CN105711423A - 一种电动汽车高压安全控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电动汽车高压安全控制系统,由隔离电源模块、主单片机、隔离总线驱动、SPI总线、隔离信号输入检测、辅单片机、高压隔离反馈模块、隔离信号反馈模块、继电器驱动模块组成。所述主单片机与辅单片机之间通过SPI总线相连,主单片机还分别与隔离总线驱动、继电器驱动模块和隔离信号反馈模块相连;同时主单片机和辅单片机之间采用SPI总线进行通讯,共享采集得到的信号及指令。本发明能通过两种模式接收车辆总线发送的控制信号,同时对高压执行信号元件的输出进行检测,从信号输入冗余、信号对比确认、输出反馈及故障检测处理等环节对高压配电箱进行全方位安全控制,提升高压配电箱安全性。
Description
技术领域
本发明涉及电气控制设备技术领域,具体说是一种电动汽车高压安全控制系统。
背景技术
随着新能源汽车产业的不断发展,新能源汽车的总体产量越来越高,新能源汽车安全尤其是高压电气安全日益受到市场的关注和重视。如图1所示,在常规的新能源电动车结构中,整车高压电气的运行通常由高压配电箱来负责,高压配电箱通过信号线(硬线)接收整车控制核心即整车控制器(VCU)的指令,通过内部继电器和熔断器对各个通道的高压用电部件进行开、关操作及过流保护。由于新能源电动车高电压、高能量密度的特点,使用过程中会产生大量的电磁干扰,并且无法完全屏蔽,因此,在连接整车控制器与高压配电箱之间的导线极易受到干扰,使得高压配电箱产生误动作。高压配电箱错误的动作容易导致车辆在运行、维护的过程中造成不可避免的人身损伤(例如触电)及设备损伤(例如起火、过温、爆炸等),因此从控制结构上提升新能源整车电气安全显得非常必要。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供一种电动汽车高压安全控制系统。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
一种电动汽车高压安全控制系统,由隔离电源模块、主单片机、隔离总线驱动、SPI总线、隔离信号输入检测、辅单片机、高压隔离反馈模块、隔离信号反馈模块、继电器驱动模块组成。
所述主单片机与辅单片机之间通过SPI总线相连,主单片机还分别与隔离总线驱动、继电器驱动模块和隔离信号反馈模块相连;主单片机和辅单片机均采用专用的汽车级单片机,具备良好的可靠性和运算速度;同时主单片机和辅单片机之间采用SPI总线进行通讯,共享采集得到的信号及指令。
所述辅单片机还与连接隔离信号辅入检测和高压隔离反馈模块相连;所述隔离信号输入检测通过分压、滤波、隔离等方式,对车辆总线信号发送给高压配电箱的继电器控制命令进行信号采集,并且发送给辅单片机的开关量模块进行处理。
所述主单片机通过隔离总线驱动和隔离信号输入检测连接有车辆总线及整车低压线束,并且主单片机与车辆总线及整车低压线束之间进行信息传递。
所述高压隔离反馈模块、隔离信号反馈模块共同连接有高压继电器,所述主单片机通过高压隔离反馈模块、隔离信号反馈模块对高压继电器进行信号检测及反馈;所述主单片机和继电器驱动模块对高压配电箱内高压继电器进行输出控制。
所述隔离电源模块通过降压和隔离,分别整理出信号处理电路、主单片机的最小系统、辅单片机的最小系统所需的隔离电源。隔离电源模块采用分级结构,第一级采用稳压电源将车辆提供的V或V电压转换至控制系统的其他模块所需V电压范围,第二级通过电源隔离模块隔离出单片机系统所需的V供电,供单片机及各电路隔离模块使用。
所述主单片机连接有光耦和高速总线收发器,并通过光耦和高速总线收发器对车辆总线信号进行隔离及驱动。
车辆总线信号在与辅单片机进行连接时,通过电阻分压、光耦隔离的方式将车辆总线信号与外部信号隔离。
辅单片机与高压继电器的输出端进行连接,并通过分压、隔离、辅单片机信号采集的方式得到高压继电器输出状态。
所述主单片机输出的高压继电器控制信号通过光耦隔离模块进行检测,并由辅单片机对主单片机输出的高压继电器控制信号进行检测。
所述继电器驱动模块为多通道、可自行关闭的智能继电器驱动模块。继电器驱动模块接收由主单片机发出的继电器控制指令,通过高端驱动或低端驱动的方式,对配电箱内的高压继电器进行直接驱动;主单片机向高压继电器发送的输入信号,经隔离信号输入检测模块处理后,由辅单片机进行采集。同时,高压继电器输出的高压电经由高压隔离反馈模块处理后,转换成模拟信号,由辅单片机进行采集。
