CN105730244B - 一种用于电动汽车的高压泄漏保护电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电动汽车的高压泄漏保护电路及其控制方法，与现有技术相比解决了高压泄露保护无法满足电动汽车使用需要的缺陷。本发明中高压检测模块的输入端与被监测组件的输出端相连，高压检测模块的检测信号输出端与FPGA模块的检测信号输入端相连，FPGA模块的控制信号输出端与高压保护模块的信号输入端相连，FPGA模块的CAN通信接口与通信模块的CAN通信接口相连，高压保护模块串接在车体高压电源与DC‑DC电源模块的传输电路上。本发明能够及时有效的检测到高压泄漏，并在检测到高压泄漏危害时快速的执行保护方案。

Description

一种用于电动汽车的高压泄漏保护电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及高压保护电路技术领域，具体来说是一种用于电动汽车的高压泄漏保护电路及其控制方法。

背景技术

目前对于电动汽车的安全考虑仍旧有很多欠缺，很多还是基于传统燃油车设计的安全方案，并没有结合电动汽车的一些独有的特性设计新的安全方案。特别是电动汽车的动力来源采用高压电池驱动方案的电池，其电压普遍高于200V，对于采用高压驱动的电动车，高压就是一种新的独有的特性，应对这种特性加以考虑，一旦出现高压泄漏将会引起严重的安全危害或致使设备损坏。特别是由于车内结构设计密集，在车辆长期使用过程中，原有的高压电绝缘层可能由于螺丝脱落、绝缘层缺失等多种原因，导致产生高压泄漏时，高压电通过机体外壳之间进行传输，即非原电路连接方式的传输。此种高压泄露极其危险，极有可能对驾驶者造成致命伤害。

目前并没有切实有效的高压泄漏保护方案，仅有的也是基于检测高压漏电流的方案，采用这种方案系统响应较慢。因为当检测到高压漏电流时，高压危害已经产生了，这时系统仅仅才开始检测到高压泄漏，再加上系统响应时间和保护动作时间，这样的方案保护能力有限。并且传统的高压保护方案仅是单独的切除高压，使设备不能工作，并不能及时有效的通知整车或其他系统发生了高压泄漏故障，不适用于电动汽车的高压监测使用。因此，如何开发出一种用于电动汽车的高压泄露监测装置已经成为急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中高压泄露保护无法满足电动汽车使用需要的缺陷，提供一种用于电动汽车的高压泄漏保护电路及其控制方法来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于电动汽车的高压泄漏保护电路，包括被监测组件、DC-DC电源模块、通信模块和FPGA模块，车体高压电源的输出端与DC-DC电源模块的输入端相连，

还包括高压检测模块和高压保护模块，所述高压检测模块的输入端与被监测组件的输出端相连，高压检测模块的检测信号输出端与FPGA模块的检测信号输入端相连，FPGA模块的控制信号输出端与高压保护模块的控制信号输入端相连，FPGA模块的CAN通信接口与通信模块的CAN通信接口相连，高压保护模块串接在车体高压电源与DC-DC电源模块的传输电路上。

所述的高压检测模块包括储能电容C1和稳压管D1，被监测组件依次串接储能电容C1、分压电阻R4和分压电阻R5后接地，稳压管D1的负极并接在分压电阻R4和分压电阻R5之间，稳压管D1的正极接地，光耦U1的阳极并接在分压电阻R4和分压电阻R5之间，光耦U1的阴极通过下拉电阻R6接地，光耦U1的集电极接供电正极+OUT，光耦U1的发射极与FPGA模块的检测信号输入端相接，下拉电阻R7的一端并接在光耦U1的发射极上，下拉电阻R7的另一端接地。

所述的高压保护模块包括三极管Q1和绝缘栅双极型晶体管Q2，FPGA模块的控制信号输出端串接电阻R1后接在三极管Q1的基极上，电阻R2的一端接在三极管Q1的集电极上，电阻R2的另一端接供电正极+OUT，三极管Q1的发射极通过电阻R3接地，绝缘栅双极型晶体管Q2的棚极并接在三极管Q1的发射极上，绝缘栅双极型晶体管Q2的集电极和发射极串接在车体高压电源与DC-DC电源模块的正极传输电路上。

