CN106094611A - 一种电动汽车高压控制箱分布式测控方法 - Google Patents

Abstract

安全性灵活性高的一种电动汽车高压控制箱分布式测控方法，包括智能测控模块和串行通讯总线，智能测控模块包含微处理器MPU、隔离电源单元、隔离驱动单元；MPU包含A/D采样端口、I/O控制端口、电源端口和通讯端口，MPU包含A/D采样端口、I/O控制端口、电源端口和通讯端口，A/D采样端口与被测点相连；隔离电源单元的输入端与电源总线相连，电源总线与外部电源相连，隔离电源单元的一个输出端与MPU上的电源端口相连，外部电源经隔离电源单元给MPU供电；电动汽车高压控制箱内于每一个需要测控的被测点处和/或主回路开关处就地安装一个所述智能测控模块，它通过通讯线与串行通讯总线相连。本发明用于测控电动汽车高压控制箱。

Description

一种电动汽车高压控制箱分布式测控方法

技术领域

本发明涉及一种电气测控方法，更具体地涉及一种电动汽车高压控制箱分布式测控方法，属新能源电动汽车领域。

技术背景

随着传统能源日渐枯竭及环境保护形势日趋严峻，新能源电动汽车得到了国家政策的大力扶持，因而得到了快速发展，普及度越来越高。新能源电动汽车采用蓄电池作为动力能源，其高压控制箱不仅是电动汽车各种电气连接的汇集点，提供包括电池正负极母线接口、充电接口、放电接口、车载电器接口等，而且高压控制箱还具有对蓄电池和电气回路进行监控、管理和保护的功能。

通常，电动汽车电气回路上的相关信息采样点都设置在高压控制箱内，如电池组总电压、充电电压、放电电压、绝缘电阻、电气回路连接点处的温度等。在现有技术中，高压控制箱内的电压采样都是集中采样，主回路上主回路开关的控制也都是集中控制，即将各个被测点的信号通过导线集中连接到一块采样模块上，在采样模块上通过信号处理，经A/D变换来采样。各个主回路开关的控制回路也是通过导线集中连接到控制板上，控制板上通过主回路开关驱动电路实现对各个主回路开关的控制。这种测控方式的优点是成本低，便于后期维护。缺点是高压控制箱内二次导线多，内部布线混乱。而且，有的被测点为直流高压信号，直流电压高，连接在被测点和电压采样模块之间的导线都带有高电压，给高压控制箱的绝缘设计带来极大的困难，也存在严重的安全隐患。同时控制板的灵活性和通用性差，一旦控制板设计完成后，当信号采样点或主回路开关的数量有变化时，控制板就需重新设计，导致生产周期慢，质量难以把控。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种分布式测控方法，在高压箱内每一个需要测控的被测点处和/或主回路开关处就地安装一个智能测控模块，就地采样并计算被测点的电压值、电流值、温度值、绝缘电阻值，并通过串行通讯总线将各个被测点的电压值、电流值、温度值、绝缘电阻值汇集到电池系统管理单元BMU，同时通过串行通讯总线接收BMU的电气回路控制指令，控制主回路开关的通断。因串行通讯总线物理连接的是弱电信号，极大地降低了高压控制箱布线的绝缘要求，方便高压箱设计，也提高了高压箱的安全性和可靠性。同时各个被测点的采样和主回路开关控制电气回路相同，智能测控模块可作为标准元器件设计，当信号采样点或主回路开关的数量有变化时，只需在高压控制箱设计时改变智能测控模块的数量即可，不需要重新设计高压控制箱的主控制板，灵活性大为增强，生产管理和质量控制难度也大为降低。

为解决上述问题，本发明提供的技术方案其特殊之处在于：一种电动汽车高压控制箱分布式测控方法，包括智能测控模块和串行通讯总线，其特殊之处在于所述智能测控模块包含微处理器MPU、隔离电源单元、隔离驱动单元；

所述MPU包含A/D采样端口、I/O控制端口、电源端口和通讯端口，所述A/D采样端口与被测点相连，将所述被测点测得的模拟信号转化为数字信号输送到所述通讯端口；所述I/O控制端口与所述隔离驱动单元的信号输入端相连，所述隔离驱动单元的输出端与主回路开关的控制信号端相连，控制所述主回路开关的通断；所述通讯端口通过通讯线与所述串行通讯总线相连；

所述隔离电源单元的输入端通过电源线与电源总线相连，所述电源总线与外部电源相连，所述隔离电源单元的一个输出端与所述MPU上的所述电源端口相连，外部电源经所述隔离电源单元电气隔离后给所述MPU供电；所述隔离电源单元的另一个输出端与所述隔离驱动单元的电源输入端相连，外部电源经所述隔离电源单元电气隔离后给所述隔离驱动单元供电；

