CN106240376B - 电动汽车高压预充电与主接触器错接保护装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的电动汽车高压预充电与主接触器错接保护装置和方法，本装置和方法的整车控制器采集车辆钥匙信号并控制预充电接触器和主接触器闭合与断开，若出现预充电和主接触器线束错接或者软件输出通道错误配置，及时向仪表告知故障代码提示驾驶员，并记录下来，再次上电时不执行闭合主接触器指令，不允许走车。本发明通过检测直流负载端在初始上电期间电压上升率判断是否存在预充电和主接触器控制线束错接或软件通道配置错误并及时报出，防止未能及时发现错接导致主接触器反复粘死，拉弧，对直流负载电容大电流冲击等危害电气安全事故。本发明在原有器件基础上不增加任何额外成本，不增加预充电时间及司机等待时间。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车电气安全技术领域，具体地指一种电动汽车高压预充电与主接触器错接保护装置和方法。
背景技术
电动汽车电气系统采用动力电池或者超级电容作为主要电储能能源，动力电池或者超级电容通常由若干单体模块串联组成；牵引电机控制器和电动转向等其它装置作为直流负载。通常采用先闭合预充电接触器并检测预充电接触器两端电压压差的方式，若电压差值在较小范围则闭合主接触器，以减少主接触器闭合时出现火花拉弧并减少其寿命。
如申请号CN201510671358.1和CN201010158868.6的中国专利所述。实际生产或制造过程若因线束制作原因导致将预充电和主接触器线束错接，或者整车控制器软件配置输出管脚错误导致错误输出(例如整车控制器接插件第21脚为预充电输出，第22脚为主接触器输出，软件配置时却错将第21和22误配)，两种情况均为错接，都会导致控制预充电的控制信号错接为控制主接触器闭合，此时主接触器在未经过预充电的情况下两端压差极大。典型试验测试表明在错接情况下接通接触器400us后主接触器出现峰值电流，约为额定电流3.2倍，1ms后电流降低到额定值10％，此时直流保险(典型的如武汉标迪电子科技公司JDA05-200A直流保险，额定电流是200A,可耐受额定电流200A的5倍40ms，并且电流小于1000A耐受时间进一步增加)并未立即熔断，通常无法及时发现该故障，主接触器并不会立即损坏但可能粘死。此时若根据电机控制器直流侧电容电压和电储能单元直流侧电压差值判断两端压差已经很小，则进入下一步闭合主接触器阶段，但是因为线束错接，实际闭合预充电接触器，此时电机控制器直流侧电压和电储能单元直流侧电压仍小于设定值。若未及时发现将导致下次上电时再次发生错误并导致主接触器再次拉弧，粘死，给电容负载端造成大电压冲击并给电气安全带来隐患，多次出现必将导致主接触器损害。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种电动汽车高压预充电与主接触器错接保护装置和方法，该装置及方法通过检测直流负载端在初始上电期间电压上升率判断是否存在预充电和主接触器控制信号线束错接或者软件通道错误配置情况(统称为错接)并及时报出，防止未能及时发现错接导致反复发生主接触器粘死。
为实现此目的，本发明所设计的电动汽车高压预充电与主接触器错接保护装置，其特征在于：它包括车辆直流电储能单元、电储能控制单元、直流保险、车辆直流负载、整车控制器、预充电接触器、预充电电阻、主接触器和车辆钥匙模块，其中，车辆直流电储能单元的一端连接车辆直流负载的第一电源接口，车辆直流电储能单元的另一端连接直流保险的一端，直流保险的另一端连接主接触器的第一开关接线端，主接触器的第二开关接线端连接车辆直流负载的第二电源接口，预充电接触器的第一开关接线端连接直流保险的另一端，预充电接触器的第二开关接线端连接预充电电阻的一端，预充电电阻的另一端连接车辆直流负载的第二电源接口，电储能控制单元电储能控制信号通信端连接整车控制器的第一CAN通信接口，车辆钥匙模块的车辆钥匙状态信号通信端连接整车控制器的车辆钥匙状态数字量采集端，整车控制器的第二CAN通信接口连接车辆直流负载的CAN通讯端，所述整车控制器的主接触器控制信号输出连接主接触器的控制端，整车控制器的预充电接触器控制信号输出连接预充电接触器的控制端。
所述整车控制器的第一CAN通信接口还与车辆仪表模块的CAN通讯端连接。
所述电储能控制单元用于测量车辆直流电储能单元的电压、电流、单体储能模组电压和单体储能模组温度。