所述高压检测模块的电源供应端、高压保护模块的电源供应端和通信模块的电源供应端均并接在DC-DC电源模块上。

还包括DC-DC备用模块，DC-DC备用模块的输入端并接在被监测组件与储能电容C1之间，DC-DC备用模块的输出端分别并接在通信模块的电源供应端和FPGA模块的电源供应端上。

一种用于电动汽车的高压泄漏保护电路的控制方法，包括以下步骤：

高压泄漏监测，高压检测模块实时获取被监测组件输出的电压值，转化成高压检测信号，并传输给FPGA模块；

时间阈值对比，FPGA模块将接收到高压检测信号的时间长度与自身保存的时间阈值进行对比，若未超出时间阈值，则FPGA模块向高压保护模块输出高电平信号；若超出时间阈值，则FPGA模块向高压保护模块输出低电平信号；

高压泄漏保护，高压保护模块的三极管Q1接收FPGA模块传送来的低电平信号，三极管Q1断路致使绝缘栅双极型晶体管Q2断路，将车体高压电源与DC-DC电源模块的正极传输电路断开；

泄漏信息的报警，DC-DC备用模块获得储能电容C1内的存储电量，DC-DC备用模块将电源供给通信模块和FPGA模块，FPGA模块控制通信模块发出报警信息。

有益效果

本发明的一种用于电动汽车的高压泄漏保护电路及其控制方法，与现有技术相比能够及时有效的检测到高压泄漏，并在检测到高压泄漏危害时快速的执行保护方案，减少、避免高压泄漏带来的危害。本发明实现了高压泄漏的快速检测与保护，可以在高压泄漏时及时保护人身和设备安全，增强了系统的稳定性，减小了系统体积。具有快速、安全可靠、体积小的特点。

附图说明

图1为本发明的电路连接结构框图；

图2为本发明中高压保护模块的电路连接图；

图3为本发明中高压检测模块的电路连接图；

图4为本发明中所述控制方法的流程图；

其中，1-高压检测模块、2-高压保护模块、3-DC-DC备用模块、4-DC-DC电源模块、5-通信模块、6-FPGA模块、7-被监测组件、8-车体高压电源。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

如图1所示，本发明所述的一种用于电动汽车的高压泄漏保护电路，包括被监测组件7、DC-DC电源模块4、通信模块5和FPGA模块6，被监测组件7为实际应用中需要进行高压泄漏保护的部件，如电动汽车的控制器，当然也可以为其他关键部件。DC-DC电源模块4为保护电路和被监测组件7的供电装置，为其提供电源供应，而DC-DC电源模块4则从电动汽车上的车体高压电源8接收电量，即车体高压电源8的输出端与DC-DC电源模块4的输入端相连，通过断开DC-DC电源模块4和车体高压电源8之间的电源通路，可以断开整车的高压电输出。通信模块5和FPGA模块6为现有技术中的常用模块，通信模块用于对外发送报警信息，FPGA模块6用于进行高压持续时间阈值对比，以确定电动汽车是否产生高压泄漏。

高压检测模块1用于进行高压检测，高压保护模块2用于在出现高压情况下断开高压电，保护电子元器件和驾乘人员的安全。高压检测模块1的输入端与被监测组件7的输出端相连，被监测组件7的电量数据直接传递给高压检测模块1。高压检测模块1的检测信号输出端与FPGA模块6的检测信号输入端相连，为了防止高压静电误报警，高压检测模块1检测出的高压信号发给FPGA模块6进行高压泄漏时间的对比，若高压持续产生时间超过FPGA模块6内的阈值时间，则说明当前高压泄漏为真实泄漏；若高压持续产生时间低于FPGA模块6内的阈值时间，则说明当前高压泄漏为高压静电，无需报警处理。