电动汽车高压控制箱内在每一个需要测控的被测点处和/或主回路开关处就地安装一个所述智能测控模块，所述智能测控模块通过通讯线与所述串行通讯总线相连，所述串行通讯总线与电池系统管理单元BMU上的通讯接口相连；所述被测点的数字信号通过所述串行通讯总线输送至所述BMU，所述BMU的指令也通过所述串行通讯总线输送至所述智能测控模块；所述智能测控模块通过隔离驱动单元与所述主回路开关的控制信号端相连，所述MPU通过所述串行通讯总线接收所述BMU的操作指令，控制所述主回路开关的通断。

作为优选：

所述模拟信号包括电压模拟信号、电流模拟信号、温度模拟信号；所述数字信号包括电压数字信号、电流数字信号、温度数字信号、绝缘电阻数字信号。

所述MPU上的所述A/D采样端口通过信号处理单元与所述被测点相连，所述信号处理单元将所述被测点上的强电模拟信号转化为弱电模拟信号。

所述MPU的所述A/D采样端口将所述信号处理单元送来的弱电电压模拟信号转换成相应的电压数字信号，同时通过对所述被测点电压数字信号的分析，计算出所述被测点处的绝缘电阻数字信号。

所述隔离电源单元与所述隔离驱动单元相连，所述MPU上的所述I/O控制端口通过隔离驱动单元与所述主回路开关的控制信号端相连，所述隔离驱动单元将所述MPU输出弱电控制信号放大成主回路开关控制信号端所要求的控制信号。

所述MPU上的所述通讯端口与隔离串口单元相连，所述隔离串口单元通过通讯线与所述串行通讯总线相连，所述隔离串口单元在所述串行通讯总线与所述MPU的所述通讯端口之间起电气隔离作用；所述隔离串口单元一方面接收来自所述串行通讯总线的信号，包括查询指令、对时指令和主回路开关控制指令，再传输给所述MPU；另一方面接收来自所述MPU通过所述通讯端口输送的数字信号，再通过通讯线输送至所述串行通讯总线。

所述BMU、智能测控模块和所述串行通讯总线组成通讯网络，所述BMU作为网络的主设备，所述智能测控模块作为网络的从设备，所述主设备对每一个所述从设备实时监控其连线状态，掉线后立即给出报警。

所述主回路开关包括继电器、电子开关、接触器中的至少一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

1、智能测控模块在被测点和/或主回路开关处就地安装，就地采样，就地控制，通讯线替代了信号采样线和控制线。通讯线上传输的是弱电信号，代替了现有技术中信号采样线上传输的强电信号，因此避免了信号采样线在高压控制箱内布线所带来的直流高压安全隐患，给高压箱的电气绝缘设计带来方便的同时，提高了高压箱安全性，最终提高了新能源汽车的安全性和可靠性。

2、智能测控模块可作为标准元器件开发生产，采用这种分布式测控方法的高压控制箱的BMU亦可标准化生产，改善了高压控制箱设计灵活性，降低了高压控制箱质量控制难度，从而提高了产品在市场上的竞争力。

3、智能测控模块体积小且安装在各个被测点和/或主回路开关上，安装维护方便。

4、采用分布式测控方法，BMU安装位置灵活，既可安装在高压控制箱内，亦可安装在高压控制箱外。

5、智能测控模块的供电回路接口、通讯接口和继电器控制接口都采用电气隔离设计，提高了智能测控模块的可靠性。

附图说明

图1所示的是本发明提供的一种具体实施方式的智能测控模块结构示意图；

图2所示的是高压控制箱内分布式信号采样与继电器控制网络拓扑图。

图中标记：1－智能测控模块；2－MPU；3－信号处理单元；4－隔离串口单元；5－隔离电源单元；6－隔离驱动单元；7－被测点；8－串行通讯总线；9—电源总线；10—继电器；11—高压控制箱；12—外部电源；13－BMU；201－A/D采样端口；202－通讯端口；203－电源端口；204－I/O控制端口；801－通讯线；901－电源线；1301－BMU通讯接口。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

本发明是针对现有技术中高压控制箱内采用集中式采样与继电器控制方式时，由于电压采样线带有高压而使其在高压控制箱内布线时存在绝缘要求高、安全隐患大的问题，提供了一种分布式的测控方法，在高压控制箱内一个或若干个被测点处和/或主回路开关处就地安装一个智能测控模块，就地测量并计算电压值、电流值、温度值、绝缘电阻值，然后通过串行通讯总线将电压值、电流值、温度值、绝缘电阻值输送至BMU，由BMU对其进行管理和监控，同时接收BMU通过串行通讯总线输送的操作指令控制主回路开关的通断。