所述隔离总线驱动由总线驱动器和光电隔离器件组成,车辆总线信号经过光电隔离器件后滤除总线电磁干扰,通过总线驱动器转换成总线物理电平,由主单片机的总线控制模块接收车辆总线信号信息。
本发明的有益效果是:本发明能通过两种模式(总线及硬线)接收车辆总线发送的控制信号,同时对高压执行信号元件的输出进行检测,从信号输入冗余、信号对比确认、输出反馈及故障检测处理等环节对高压配电箱进行全方位安全控制,大大提升高压配电箱安全性。
本发明将会在传统高压控制系统的基础上,更加安全的进行高压用电部件管理,提升整车生产安全性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是现有技术中电动车高压配电示意图;
图2是本发明的整体连接关系示意图;
图3是本发明的内部结构连接关系示意图;
图4是本发明的隔离电源模块工作流程图;
图5是本发明的隔离总线驱动电路连接关系图;
图6是本发明的继电器驱动模块电路连接关系图;
图7是本发明的高压隔离反馈模块的电路连接示意图;
图8是本发明的车辆总线信号输入判别及输出流程图;
图9是本发明的输出状态检测及故障保护工作流程图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段和创作特征易于明白了解,下面对本发明进一步阐述。
如图1至图9所示,一种电动汽车高压安全控制系统,由隔离电源模块1、主单片机2、隔离总线驱动3、SPI总线4、隔离信号输入检测5、辅单片机6、高压隔离反馈模块7、隔离信号反馈模块8、继电器驱动模块10组成。
见图3,所述主单片机2与辅单片机6之间通过SPI总线4相连,主单片机2还分别与隔离总线驱动3、继电器驱动模块9和隔离信号反馈模块8相连;主单片机2和辅单片机6均采用专用的汽车级单片机,具备良好的可靠性和运算速度;同时主单片机2和辅单片机6之间采用SPI总线4进行通讯,共享采集得到的信号及指令。
所述辅单片机6还与隔离信号辅入检测5和高压隔离反馈模块7相连;所述隔离信号输入检测5通过分压、滤波、隔离等方式,对与隔离信号辅入检测5相连的车辆总线发送给高压配电箱的高压继电器的控制命令进行信号采集,并且发送给辅单片机6内设有的开关量模块进行处理。车辆总线的信号在与辅单片机6进行连接时,通过电阻分压、光耦隔离的方式将车辆总线的信号与外部信号隔离。所述辅单片机6与高压继电器的输出端进行连接,并通过分压、隔离、辅单片机6信号采集的方式得到高压继电器输出状态。
所述主单片机2通过隔离总线驱动3和隔离信号输入检测5连接有车辆总线及整车低压线束,并且主单片机2与车辆总线及整车低压线束之间进行信息传递。所述主单片机2连接有光耦和高速总线收发器,参见图5,并通过光耦和高速总线收发器对车辆总线的信号进行隔离及驱动。
参见图6,所述主单片机2输出的高压继电器控制信号通过光耦隔离模块进行检测,并由辅单片机6对主单片机2输出的对高压继电器控制的信号进行检测。
所述高压隔离反馈模块7、隔离信号反馈模块8共同连接有高压继电器,所述主单片机2通过高压隔离反馈模块7、隔离信号反馈模块8对高压继电器进行信号检测及反馈;所述主单片机2和继电器驱动模块9对高压配电箱内高压继电器进行输出控制。
参见图4,所述隔离电源模块1通过降压和隔离,分别整理出信号处理电路、主单片机2的最小系统、辅单片机6的最小系统所需的隔离电源。隔离电源模块1采用分级结构,第一级采用稳压电源将车辆提供的12V或24V电压转换至控制系统的其他模块所需5V电压范围,第二级通过电源隔离模块隔离出单片机系统所需的5V供电,供单片机及各电路隔离模块使用。
所述继电器驱动模块9为多通道、可自行关闭的智能继电器驱动模块。继电器驱动模块9接收由主单片机发出的继电器控制指令,通过高端驱动或低端驱动的方式,对高压配电箱内的高压继电器进行直接驱动;主单片机2向高压继电器发送的输入信号,经隔离信号输入检测5模块处理后,由辅单片机6进行采集。同时,高压继电器输出的高压电经由高压隔离反馈模块7处理后,转换成模拟信号,由辅单片机6进行采集。
所述隔离总线驱动3由总线驱动器和光电隔离器件组成,车辆总线信号经过光电隔离器件后滤除总线电磁干扰,通过总线驱动器转换成总线物理电平,由主单片机2的总线控制模块接收车辆总线信号信息。