如图3所示，高压检测模块1包括储能电容C1和稳压管D1，储能电容C1用于储存电量，在断电情况下还能给DC-DC备用模块3进行供电。被监测组件7依次串接储能电容C1、分压电阻R4和分压电阻R5后接地，稳压管D1的负极并接在分压电阻R4和分压电阻R5之间，稳压管D1的正极接地，稳压管D1用于在遇到高压泄漏情况时，从被监测组件7接受的高压在高压检测模块1上呈缓慢上升的变化趋势，防止被监测组件7受到高压泄漏时，电压急剧上升，打破其他元器件情况的出现。光耦U1的阳极并接在分压电阻R4和分压电阻R5之间，被监测组件7传出的电压（高压）经分压电阻R4和分压电阻R5按其相应的电阻值进行分压后传至光耦U1。光耦U1的阴极通过下拉电阻R6接地，光耦U1的集电极接供电正极+OUT，下拉电阻R7的一端并接在光耦U1的发射极上，下拉电阻R7的另一端接地。光耦U1的发射极与FPGA模块6的检测信号输入端相接，当被监测组件7上电压正常时，光耦U1不导通，光耦U1不向FPGA模块6发送信号；当被监测组件7上电压超过正常值时，光耦U1导通，光耦U1不向FPGA模块6发送高电平信号，待FPGA模块6进行高压持续时间核实后再确定是否进行触发高压保护模块2。

FPGA模块6的控制信号输出端与高压保护模块2的控制信号输入端相连，FPGA模块6的CAN通信接口与通信模块5的CAN通信接口相连，，当FPGA模块6监测高压持续时间超过其内的时间阈值后，则触发高压保护模块2进行电路保护。高压保护模块2串接在车体高压电源8与DC-DC电源模块4的传输电路上，断开车体高压电源8与DC-DC电源模块4的传输电路，并触发通信模块5对外报警。如图2所示，高压保护模块2包括三极管Q1和绝缘栅双极型晶体管Q2。FPGA模块6的控制信号输出端串接电阻R1后接在三极管Q1的基极上，电阻R2的一端接在三极管Q1的集电极上，电阻R2的另一端接供电正极+OUT，三极管Q1的发射极通过电阻R3接地。绝缘栅双极型晶体管Q2的棚极并接在三极管Q1的发射极上，绝缘栅双极型晶体管Q2的集电极和发射极串接在车体高压电源8与DC-DC电源模块4的正极传输电路上。FPGA模块6在正常状态下，FPGA模块6输出高电平时，三极管Q1导通，则三极管Q1也输出高电平，此时绝缘栅双极型晶体管Q2导通，车体高压电源8与DC-DC电源模块4之间的电源连接导通，整个设备运作正常。FPGA模块6在超压（高压泄漏）状态下，FPGA模块6输出低电平时，三极管Q1截止，则三极管Q1也输出低电平，此时绝缘栅双极型晶体管Q2截止，车体高压电源8与DC-DC电源模块4之间的电源连接截止，车体高压电源8断开对整车的高压供电。

为了便于对其他元器件的保护，高压检测模块1的电源供应端、高压保护模块2的电源供应端和通信模块5的电源供应端均并接在DC-DC电源模块4上，可以在高压泄漏出现时，对高压检测模块1、高压保护模块2和通信模块5自身起到保护作用。但在对以上元器件进行断电保护的同时，通信模块5或FPGA模块6也断电，无法保证能及时对外报警，因此在此还可以包括DC-DC备用模块3。DC-DC备用模块3的输入端并接在被监测组件7与储能电容C1之间，DC-DC备用模块3的输出端分别并接在通信模块5的电源供应端和FPGA模块6的电源供应端上。当出现高压泄漏时，整个高压电源全部断开，此时储存在储能电容C1内的电量供给DC-DC备用模块3，使得DC-DC备用模块3在少量的储能电容C1内的电能供应下给通信模块5和FPGA模块6进行供电，使得报警信息可以对外输出。

如图4所示，在此还提供一种用于电动汽车的高压泄漏保护电路的控制方法，包括以下步骤：

第一步，高压泄漏监测。高压检测模块1实时获取被监测组件7输出的电压值，转化成高压检测信号，并传输给FPGA模块6，以供FPGA模块6判断是否为真实地高压泄漏。

第二步，阈值对比。FPGA模块6将接收到高压检测信号的持续时间与自身保存的时间阈值进行对比，若未超出阈值，则说明当时短暂的高压检测信号输出只是静电或其他影响因素，并非高压泄漏，FPGA模块6向高压保护模块2输出高电平信号。由于FPGA模块6向高压保护模块2输出高电平信号，因此高压保护模块2处于导通状态，车体高压电源8与DC-DC电源模块4之间的电源处于导通状态。若超出时间阈值，则说明当前的高压检测信号输出确实为高压泄漏，FPGA模块6向高压保护模块2输出低电平信号，触发高压保护模块2进行高压断电隔离保护。

