CN104527446B - 电动汽车高压安全电气互锁机构及控制方法、电动汽车 - Google Patents

电动汽车高压安全电气互锁机构及控制方法、电动汽车 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电动汽车高压安全电气互锁机构及控制方法、电动汽车，所述机构包括：整车控制器、第一低压继电器、碰撞开关、高压继电器、带有互锁结构的高压接插件、动力电池系统控制器；整车控制器分别连接第一低压继电器的控制端和动力电池系统控制器；第一低压继电器、负载、所述高压接插件和动力电池系统控制器依次连接构成高压安全电气互锁回路；整车控制器控制第一低压继电器接通/断开驱动电压源，检测高压安全电气互锁回路的通断状态，根据通断状态并由动力电池系统控制器控制高压继电器的通断。本发明实现了整车控制器对高压安全电气互锁回路的监测和控制，避免危及人员及车辆的失控现象发生，提高了整车控制性能，提升了整车运行的可靠性。

Description

电动汽车高压安全电气互锁机构及控制方法、电动汽车
技术领域
本发明涉及电动汽车领域，特别是涉及一种电动汽车高压安全电气互锁机构及控制方法、电动汽车。
背景技术
通常节能与新能源车用动力电池电压较高，电压基本都大于等于300V，依照国标《GBT 19751-2005混合动力电动汽车安全要求》最大电压高于等于60V(DC)或25V(AC)(人体安全电压)为高电压，都已经远远高出人体可承受的安全电压。节能与新能源车的所有高压部件通常通过高压接插件相互连接，从人身高压安全防护考虑，有必要对节能与新能源车所有高压部件的连接回路做安全设计，防止人为有意或无意在拆装这些高压部件的过程中触电。这些高压接插件基本都设计有高压互锁机械结构，在接插件相互脱开到一定程度时，这种串行连接的互锁结构也将首先被断开，其次高压接插件才被完全断开，高压器件之间的高压连接被断开。
如专利申请号为201210408587.0的中国专利申请，公开了一种高压安全电气互锁机构。这种高压安全电气互锁机构(HVIL)方案就是合理利用动力电池、电动空调(AC)、集成启动电机(ISG)及电机控制器(ISG IPU)、后轴驱动电机(ERAD)及电机控制器(ERAD IPU)等高压接插件的互锁结构、动力电池系统内部的高压继电器、碰撞传感器(Inertia Switch)、CAN通讯及VCU(OR HCU整车控制器)故障处理等功能，展开整车高压安全设计。在做到充分防护人、车高压安全的同时，也提升了整个方案的工作可靠性。
目前，电动汽车整车高压安全电气互锁机构经常在行车过程中出现误触发，导致电池系统内部的高压继电器突然断开，整车高压部件突然失去驱动力，整车失控-突然失去动力源，危及到乘车人员安全及车辆安全。误触发的原因如下：
首先，高压接插件互锁机构的质量没有很好的得到控制；其次，随着时间的推移，互锁机构之间的接触不可靠，互锁机构之间的电压降增大，导致电池系统内部高压继电器的驱动电压不足，高压继电器无法闭合或突然断开；最后是方案设计不合理，由于高压互锁机构故障，导致车辆失控-突然失去动力源，危及到乘车人员安全及车辆安全的情况发生。
综上所述，现有的高压安全电气互锁机构方案，整车控制性能差，整车运行可靠性低。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种控制性能更好、整车运行可靠性更高的电动汽车高压安全电气互锁机构及控制方法、电动汽车。
一种电动汽车高压安全电气互锁机构，包括：整车控制器、第一低压继电器、碰撞开关、高压继电器、带有互锁结构的高压接插件、动力电池系统控制器；其中，所述整车控制器分别连接所述第一低压继电器的控制端和动力电池系统控制器；所述第一低压继电器、负载、所述高压接插件和动力电池系统控制器依次连接构成高压安全电气互锁回路；
所述整车控制器，用于控制第一低压继电器接通/断开驱动电压源至高压安全电气互锁回路，以及检测高压安全电气互锁回路的通断状态，并根据所述通断状态输出控制信号至动力电池系统控制器；
所述碰撞开关，用于通过第一低压继电器连接驱动电压源，当闭合时接通驱动电压源至高压继电器的控制端，断开时关闭驱动电压源至高压继电器的控制端；
所述动力电池系统控制器，连接高压继电器的驱动线，用于根据所述控制信号控制高压继电器的通断。