一种利用上述装置的电动汽车高压预充电与主接触器错接保护方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：驾驶员操作车辆钥匙模块由OFF挡状态进入ACC挡状态，激活车辆仪表模块和整车控制器，电储能控制单元工作，整车控制器检测整车控制器与电储能控制单元之间的CAN通讯是否正常。若正常，则整车控制器通过CAN报文获取电储能控制单元的直流电压V1，若通讯不正常则报第一通讯故障；根据CAN报文获取的电池或超级电容最高单体电压和最低单体电压及串联单元数目进行直流电压V1的异常性判断，如果直流电压V1无异常，则判断V1有效；如果直流电压V1为异常值，则后续步骤3不进入预充电闭合动作，报告直流电压V1异常故障。
步骤2：驾驶员操作车辆钥匙模块由ACC挡状态进入ON挡状态，整车控制器控制接通车辆直流负载的控制电源(整车控制器301控制24V继电器通断实现对车辆直流负载控制电源开通或关闭)，整车控制器检测整车控制器与车辆直流负载之间CAN通讯是否正常，若通讯不正常则报第二通讯故障，不执行步骤3中的预充电接触器闭合动作，若通信正常还需进行以下车辆直流负载201的直流负载电压V2有效性判断，若直流负载电压V2在0～36V之间，则步骤3中司机拧下钥匙到START挡后执行预充电接触器闭合动作；如果直流负载电压V2在36～V1±10V之间，则步骤3中司机拧下钥匙到START后执行预充电接触器闭合动作并报告直流放电不彻底故障；若直流负载电压V2大于直流工作电压V1超过10V，则报告直流负载电压V2异常，步骤3司机拧下钥匙到START挡后不执行预充电接触器闭合动作；
步骤3：驾驶员操作车辆钥匙模块由ON挡状态进入START挡状态，若步骤1和步骤2中直流电压V1和直流负载电压V2均为正常有效电压，且整车控制器读取存储在自身E2ROM中上次下电前记录的错接故障标识为0，则整车控制器发出预充电指令，延时15ms后整车控制器软件计数器counter1开始计时(周期1ms)，同时检测有效直流负载电压V2变化；若|V1-V2|<15V且计数器counter1的计数<20，则说明车辆直流负载在整车控制器发出预充电指令后不到20ms时间内电压即与车辆直流电储能单元电压压差小于15V，此时，判断为预充电接触器和主接触器线束错接或者整车控制器输出管脚软件配置错误，整车控制器向车辆仪表模块报告预充电接触器和主接触器错接故障并将错接故障标识由0置1；
若|V1-V2|<15V且200<计数器counter1的计数<500，则说明预充电时间在200～500ms内完成，根据预充电电阻和直流负载电容值物理关系计算，该值在正常范围内。
本发明通过检测直流负载端在初始上电期间电压上升率判断是否存在预充电和主接触器控制线束错接并及时报出，防止未能及时发现错接导致反复发生主接触器粘死，拉弧，对直流负载电容大电流冲击等危害电气安全事故。本发明采用上述策略实现，在原有器件基础上不增加任何额外成本，软件执行在钥匙进入START状态上高压期间，不增加预充电时间及司机等待时间。
附图说明
图1为本发明所述系统结构示意图；
图2为本发明控制流程图。
其中，101—车辆直流电储能单元、102—电储能控制单元、103—直流保险、201—车辆直流负载、301—整车控制器、401—预充电接触器、402—预充电电阻、501—主接触器、601—车辆钥匙模块、701—车辆仪表模块。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
如图1和2所示的电动汽车高压预充电与主接触器错接保护装置，它包括车辆直流电储能单元101(动力电池或者超级电容等，通常由若干单体模组串联组成)、电储能控制单元102、直流保险103、车辆直流负载201(牵引电机控制器、电机控制器等)、整车控制器301、预充电接触器401、预充电电阻402、主接触器501和车辆钥匙模块601，其中，车辆直流电储能单元101的一端连接车辆直流负载201的第一电源接口，车辆直流电储能单元101的另一端连接直流保险103的一端，直流保险103的另一端连接主接触器501的第一开关接线端，主接触器501的第二开关接线端连接车辆直流负载201的第二电源接口，预充电接触器401的第一开关接线端连接直流保险103的另一端，预充电接触器401的第二开关接线端连接预充电电阻402的一端，预充电电阻402的另一端连接车辆直流负载201的第二电源接口，电储能控制单元102电储能控制信号通信端连接整车控制器301的第一CAN通信接口(实现信息交互)，车辆钥匙模块601的车辆钥匙状态信号通信端连接整车控制器301的车辆钥匙状态数字量采集端，整车控制器301的第二CAN通信接口连接车辆直流负载201的CAN通讯端(实现信息交互)，所述整车控制器301的主接触器控制信号输出连接主接触器501的控制端，整车控制器301的预充电接触器控制信号输出连接预充电接触器401的控制端。