主回路开关用于控制某一电气回路的通断，以实现某种电气控制或对某个电气回路及其电气回路上的元器件的保护。常用的主回路开关是继电器，对于大电流的电气回路，则更常用接触器。随着现代电子技术的进步，电子开关的应用逐渐多了起来，开始取代部分继电器和接触器。电子开关是指利用电子电路以及电子器件实现电气回路通断的运行单元，至少包括一个可控的电子驱动器件，如晶闸管、晶体管、场效应管、可控硅等。与继电器和接触器相比，电子开关因无机械触点，因此具有使用寿命长、无机械运作、不产生电弧、静音、不会发生触点粘连故障等优点。在某些应用场合，电子开关更具有优势。在本具体实施方式中，采用继电器作为主回路开关。图1所示的是本发明提供的一个具体实施方式的智能测控模块结构示意图。智能测控模块1包含MPU 2、隔离电源单元5和隔离驱动单元6。MPU 2包含A/D采样端口201、通讯端口202、电源端口203和I/O控制端口204，A/D采样单元201与被测点7相连，用于采集被测点7上的模拟信号并转化为数字信号，然后传送至通讯端口202。I/O控制端口204通过隔离驱动单元6与继电器10相连，用于控制继电器10的通断。通讯端口202通过通讯线801接收来自串行通讯总线8的继电器控制指令，经MPU 2处理后，对隔离驱动单元6输出弱电控制信号，隔离驱动单元6与隔离电源单元5相连，隔离电源单元5给隔离驱动单元6供电，将MPU 2输出的弱电控制信号放大，最终输出为继电器10线圈所要求的控制信号。

隔离电源5的输出端与MPU 2上的电源端口203和隔离驱动单元6的电源输入端相连，隔离电源5的输入端通过电源线901与电源总线9相连，电源总线9与外置的工作电源相连，外置的工作电源通过隔离电源5电气隔离后分别给MPU 2和隔离驱动单元6供电。

作为优选，在A/D采样端口201与被测点7之间再串联一个信号处理单元3，信号处理单元3的作用是将被测点7的强电模拟信号转换成弱电模拟信号，便于MPU 2安全可靠地进行A/D转换。

作为优选，A/D采样端口201将信号处理单元3送来的弱电模拟信号转换成被测点7处相应的数字信号，同时MPU2通过对被测点7处的电压数字信号分析，计算出被测点7处的绝缘电阻数字信号。

作为优选，MPU 2上的通讯端口202与隔离串口单元4相连，隔离串口单元4通过通讯线801与串行通讯总线8相连，隔离串口单元4在串行通讯总线8与MPU 2的通讯端口202之间起电气隔离作用；隔离串口单元4一方面接收来自串行通讯总线8传送的信号，包括查询指令、对时指令和继电器控制指令，然后通过MPU 2的通讯端口202传送给MPU 2；另一方面接收来自MPU 2通过通讯端口202输送的数字信号，再通过通讯线801输送至所述串行通讯总线8。

作为优选，智能测控模块1的通讯回路、电源回路和继电器控制回路都采用电气隔离设计。这样做的目的可以提高串行通讯总线8的可靠性，进而提高高压控制箱的安全性和可靠性；同时也是为了防止当某一个被测点发生故障后导致整个测控网络的瘫痪。

图2所示的是高压控制箱内分布式测控的网络拓扑图。由于高压控制箱11内有多个被测点7和多个继电器10，如正负极母线之间、熔断器的两侧、直流开关的两侧、充电接口、放电接口等处都有被测点，充电回路、放电回路和车载电器回路上都有继电器。在每一个需要测控的被测点7处和/或继电器10处就地安装一个智能测控模块1，智能测控模块1通过通讯线801连接到串行通讯总线8上，串行通讯总线8与BMU 13的通讯总线接口1301相连，这样就组成一个信号采样与继电器控制的网络拓扑图。所有智能测控模块1上的隔离电源通过电源线901与电源总线9相连，电源总线9与外置的工作电源12相连。工作电源12通过电源总线9给每一个智能测控模块1上的MPU和隔离驱动单元供电。BMU 13可以通过串行通讯总线8与各个智能测控模块进行通讯。通讯采用双工方式并采用主从工作模式，BMU 13是主设备，智能测控模块1是从设备。每次通讯时，BMU13发送含有智能测控模块1身份信息的查询命令，所有的智能测控模块1都收到该命令并进行身份核对。核对无误的智能测控模块1将采集到的被测点的数字信号送给BMU13。同时，智能测控模块1也接收BMU13通过串行通讯总线8传送的继电器10控制指令，核对后根据指令信息控制继电器10的分合动作。通过这样的方式，高压控制箱内的所有电压值、电流值、温度值、绝缘电阻值都可以传送给BMU13，并由BMU 13来监控与管理，同时，BMU13也可以控制高压控制箱内所有继电器10的分合动作。