第三步，高压泄漏保护。高压保护模块2的三极管Q1接收FPGA模块6传送来的低电平信号，三极管Q1断路致使绝缘栅双极型晶体管Q2断路，将车体高压电源8与DC-DC电源模块4的正极传输电路断开，此时整车电源断开。

第四步，泄漏信息的报警。DC-DC备用模块3获得储能电容C1内的存储电量，DC-DC备用模块3将电源供给通信模块5和FPGA模块6，FPGA模块6控制通信模块5发出报警信息，提供使用者当前出现高压泄漏。

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的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种用于电动汽车的高压泄漏保护电路，包括被监测组件（7）、DC-DC电源模块（4）、通信模块（5）和FPGA模块（6），车体高压电源（8）的输出端与DC-DC电源模块（4）的输入端相连，

其特征在于：还包括高压检测模块（1）和高压保护模块（2），所述高压检测模块（1）的输入端与被监测组件（7）的输出端相连，高压检测模块（1）的检测信号输出端与FPGA模块（6）的检测信号输入端相连，FPGA模块（6）的控制信号输出端与高压保护模块（2）的控制信号输入端相连，FPGA模块（6）的CAN通信接口与通信模块（5）的CAN通信接口相连，高压保护模块（2）串接在车体高压电源（8）与DC-DC电源模块（4）的传输电路上；

所述的高压检测模块（1）包括储能电容C1和稳压管D1，被监测组件（7）依次串接储能电容C1、分压电阻R4和分压电阻R5后接地，稳压管D1的负极并接在分压电阻R4和分压电阻R5之间，稳压管D1的正极接地，光耦U1的阳极并接在分压电阻R4和分压电阻R5之间，光耦U1的阴极通过下拉电阻R6接地，光耦U1的集电极接供电正极+OUT，光耦U1的发射极与FPGA模块（6）的检测信号输入端相接，下拉电阻R7的一端并接在光耦U1的发射极上，下拉电阻R7的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的一种用于电动汽车的高压泄漏保护电路，其特征在于：所述的高压保护模块（2）包括三极管Q1和绝缘栅双极型晶体管Q2，FPGA模块（6）的控制信号输出端串接电阻R1后接在三极管Q1的基极上，电阻R2的一端接在三极管Q1的集电极上，电阻R2的另一端接供电正极+OUT，三极管Q1的发射极通过电阻R3接地，绝缘栅双极型晶体管Q2的棚极并接在三极管Q1的发射极上，绝缘栅双极型晶体管Q2的集电极和发射极串接在车体高压电源（8）与DC-DC电源模块（4）的正极传输电路上。

3.根据权利要求1所述的一种用于电动汽车的高压泄漏保护电路，其特征在于：所述高压检测模块（1）的电源供应端、高压保护模块（2）的电源供应端和通信模块（5）的电源供应端均并接在DC-DC电源模块（4）上。

4.根据权利要求1所述的一种用于电动汽车的高压泄漏保护电路，其特征在于：还包括DC-DC备用模块（3），DC-DC备用模块（3）的输入端并接在被监测组件（7）与储能电容C1之间，DC-DC备用模块（3）的输出端分别并接在通信模块（5）的电源供应端和FPGA模块（6）的电源供应端上。

5.根据权利要求4所述的一种用于电动汽车的高压泄漏保护电路的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

51）高压泄漏监测，高压检测模块（1）实时获取被监测组件（7）输出的电压值，转化成高压检测信号，并传输给FPGA模块（6）；

52）时间阈值对比，FPGA模块（6）将接收到高压检测信号的时间长度与自身保存的时间阈值进行对比，若未超出时间阈值，则FPGA模块（6）向高压保护模块（2）输出高电平信号；若超出时间阈值，则FPGA模块（6）向高压保护模块（2）输出低电平信号；

53）高压泄漏保护，高压保护模块（2）的三极管Q1接收FPGA模块（6）传送来的低电平信号，三极管Q1断路致使绝缘栅双极型晶体管Q2断路，将车体高压电源（8）与DC-DC电源模块（4）的正极传输电路断开；

54）泄漏信息的报警，DC-DC备用模块（3）获得储能电容C1内的存储电量，DC-DC备用模块（3）将电源供给通信模块（5）和FPGA模块（6），FPGA模块（6）控制通信模块（5）发出报警信息。