上述电动汽车高压安全电气互锁机构，碰撞开关可以实现碰撞保护，同时整车控制器可以通过第一低压继电器控制驱动电压源的通断，以及检测高压安全电气互锁回路的通断状态，并通过动力电池系统控制器来控制高压继电器的通断，实现了整车控制器对高压安全电气互锁回路的监测和控制，防止高压继电器直接被载流强制断开，避免危及人员及车辆的失控现象发生，提高了整车控制性能，提升了整车运行的可靠性。
一种电动汽车，包括如上述的电动汽车高压安全电气互锁机构。
上述电动汽车，通过上述电动汽车高压安全电气互锁机构，保证了整车高压供电的稳定性，防止高压继电器直接被载流强制断开，避免危及人员及车辆的失控现象发生。
一种电动汽车高压安全电气互锁机构的控制方法，所述机构包括：整车控制器、第一低压继电器、碰撞开关、高压继电器、带有互锁结构的高压接插件、动力电池系统控制器；其中，所述整车控制器分别连接所述第一低压继电器的控制端和动力电池系统控制器；所述第一低压继电器、负载、所述高压接插件和动力电池系统控制器依次连接构成高压安全电气互锁回路；
所述控制方法包括：
在电动汽车高压安全电气互锁机构正常工作时，所述整车控制器控制第一低压继电器接通驱动电压源至高压安全电气互锁回路，并检测高压安全电气互锁回路的接通状态；所述碰撞开关闭合并接通驱动电压源至高压继电器的控制端，控制高压继电器接通；
当所述整车控制器检测到所述高压安全电气互锁回路断开时，输出控制信号至动力电池系统控制器；所述动力电池系统控制器根据所述控制信号断开高压继电器，在电动汽车发生碰撞时，所述碰撞开关断开并关闭驱动电压源至高压继电器的控制端，控制高压继电器断开。
上述电动汽车高压安全电气互锁机构的控制方法，在电动汽车高压安全电气互锁机构正常工作时，碰撞开关可以实现碰撞保护，同时整车控制器可以通过第一低压继电器控制驱动电压源接通，以及检测高压安全电气互锁回路的接通状态，碰撞开关接通驱动电压源，控制高压继电器接通；当整车控制器检测到高压安全电气互锁回路断开时，通过动力电池系统控制器来控制高压继电器断开，在电动汽车发生碰撞时，碰撞开关关闭驱动电压源，控制高压继电器断开。实现了整车控制器对高压安全电气互锁回路的监测和控制，防止高压继电器直接被载流强制断开，避免危及人员及车辆的失控现象发生，提高了整车控制性能，提升了整车运行的可靠性。
一种电动汽车，该汽车通过上述的电动汽车高压安全电气互锁机构的控制方法来进行高压保护。
上述电动汽车，通过所述控制方法来进行高压保护，保证了整车高压供电的稳定性，防止高压继电器直接被载流强制断开，避免危及人员及车辆的失控现象发生。
附图说明
图1为一实施例的电动汽车高压安全电气互锁机构的结构框图；
图2为另一实施例的电动汽车高压安全电气互锁机构的结构框图；
图3为一较佳实施例的电动汽车高压安全电气互锁机构的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的电动汽车高压安全电气互锁机构及控制方法、电动汽车的具体实施方式作详细描述。
参考图1所示，图1为一实施例的电动汽车高压安全电气互锁机构的结构框图，包括：整车控制器10、第一低压继电器20、碰撞开关30、动力电池系统及高压接插件50；所述动力电池系统及高压接插件部分50包括动力电池系统控制器510、高压继电器520和带有互锁结构的高压接插件530；
其中，所述整车控制器10分别连接所述第一低压继电器20的控制端和动力电池系统控制器510；所述第一低压继电器20、负载40、所述高压接插件530和动力电池系统控制器510依次连接构成高压安全电气互锁回路；
所述整车控制器10，用于控制第一低压继电器20接通/断开驱动电压源至高压安全电气互锁回路，以及检测高压安全电气互锁回路的通断状态，并根据所述通断状态输出控制信号至动力电池系统控制器510；
所述碰撞开关30，用于通过第一低压继电器20连接驱动电压源，当闭合时接通驱动电压源至高压继电器520的控制端，断开时关闭驱动电压源至高压继电器520的控制端；
所述动力电池系统控制器510，连接高压继电器520的控制端，用于根据所述控制信号控制高压继电器520的通断。
