高压电路；

高压电路状态控制系统监测到高压电路出现了绝缘故障，动力总成控制单元将尽快降低车辆行驶速度以便指令高压控制管理系统ADM断开高压电路；

高压电路状态控制系统监测到高压电路出现了接地故障，ADM将自动断开高压电路，同时动力总成控制单元也指令ADM断开高压电路。

相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：

本发明描述了一种用于超级电容纯电动客车的高压控制管理系统，其从新能源客车高压电安全及其标准出发，通过对高压控制管理系统ADM中各部件的监测与通断控制，实现了对于高压电路绝缘故障、高压互锁故障、接地故障、预充电故障等高压故障的监测，并制定了高压电安全管理控制策略。高压电接通及断开响满足国家安全标准的要求，其工作稳定、准确可靠，动态响应速度快，能很好地满足新能源客车的实时性控制要求。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明实施例中高压控制管理系统的状态优先等级表；

图2为本发明实施例中高压接通控制系统的响应控制指令时序逻辑图；

图3为本发明实施例中高压接通控制系统的接通流程图；

图4为本发明实施例中高压控制管理系统的各状态间的逻辑关系图；

图5为本发明实施例中高压断开控制系统高压正常断开流程如图5所示

图6为本发明实施例中高压断开控制系统在故障关机状态下断开高压的流程图；

图7为本发明实施例中高压断开控制系统在紧急故障状态下断开高压的流程图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例：

本实施例一种用于超级电容纯电动客车的高压控制管理系统，高压控制管理系统包括上电自检控制系统、高压接通控制系统、高压电路状态控制系统、高压断开控制系统以及超级电容组，

上电自检控制系统用于实现客车高压控制管理系统的自检； 

高压接通控制系统用于检测高压控制管理系统中各主要部件的初始状态以确定该部件是否可以正常起动和工作，然后动力总成控制单元才会依据车辆控制单元传递的信息以决定是否指令高压控制管理系统接通超级电容组；

高压电路状态控制系统，在超级电容组被动力总成控制单元唤醒后，高压电路状态控制系统用于不间断地监控高压电气电路的状态；

高压断开控制系统根据高压电路状态控制系统的监控结果，进行对整车故障的失效处理。

每个控制系统的具体控制方法及流程如下：

1.上电自检控制系统

在客车点火工作后整车控制器EVCU自检，整车控制器EVCU自检完成后，客车中的24V电源给各控制器供电，当高压控制管理系统(ADM，以下简称ADM)的24V低压电源管脚的电平状态由0V电压转变为24V电压时，启动高压控制管理系统的自检过程，高压控制管理系统的自检除了自身控制器的初始化外，同时对高压电路进行绝缘监测、接地监测、互锁环路监测和系统电压监测，并根据监测结果和优先级决定状态线的输出状态，若高压系统正常，则输出断开状态，等待整车控制器EVCU的指令接通；若检测到故障，则输出相应的故障状态；若同时存在多个故障，则根据各故障状态的紧急严重程度，按优先级输出。各个状态的优先等级如图1所示。

2.高压接通控制系统

高压控制管理系统ADM完成上电自检后，高压接通控制系统检测整车控制系统中各主要部件的初始状态以决定该部件是否可以正常起动和工作，然后动力总成控制单元才会依据车辆控制单元传递的信息以决定是否指令ADM接通超级电容组。

整车控制系统无故障时，动力总成控制器控制高压控制管理系统ADM接通高压的过程中，要同时满足以下条件：

点火开关处于启动位置或充电开关处于启动位置；

动力总成控制器自检完成；

电机控制器自检完成，处于待机状态；

电机处于非使能状态；

超级电容高压未接通；

若无充电请求则超级电容最大放电电流不低于某一数值；

若无充电请求则超级电容电压不低于最低限值；

系统24V蓄电池电压不能过低；

动力总成对ADM的command命令处于高电平状态；

档位处于驻车档或空档。

以上条件都满足后，EVCU可以开始发出Command及Wake_up命令控制ADM接通高压，指令逻辑如图1所示。EVCU初始化时把COMMAND拉高，EVCU初始化结束后，拉高WAKEUP，ADM接到WAKEUP高电平脉冲后，开始自检，ADM启动自检后，EVCU把WAKEUP拉低。在判断所有使能条件成立后，EVCU先把WAKEUP拉高，再把COMMAND拉低，开始高压电的接通过程。相应控制指令的时序逻辑图如图2所示。