上述技术方案中，电储能控制单元102发送的直流电压V1所在报文和整车控制器301之间的CAN通讯周期为10ms。直流负载201发送的直流电压V2所在报文与整车控制器301之间的CAN通讯周期是10ms。
上述技术方案中，所述整车控制器301的第一CAN通信接口还与车辆仪表模块701的CAN通讯端连接。所述电储能控制单元102用于测量车辆直流电储能单元101的电压、电流、单体储能模组电压和单体储能模组温度。
本装置工作时，整车控制器采集车辆钥匙信号(OFF,ACC,ON,START状态)并控制预充电接触器和主接触器闭合与断开，若出现预充电和主接触器错接，及时向仪表告知故障代码提示驾驶员，并将故障记录在整车控制器内部故障存储区，再次上电时检测该故障标识若有效则不执行闭合主接触器指令，不允许走车。
一种上述装置的电动汽车高压预充电与主接触器错接保护方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：驾驶员操作车辆钥匙模块601由OFF挡状态进入ACC挡状态，激活车辆仪表模块701和整车控制器301，电储能控制单元102工作，整车控制器301检测整车控制器301与电储能控制单元102之间的CAN通讯是否正常。若正常，则整车控制器301通过CAN报文获取电储能控制单元102的直流电压V1，若通讯不正常则报第一通讯故障；根据CAN报文获取的电池或超级电容最高单体电压和最低单体电压及串联单元数目进行直流电压V1的异常性判断，如果直流电压V1无异常，则判断V1有效；如果直流电压V1为异常值，则后续步骤3不进入预充电闭合动作，报告直流电压V1异常故障。
步骤2：驾驶员操作车辆钥匙模块601由ACC挡状态进入ON挡状态，整车控制器301控制接通车辆直流负载201的控制电源，整车控制器301控制24V继电器通断实现对车辆直流负载201控制电源开通或关闭，整车控制器301检测整车控制器301与车辆直流负载201之间CAN通讯是否正常，若通讯不正常则报第二通讯故障，不执行步骤3中的预充电接触器闭合动作，若通信正常还需进行以下车辆直流负载201的直流负载电压V2(典型值为0～30v)有效性判断，若直流负载电压V2在0～36V之间，则步骤3中司机拧下钥匙到START挡后执行预充电接触器401闭合动作；如果直流负载电压V2在36～V1±10V之间，则步骤3中司机拧下钥匙到START后执行预充电接触器401闭合动作并报告直流放电不彻底故障；若直流负载电压V2大于直流工作电压V1超过10V，则报告直流负载电压V2异常，步骤3司机拧下钥匙到START挡后不执行预充电接触器401闭合动作；
步骤3：驾驶员操作车辆钥匙模块601由ON挡状态进入START挡状态，若步骤1和步骤2中直流电压V1和直流负载电压V2均为正常有效电压，且整车控制器301读取存储在自身E2ROM中上次下电前记录的错接故障标识为0，则整车控制器301发出预充电指令，延时15ms后整车控制器软件计数器counter1开始计时(延时为了考虑接触器动作时间)，同时检测有效直流负载电压V2变化(有效直流负载电压V2会随着预充电开始后电压上升，先上升快，后上升慢)；若|V1-V2|<15V且计数器counter1的计数<20，则说明车辆直流负载201在整车控制器301发出预充电指令后不到20ms时间内电压即与车辆直流电储能单元101电压压差小于15V，此时，判断为预充电接触器401和主接触器501线束错接(线束制作过程误将原本接在预充电接触器401预充电信号的线束接在了主接触器501上，错误标识flag_pre-main＝1)或者整车控制器输出管脚软件配置错误(例如线束本身没有错误，整车控制器软件配置输出端口第21脚为预充电控制信号，22脚为主接触器控制信号，但是由于软件设置时将第21脚配置为主接触器信号，22脚为预充电控制信号，属软件设置错误，和外部线束错接结果相同，错误标识flag_pre-main＝1)，整车控制器301向车辆仪表模块701报告预充电接触器401和主接触器501错接故障并将错接故障标识由0置1；