上述实施例的方案，碰撞开关30可以实现碰撞保护，同时整车控制器10可以通过第一低压继电器20控制驱动电压源的通断，以及检测高压安全电气互锁回路的通断状态，并通过动力电池系统控制器510来控制高压继电器520的通断，实现了整车控制器10对高压安全电气互锁回路的监测和控制，防止高压继电器直接被载流强制断开，避免危及人员及车辆的失控现象发生，提高了整车控制性能，提升了整车运行的可靠性。
针对于上述实施例的电动汽车高压安全电气互锁机构，高压继电器520作为重要的受控器件，其稳定性对于整车运行的稳定性非常重要，因此，为了提高其运行稳定性和可靠性，本发明可以进一步改进方案如下：
参考图2所示，图2为另一实施例的电动汽车高压安全电气互锁机构的结构框图，该机构相对于上述实施例不同的是还包括第二低压继电器60；
所述第一低压继电器20还通过碰撞开关30连接第二低压继电器60的控制端；所述第二低压继电器60的触点串联连接在驱动电压源与高压继电器520的驱动线之间；
所述第二低压继电器60用于通过接通或断开高压继电器520的驱动线与驱动电压源的连接来控制高压继电器520的通断。
上述实施例的技术方案，通过所述第二低压继电器60，如图中所示，整车的高压安全电气互锁回路与高压继电器的驱动电源线完全区分开，也就是说高压继电器520的稳定由驱动电源保证供电，碰撞开关30只是用于接通或断开其控制信号，并没有影响其维持正常供电时的状态，确保了高压继电器的电源稳定性，保证了整车高压供电的稳定性。
为了更加清晰本发明的技术方案，下面结合附图阐述较佳实施例。
参考图3，图3为一较佳实施例的电动汽车高压安全电气互锁机构的结构框图。
需要说明的是，图3示出的是各个部件组合的较佳实施例示意图，以下对实施例阐述中，各个实施例的方案可以进行自由组合，各个实施例所引用的附图结构，均为部分引用，特此说明。
在一个实施例中，参考图3中相应部分示意图，所述第二低压继电器60的一个触点连接高压继电器520的驱动线，另一个触点连接驱动电压源(KL)，所述第二低压继电器60的线圈两端分别连接碰撞开关30和接地(GND)。
上述实施例的方案，高压继电器520的驱动线与高压安全电气互锁回路(HVIL)并联，具体如图中第二低压继电器60连线结构可以看出，碰撞开关30通过第二低压继电器60线圈接地，驱动电压源通过第二低压继电器60两个触点连接高压继电器520的驱动电源线(Emergency Line)，这样整车高压安全电气互锁回路与高压继电器520的驱动电源线完全区分开，不是串联碰撞开关30，高压继电器520的驱动线与驱动电压源之间没有串接其它节点，从而提高了高压继电器520的驱动电压可靠性，而且这样完全避免了由于串行节点不可靠而误触发断开高压继电器520的情况发生；确保了高压继电器520的电源稳定性，保证了整车高压供电的稳定性。
进一步地，参考图3中相应部分示意图，所述第一低压继电器20的一个触点连接驱动电压源，另一个触点连接负载40和碰撞开关30。
上述实施例中，第一低压继电器20的工作原理是：整车控制器10发送使能信号至第一低压继电器20的控制端，第一低压继电器20接通驱动电压源，提供电压至高压安全电气互锁回路的负载40和碰撞开关30。
在一个实施例中，参考图3中相应部分示意图，负载40包括：依次串联连接的电动空调410、集成启动电机420、后轴驱动电机430；负载40的上述各个部件(电动空调410、集成启动电机420、后轴驱动电机430)内的高压接插件连接在高压安全电气互锁回路上。
上述实施例中，整车控制器10通过整个高压安全电气互锁回路可以监控整车高压回路接插件是否被断开，来控制高压继电器520的断开，避免高压继电器被载流强制断开，保证了高压继电器的使用寿命。
在本发明实施例中，所述驱动电压源可以采用12V铅酸电池；上述实施例中，第一低压继电器20和第二低压继电器60既可以一个电源来供电，同时，为了保证稳定性，也可以通过两个电源分别为第一低压继电器20和第二低压继电器60供电，这样第二低压继电器60单独提供电源至高压继电器520的驱动线，确保了其运行稳定性。
综合上述实施例的方案，确保了高压继电器520的电源稳定性，保证了整车高压供电的稳定性。同时整车控制器10可以监控整车高压回路接插件是否被断开，从而结合整车运行信息对监控整车高压回路的合理监控，防止高压继电器520直接被载流强制断开，避免危及人员及车辆的失控现象发生。
下面对本发明的电动汽车的具体实施方式作详细描述。