当ADM从WAKE_UP、ADM_Command_Input线收到接通高压系统的指令后，均会自动执行预充电过程。如果在此过程中高压电路的端电压在最大预充电时间内不超过高压电源电压的10%，此时高压系统肯定出现了故障，ADM将自动断开高压电路，同时动力总成控制单元也指令ADM断开高压电路，并不再试图使ADM接通高压电路；如果在此过程中高压电路的端电压在最大预充电时间内超过10%的高压电源电压，但没有超过90%的高压电源电压，则动力总成控制单元及ADM认为高压电路上电过程不正常，有必要再执行一次高压电路的预充电过程，为此ADM及动力总成控制单元均指令断开高压电路，动力总成控制器在延迟一段时间后再指令ADM接通高压电路；如果动力总成控制单元在一段时间内监测到ADM出现了3次预充电故障，并且未能使ADM完成高压电路的接通过程，则动力总成控制单元将禁止ADM执行接通过程一段时间以便使预充电电阻得以冷却；如果在此过程中高压电路的端电压在最大预充电时间内超过90%的高压电源电压，则动力总成控制单元认为高压电路的预充电过程完成，ADM可以完成高压电路的接通过程了。在上述过程中ADM用状态线的不同编码（如图1所示）表示预充电过程的不同状态，正常情况下高压接通的过程如图3所示。

3. 高压电路状态控制系统

高压电路状态控制系统，在超级电容组被动力总成控制单元唤醒后，高压电路状态控制系统用于不间断地监控高压电气电路的状态。 

具体监测情况处理包括以下三个方面：

高压电路状态控制系统监测到高压电源端电压出现了超压欠压故障、高压互锁环路出现了故障或高压控制管理系统ADM工作电源出现了故障，动力总成控制单元则将指令高压控制管理系统ADM断开高压电路；

高压电路状态控制系统监测到高压电路出现了绝缘故障，动力总成控制单元将尽快降低车辆行驶速度以便指令高压控制管理系统ADM断开高压电路；

高压电路状态控制系统监测到高压电路出现了接地故障，ADM将自动断开高压电路，同时动力总成控制单元也指令ADM断开高压电路。

A)绝缘监测

执行条件：

RUN1向ADM供电，ADM电源管脚处于24VDC的电压状态。

执行过程：

ADM持续监测超级电容高压正负极管脚各自相对公共地管脚的电压及高压正负极管脚间的电压，并比较高压正极与地，负极与地及高压正负极电压的关系，如果高压两极与地的电压大于30%的高压正负极的电压，但小于70%的高压正负极电压，则保持状态线状态不变，否则按如图1所示的优先等级将状态线变为111。

B)接地监测

执行条件：

RUN1向ADM供电，ADM电源管脚处于24VDC的电压状态。

执行过程：

ADM持续监测高压继电器返回端与参考地之间的电压，如果此电压小于4.5VDC的电压，则保持状态线状态不变，如果大于5.5VDC的电压，则按图1所示的优先等级将状态线变为110。

C)互锁环路监测

执行条件：

RUN1向ADM供电，ADM电源管脚处于24VDC的电压状态。

执行过程：

ADM的电源管脚产生20mA的恒流源，并在返回管脚上持续监测该恒定电流在内部电阻上产生的电压降，如果该电压降大于2VDC的电压，则保持状态线状态不变，否则按如图1所示的优先等级将状态线变为011。

D)系统电压监测

执行条件： 

RUN1向ADM供电，ADM电源管脚处于24VDC的电压状态。

执行过程：

ADM持续监测高压正负极管脚间的电压，如果高压电压小于190VDC或大于460VDC的电压时，则表明高压电路系统出现了严重的电压故障，ADM将按规定改变状态线A、B、C的输出状态，按如图1所示的优先等级将状态线变为101。