经上述硬件框架结构设计,车辆总线发送给高压配电箱的信号分别通过不同模块、不同处理单元进行处理,同时对于继电器的驱动输出,增加了继电器输入、输出双重信号反馈,实现硬件冗余和安全。
对于系统的运行策略,在硬件系统安全冗余的前提下,通过分别对信号输入、数据处理及控制输出等环节进行监控、校验、保护等控制,确保系统的准确输出,具体实施方式如下:
参见图8和图9,主单片机和辅单片机分别通过车辆总线、导线硬线采集整车控制器的控制指令,见图1,在确认车辆状态及高压配电箱内部状态正常的情况下,主、辅单片机同时确认高压继电器输出信号,并且通过同步车辆总线确认结果。在此过程中,主、辅单片机还互相通过SPI总线定时发送生命信号,通过生命信号的更新判断对方的工作状态是否正常。
当主单片机与辅单片机对车辆状态、高压继电器命令确认一致时,允许对高压继电器进行输出。所述主单片机驱动继电器驱动模块,进而驱动高压配电箱内高压继电器。主单片机对继电器驱动模块的驱动信号由辅单片机进行采集,并且与高压继电器输出控制命令进行比对,如产生错误,则辅单片机通知主单片机进行故障处理。
本发明通过硬件冗余的方式,对高压配电箱信号输入、数据处理及控制输出进行双重备份和监控,同时对硬件结构提出双单片机协同控制、监控、保护的新型控制方法,使高压配电系统从开环系统变成闭环系统,极大的提升了高压配电箱的安全性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种电动汽车高压安全控制系统,由隔离电源模块(1)、主单片机(2)、隔离总线驱动(3)、SPI总线(4)、隔离信号输入检测(5)、辅单片机(6)、高压隔离反馈模块(7)、隔离信号反馈模块(8)、继电器驱动模块(10)组成,其特征在于:
所述主单片机(2)与辅单片机(6)之间通过SPI总线(4)相连,主单片机(2)还分别与隔离总线驱动(3)、继电器驱动模块(9)和隔离信号反馈模块(8)相连;
所述辅单片机(6)还与隔离信号辅入检测(5)和高压隔离反馈模块(7)相连;
所述主单片机(2)通过隔离总线驱动(3)和隔离信号输入检测(5)连接有车辆总线及整车低压线束,并且主单片机(2)与车辆总线及整车低压线束之间进行信息传递;
所述高压隔离反馈模块(7)、隔离信号反馈模块(8)共同连接有高压继电器,所述主单片机(2)通过高压隔离反馈模块(7)、隔离信号反馈模块(8)对高压继电器进行信号检测及反馈;所述主单片机(2)和继电器驱动模块(9)对高压配电箱的高压继电器进行输出控制。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车高压安全控制系统,其特征在于:所述隔离电源模块(1)通过降压和隔离,分别整理出信号处理电路、主单片机(2)的最小系统、辅单片机(6)的最小系统所需的隔离电源。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车高压安全控制系统,其特征在于:所述主单片机(2)连接有光耦和高速总线收发器,并通过光耦和高速总线收发器对车辆总线信号进行隔离及驱动。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车高压安全控制系统,其特征在于:车辆总线信号在与辅单片机(6)进行连接时,通过电阻分压、光耦隔离的方式将车辆总线信号与外部信号隔离。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车高压安全控制系统,其特征在于:辅单片机(6)与高压继电器的输出端进行连接,并通过分压、隔离、辅单片机(6)信号采集的方式得到高压继电器输出状态。
6.根据权利要求1所述的一种电动汽车高压安全控制系统,其特征在于:所述主单片机(2)输出的高压继电器控制信号通过光耦隔离模块进行检测,并由辅单片机(6)对主单片机(2)输出的高压继电器控制信号进行检测。
7.根据权利要求1所述的一种电动汽车高压安全控制系统,其特征在于:所述继电器驱动模块(9)为多通道、可自行关闭的智能继电器驱动模块。
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