本发明提供的电动汽车，包括上述任一个实施例所述的电动汽车高压安全电气互锁机构，当然也可以包括其它构成电动汽车必要构件，通过上述实施例所述的电动汽车高压安全电气互锁机构；保证了整车高压供电的稳定性，防止高压继电器直接被载流强制断开，避免危及人员及车辆的失控现象发生。
下面对本发明的电动汽车高压安全电气互锁机构的控制方法的实施例进行阐述。
本发明提供的一种电动汽车高压安全电气互锁机构的控制方法，参考图1所示，所述机构包括：整车控制器10、第一低压继电器20、碰撞开关30、高压继电器520、带有互锁结构的高压接插件530、动力电池系统控制器510；
其中，所述整车控制器10分别连接所述第一低压继电器20的控制端和动力电池系统控制器510；所述第一低压继电器20、负载40、所述高压接插件530和动力电池系统控制器510依次连接构成高压安全电气互锁回路；
所述控制方法包括：
在电动汽车高压安全电气互锁机构正常工作时，所述整车控制器10控制第一低压继电器20接通驱动电压源至高压安全电气互锁回路，并检测高压安全电气互锁回路的接通状态；所述碰撞开关30闭合并接通驱动电压源至高压继电器520的控制端，控制高压继电器520接通；
当所述整车控制器10检测到所述高压安全电气互锁回路断开时，输出控制信号至动力电池系统控制器510；所述动力电池系统控制器510根据所述控制信号断开高压继电器520；在电动汽车发生碰撞时，所述碰撞开关30断开并关闭驱动电压源至高压继电器520的控制端，控制高压继电器520断开。
上述电动汽车高压安全电气互锁机构的控制方法，在电动汽车高压安全电气互锁机构正常工作时，碰撞开关30可以实现碰撞保护，同时整车控制器10可以通过第一低压继电器20控制驱动电压源接通，以及检测高压安全电气互锁回路的接通状态，碰撞开关30接通驱动电压源，控制高压继电器520接通；当整车控制器10检测到高压安全电气互锁回路断开时，通过动力电池系统控制器510来控制高压继电器520断开，在电动汽车发生碰撞时，碰撞开关30关闭驱动电压源，控制高压继电器520断开。实现了整车控制器对高压安全电气互锁回路的监测和控制，防止高压继电器直接被载流强制断开，避免危及人员及车辆的失控现象发生，提高了整车控制性能，提升了整车运行的可靠性。
作为一种实施方式，所述控制方法还可以包括如下：
在电动汽车高压安全电气互锁机构正常工作时，所述整车控制器10还检测电动汽车当前的车速和踏板信号，根据车速和踏板信号判断当前行车状态，并根据所述当前行车状态和高压安全电气互锁回路的接通状态输出控制信号至动力电池系统控制器510。
上述实施例的方案，整车控制器10可以结合整车运行信息，如车速信号、油门踏板信号等信息，从而做出合理决策，防止高压继电器直接被载流强制断开，避免危及人员及车辆的失控现象发生。
在一个实施例中，参考图2所示，所述机构还可以包括：连接在所述碰撞开关30与高压继电器520之间的第二低压继电器60；其中，所述碰撞开关30连接第二低压继电器60的控制端，所述第二低压继电器60的触点分别连接驱动电压源与高压继电器520的驱动线；
所述控制方法还可以包括如下：
在电动汽车高压安全电气互锁机构正常工作时，所述碰撞开关30闭合并接通驱动电压源至第二低压继电器的控制端，所述第二低压继电器接通驱动电压源至高压继电器520的控制端，控制高压继电器520接通；
在电动汽车发生碰撞时，所述碰撞开关30断开并关闭驱动电压源至第二低压继电器的控制端，所述第二低压继电器关闭驱动电压源至高压继电器520的控制端，控制高压继电器520断开。
上述实施例的方案，整车高压安全电气互锁回路与高压继电器520的驱动电源线完全区分开，不是串联碰撞开关30，高压继电器520的驱动线与驱动电压源之间没有串接其它节点，
在电动汽车高压安全电气互锁机构正常工作时，所述碰撞开关30闭合，第二低压继电器接通驱动电压源至高压继电器520的控制端，控制高压继电器520接通；从而提高了高压继电器520的驱动电压可靠性，而且这样完全避免了由于串行节点不可靠而误触发断开高压继电器520的情况发生；确保了高压继电器520的电源稳定性，保证了整车高压供电的稳定性。