在动力总成控制器EVCU的控制下，ADM各个状态之间的逻辑关系如图4所示。

4. 高压断开控制系统

高压系统的断电可分为正常状况下的关机及系统故障状态下的关机，高压断开控制系统根据高压电路状态控制系统的监控结果，进行对整车故障的失效处理。

1)正常关机控制策略

当车辆的点火开关处于停机位置时，正常情况下，动力总成控制器先要把对驱动电机的扭矩命令降为零，才能断开高压继电器；如果动力池组过热或驱动电机温度过高，且24VDC蓄电池电量不足时，若此时高压电路没有故障，动力总成控制器将不断开高压，继续给24VDC蓄电池供电以提供对超级电容组及电机冷却系统的稳定电源。另外，若点火开关处于停机状态，EVCU还要根据车速情况决定指令ADM断开超级电容组。此时的高压正常断开流程如图5所示。

系统无故障时，动力总成控制器断开高压时，要满足以下条件：

点火开关处于关闭位置或充电开关处于关闭位置；

电机的扭矩已经清零；

超级电容高压继电器处于接通状态；

对电机的高压掉电延时已完成；

车速小于某一限值；

电机及其逆变器温度低于某一限值；

超级电容无散热要求或超级电容有散热要求但24V低压蓄电池的电量高于某一水平；

系统24V蓄电池电压不低于某一限值；

动力总成对ADM的command命令处于低电平状态。

2)故障关机控制策略

在新能源客车的起动、运行和停机过程中动力总成控制单元持续检测动力总成中各零部件的工作状态，在监测到系统零部件的故障信息后立即进入失效处理过程，在失效处理过程中根据产生故障的部件、故障的性质和故障的影响等执行不同的失效控制策略，同时点亮车辆仪表板上的“尽快维修”或“立即维修”指示灯以警告驾驶人员。当系统发生“严重故障”时动力总成控制单元调整动力总成各部件的工作状态以使超级电容组的输入输出功率尽快降至最小，然后再指令ADM断开超级电容组正负端的高压接触器；但当系统发生“危险故障”时动力总成控制单元立即指令电机禁止使能，接着马上命令ADM断开超级电容组正负端的高压接触器，然后才开始调整动力总成各零部件的工作状态。

在每种控制策略中均设立了不同的控制逻辑和控制步骤，并根据故障的严重程度将故障分成“警告故障”、“一般故障”和“危险故障”3个等级，对不同等级的故障码采用不同的失效控制策略。同时将故障分成“尽快维修故障”和“立即维修故障”，然后点亮车辆仪表板的指示灯以警告驾驶员。图6为动力总成控制器在故障关机状态下断开高压的流程图，图7为动力总成控制器在紧急故障状态下断开高压的流程图。

当系统发生“严重故障”时动力总成控制单元调整动力总成各部件的工作状态以使超级电容组的输入输出功率尽快降至最小，然后再指令ADM断开超级电容组正负端的高压接触器；但当系统发生“危险故障”时动力总成控制单元立即指令电机禁止使能，接着马上命令ADM断开超级电容组正负端的高压接触器，然后才开始调整动力总成各零部件的工作状态。

在失效处理过程中根据产生故障的部件、故障的性质和故障的影响等执行不同的失效控制策略，同时点亮车辆仪表板上的“尽快维修”或“立即维修”指示灯以警告驾驶人员。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于超级电容纯电动客车的高压控制管理系统，其特征在于，高压控制管理系统包括上电自检控制系统、高压接通控制系统、高压电路状态控制系统、高压断开控制系统以及超级电容组，

上电自检控制系统用于实现客车高压控制管理系统的自检； 

高压接通控制系统用于检测高压控制管理系统中各主要部件的初始状态以确定该部件是否可以正常起动和工作，然后动力总成控制单元才会依据车辆控制单元传递的信息以决定是否指令高压控制管理系统接通超级电容组；