作为优选，BMU13还可以对各个智能测控模块1进行监测，即BMU 13会对每个智能测控模块1进行查询，若对某个智能测控模块1连续5次查询数据，该智能测控模块1均没有应答时，BMU给出该智能测控模块1通讯异常的告警信号。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种电动汽车高压控制箱分布式测控方法，包括智能测控模块和串行通讯总线，其特征在于所述智能测控模块包含微处理器MPU、隔离电源单元、隔离驱动单元；

所述MPU包含A/D采样端口、I/O控制端口、电源端口和通讯端口，所述A/D采样端口与被测点相连，将所述被测点测得的模拟信号转化为数字信号输送到所述通讯端口；所述I/O控制端口与所述隔离驱动单元的信号输入端相连，所述隔离驱动单元的输出端与主回路开关的控制信号端相连，控制所述主回路开关的通断；所述通讯端口通过通讯线与所述串行在于所述智能测控模块包含微处理器MPU、隔离电源单元、隔离驱动单元；

所述MPU包含A/D采样端口、I/O控制端口、电源端口和通讯端口，所述A/D采样端口与被测点相连，将所述通讯总线相连；

所述隔离电源单元的输入端通过电源线与电源总线相连，所述电源总线与外部电源相连，所述隔离电源单元的一个输出端与所述MPU上的所述电源端口相连，外部电源经所述隔离电源单元电气隔离后给所述MPU供电；所述隔离电源单元的另一个输出端与所述隔离驱动单元的电源输入端相连，外部电源经所述隔离电源单元电气隔离后给所述隔离驱动单元供电；

在所述电动汽车高压控制箱内于每一个需要测控的被测点处和/或主回路开关处就地安装一个所述智能测控模块，所述智能测控模块通过通讯线与所述串行通讯总线相连，所述串行通讯总线与电池系统管理单元BMU上的通讯接口相连；所述被测点的数字信号通过所述串行通讯总线输送至所述BMU，所述BMU的指令也通过所述串行通讯总线输送至所述智能测控模块；所述智能测控模块通过隔离驱动单元与所述主回路开关的控制信号端相连，所述MPU通过所述串行通讯总线接收所述BMU的操作指令，控制所述主回路开关的通断。

2.根据权利要求1所述的分布式测控方法，其特征在于所述模拟信号包括电压模拟信号、电流模拟信号、温度模拟信号；所述数字信号包括电压数字信号、电流数字信号、温度数字信号、绝缘电阻数字信号。

3.根据权利要求1所述的分布式测控方法，其特征在于所述MPU上的所述A/D采样端口通过信号处理单元与所述被测点相连，所述信号处理单元将所述被测点上的强电模拟信号转化为弱电模拟信号。

4.根据权利要求1所述的分布式测控方法，其特征在于所述MPU的所述A/D采样端口将所述信号处理单元送来的弱电电压模拟信号转换成相应的电压数字信号，同时通过对所述被测点电压数字信号的分析，计算出所述被测点处的绝缘电阻数字信号。

5.根据权利要求1所述的分布式测控方法，其特征在于所述隔离电源单元与所述隔离驱动单元相连，所述MPU上的所述I/O控制端口通过隔离驱动单元与所述主回路开关的控制信号端相连，所述隔离驱动单元将所述MPU输出弱电控制信号放大成主回路开关控制信号端所要求的控制信号。

6.根据权利要求1所述的分布式测控方法，其特征在于所述MPU上的所述通讯端口与隔离串口单元相连，所述隔离串口单元通过通讯线与所述串行通讯总线相连，所述隔离串口单元在所述串行通讯总线与所述MPU的所述通讯端口之间起电气隔离作用；所述隔离串口单元一方面接收来自所述串行通讯总线的信号，包括查询指令、对时指令和主回路开关控制指令，再传输给所述MPU；另一方面接收来自所述MPU通过所述通讯端口输送的数字信号，再通过通讯线输送至所述串行通讯总线。

7.根据权利要求1所述的分布式测控方法，其特征在于所述BMU、智能测控模块和所述串行通讯总线组成通讯网络，所述BMU作为网络的主设备，所述智能测控模块作为网络的从设备，所述主设备对每一个所述从设备实时监控其连线状态，掉线后立即给出报警。

8.根据权利要求1所述的分布式测控方法，其特征在于所述主回路开关包括继电器、电子开关、接触器中的至少一种。