本发明还提供另一种电动汽车，该汽车通过如上述任一实施例的电动汽车高压安全电气互锁机构的控制方法来进行高压保护；保证了整车高压供电的稳定性，防止高压继电器直接被载流强制断开，避免危及人员及车辆的失控现象发生。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电动汽车高压安全电气互锁机构，其特征在于，包括：整车控制器、第一低压继电器、碰撞开关、高压继电器、带有互锁结构的高压接插件、动力电池系统控制器；其中，所述整车控制器分别连接所述第一低压继电器的控制端和动力电池系统控制器；所述第一低压继电器、负载、所述高压接插件和动力电池系统控制器依次连接构成高压安全电气互锁回路；
所述整车控制器，用于控制第一低压继电器接通/断开驱动电压源至高压安全电气互锁回路，以及检测高压安全电气互锁回路的通断状态，并根据所述通断状态输出控制信号至动力电池系统控制器；
所述碰撞开关，用于通过第一低压继电器连接驱动电压源，当闭合时接通驱动电压源至高压继电器的控制端，断开时关闭驱动电压源至高压继电器的控制端；
所述动力电池系统控制器，连接高压继电器的驱动线，用于根据所述控制信号控制高压继电器的通断。
2.根据权利要求1所述的电动汽车高压安全电气互锁机构，其特征在于，还包括第二低压继电器；
所述第一低压继电器通过碰撞开关连接第二低压继电器的控制端；所述第二低压继电器的触点串联连接在驱动电压源与高压继电器的驱动线之间；
所述第二低压继电器用于通过接通或断开高压继电器的驱动线与驱动电压源的连接来控制高压继电器的通断。
3.根据权利要求2所述的电动汽车高压安全电气互锁机构，其特征在于，
所述第二低压继电器的一个触点连接高压继电器的驱动线，另一个触点连接驱动电压源，所述第二低压继电器的线圈两端分别连接碰撞开关和接地。
4.根据权利要求3所述的电动汽车高压安全电气互锁机构，其特征在于，所述第一低压继电器的一个触点连接驱动电压源，另一个触点连接负载和碰撞开关。
5.根据权利要求1所述的电动汽车高压安全电气互锁机构，其特征在于，负载包括：
依次串联连接的电动空调、集成启动电机、后轴驱动电机。
6.一种电动汽车，其特征在于，该汽车包括如权利要求1至5任一项所述的电动汽车高压安全电气互锁机构。
7.一种电动汽车高压安全电气互锁机构的控制方法，其特征在于，所述机构包括：整车控制器、第一低压继电器、碰撞开关、高压继电器、带有互锁结构的高压接插件、动力电池系统控制器；其中，所述整车控制器分别连接所述第一低压继电器的控制端和动力电池系统控制器；所述第一低压继电器、负载、所述高压接插件和动力电池系统控制器依次连接构成高压安全电气互锁回路；
所述控制方法包括：
在电动汽车高压安全电气互锁机构正常工作时，所述整车控制器控制第一低压继电器接通驱动电压源至高压安全电气互锁回路，并检测高压安全电气互锁回路的接通状态；所述碰撞开关闭合并接通驱动电压源至高压继电器的控制端，控制高压继电器接通；
当所述整车控制器检测到所述高压安全电气互锁回路断开时，输出控制信号至动力电池系统控制器；所述动力电池系统控制器根据所述控制信号断开高压继电器；在电动汽车发生碰撞时，所述碰撞开关断开并关闭驱动电压源至高压继电器的控制端，控制高压继电器断开。
8.根据权利要求7所述的电动汽车高压安全电气互锁机构的控制方法，其特征在于，在电动汽车高压安全电气互锁机构正常工作时，所述整车控制器还检测电动汽车当前的车速和踏板信号，根据车速和踏板信号判断当前行车状态，并根据所述当前行车状态和高压安全电气互锁回路的接通状态输出控制信号至动力电池系统控制器。
9.根据权利要求7所述的电动汽车高压安全电气互锁机构的控制方法，其特征在于，所述机构还包括：连接在所述碰撞开关与高压继电器之间的第二低压继电器；其中，所述碰撞开关连接第二低压继电器的控制端，所述第二低压继电器的触点分别连接驱动电压源与高压继电器的驱动线；
所述控制方法还包括：
在电动汽车高压安全电气互锁机构正常工作时，所述碰撞开关闭合并接通驱动电压源至第二低压继电器的控制端，所述第二低压继电器接通驱动电压源至高压继电器的控制端，控制高压继电器接通；
在电动汽车发生碰撞时，所述碰撞开关断开并关闭驱动电压源至第二低压继电器的控制端，所述第二低压继电器关闭驱动电压源至高压继电器的控制端，控制高压继电器断开。
10.一种电动汽车，其特征在于，该汽车通过如权利要求7至9任一项所述的电动汽车高压安全电气互锁机构的控制方法来进行高压保护。
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