高压电路状态控制系统，在超级电容组被动力总成控制单元唤醒后，高压电路状态控制系统用于不间断地监控高压电气电路的状态；

高压断开控制系统根据高压电路状态控制系统的监控结果，进行对整车故障的失效处理。

2.根据权利要求1所述的用于超级电容纯电动客车的高压控制管理系统，其特征在于，在客车点火工作后整车控制器EVCU自检，整车控制器EVCU自检完成后，客车中的24V电源给各控制器供电，当高压控制管理系统(ADM)的24V低压电源管脚的电平状态由0V电压转变为24V电压时，启动高压控制管理系统的自检过程，高压控制管理系统的自检除了自身控制器的初始化外，同时对高压电路进行绝缘监测、接地监测、互锁环路监测和系统电压监测，并根据监测结果和优先级决定状态线的输出状态，若高压系统正常，则输出断开状态，等待整车控制器EVCU的指令接通；若检测到故障，则输出相应的故障状态；若同时存在多个故障，则根据各故障状态的紧急严重程度，按优先级输出。

3.根据权利要求1所述的用于超级电容纯电动客车的高压控制管理系统，其特征在于，高压控制管理系统ADM完成上电自检后，高压接通控制系统检测整车控制系统中各主要部件的初始状态以决定该部件是否可以正常起动和工作，然后动力总成控制单元才会依据车辆控制单元传递的信息以决定是否指令ADM接通超级电容组。

4.根据权利要求3所述的用于超级电容纯电动客车的高压控制管理系统，其特征在于，整车控制系统无故障时，动力总成控制器控制高压控制管理系统ADM接通高压的过程中，要同时满足以下条件：

点火开关处于启动位置或充电开关处于启动位置；

动力总成控制器自检完成；

电机控制器自检完成，处于待机状态；

电机处于非使能状态；

超级电容高压未接通；

若无充电请求则超级电容最大放电电流不低于某一数值；

若无充电请求则超级电容电压不低于最低限值；

系统24V蓄电池电压不能过低；

动力总成对ADM的command命令处于高电平状态；

档位处于驻车档或空档。

5.根据权利要求1所述的用于超级电容纯电动客车的高压控制管理系统，其特征在于，高压电路状态控制系统，在超级电容组被动力总成控制单元唤醒后，高压电路状态控制系统用于不间断地监控高压电气电路的状态。

6.根据权利要求1或5所述的用于超级电容纯电动客车的高压控制管理系统，其特征在于，高压断开控制系统根据高压电路状态控制系统的监控结果，进行对整车故障的失效处理，当系统发生“严重故障”时动力总成控制单元调整动力总成各部件的工作状态以使超级电容组的输入输出功率尽快降至最小，然后再指令ADM断开超级电容组正负端的高压接触器；但当系统发生“危险故障”时动力总成控制单元立即指令电机禁止使能，接着马上命令ADM断开超级电容组正负端的高压接触器，然后才开始调整动力总成各零部件的工作状态。

7.根据权利要求6所述的用于超级电容纯电动客车的高压控制管理系统，其特征在于，在失效处理过程中根据产生故障的部件、故障的性质和故障的影响等执行不同的失效控制策略，同时点亮车辆仪表板上的“尽快维修”或“立即维修”指示灯以警告驾驶人员。

8.根据权利要求6所述的用于超级电容纯电动客车的高压控制管理系统，其特征在于，具体监测情况处理包括以下三个方面：

高压电路状态控制系统监测到高压电源端电压出现了超压欠压故障、高压互锁环路出现了故障或高压控制管理系统ADM工作电源出现了故障，动力总成控制单元则将指令高压控制管理系统ADM断开高压电路；

高压电路状态控制系统监测到高压电路出现了绝缘故障，动力总成控制单元将尽快降低车辆行驶速度以便指令高压控制管理系统ADM断开高压电路；

高压电路状态控制系统监测到高压电路出现了接地故障，ADM将自动断开高压电路，同时动力总成控制单元也指令ADM断开高压电路。

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