若|V1-V2|<15V且200<计数器counter1的计数<500，则说明预充电时间在200～500ms内完成，根据预充电电阻和直流负载电容值物理关系计算，该值在正常范围内。
上述技术方案的步骤2中，如果V2-V1＞10V，则不闭合预充电接触器401，判断为有效直流负载电压V2测量故障；
如果V2在36V～V1±10V之间说明直流负载在上次关钥匙后直流放电不充分，未低于人体安全电压，仍然闭合预充电接触器401，但是提示放电不充分。
上述技术方案的步骤3中，当整车控制器301向车辆仪表模块701报告预充电接触器401和主接触器501错接故障时，错接故障标识由0变为1，整车控制器301将错接故障标识写入整车控制器故障存储区。可选的，该故障存储在整车控制器内部E2ROM。
上述技术方案的如果步骤3中的预充电接触器401和主接触器501错接故障未得到更正，即再次上电整车控制器301首先读取整车控制器故障存储区中错接故障标识若仍是1，则整车控制器301向车辆仪表模块701继续报告预充电接触器401和主接触器501错接故障提醒司机，并不再执行预充电动作，防止主接触器501受到二次冲击；
若预充电接触器401和主接触器501线束错接故障已经更正，采用维修诊断仪或诊断软件将该故障清除后方可进行正常预充电动作。
上述技术方案的所述步骤1中整车控制器301与电储能控制单元102之间的CAN通讯是否正常的判断方法为：整车控制器301通过检测与电储能控制单元102的CAN通讯计数器(俗称life值)是否更新变化来确认整车控制器301与电储能控制单元102之间CAN通讯是否正常，此处CAN通讯协议规定每发送一帧报文，相关计数器会增加一次，若整车控制器301发现这个计数器前后两次不变化则认为通讯异常；
整车控制器301与车辆直流负载201之间CAN通讯是否正常的判断方法为：整车控制器301通过检测与车辆直流负载201的CAN通讯计数器是否更新变化来确认整车控制器301与车辆直流负载201之间CAN通讯是否正常，此处CAN通讯协议规定每发送一帧报文，相关计数器会增加一次，若整车控制器301发现这个计数器前后两次不变化则认为通讯异常。
上述技术方案的步骤1中，直流电压V1有效性校验需结合报文获取的直流电储能单元单体最高单体电压和最低单体电压及串联单元数目综合判断，CAN协议规定整车控制器301在获取电储能控制单元102的直流电压同时还获取电储能控制单元102的单体最高电压，最低电压和串联数目，根据单体最高电压，最低电压和串联数目得到直流电压标准值范围，若直流电压V1不在直流电压标准值范围内则直流电压V1无效。例如某直流电储能单元102是由120节电池串联起来的，电池最高电压3.31V，最低电压3.27V，则直流电压大致在(3.27*119+3.31)～(3.31*119+3.27)之间，若V1不在此范围则V1无效。
上述技术方案的步骤2中，直流负载电压V2在上次下电时会经过主动放电低于36V人体安全电压。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (9)
1.一种电动汽车高压预充电与主接触器错接保护装置的错接保护方法，所述电动汽车高压预充电与主接触器错接保护装置包括车辆直流电储能单元(101)、电储能控制单元(102)、直流保险(103)、车辆直流负载(201)、整车控制器(301)、预充电接触器(401)、预充电电阻(402)、主接触器(501)和车辆钥匙模块(601)，其中，车辆直流电储能单元(101)的一端连接车辆直流负载(201)的第一电源接口，车辆直流电储能单元(101)的另一端连接直流保险(103)的一端，直流保险(103)的另一端连接主接触器(501)的第一开关接线端，主接触器(501)的第二开关接线端连接车辆直流负载(201)的第二电源接口，预充电接触器(401)的第一开关接线端连接直流保险(103)的另一端，预充电接触器(401)的第二开关接线端连接预充电电阻(402)的一端，预充电电阻(402)的另一端连接车辆直流负载(201)的第二电源接口，电储能控制单元(102)电储能控制信号通信端连接整车控制器(301)的第一CAN通信接口，车辆钥匙模块(601)的车辆钥匙状态信号通信端连接整车控制器(301)的车辆钥匙状态数字量采集端，整车控制器(301)的第二CAN通信接口连接车辆直流负载(201)的CAN通讯端，所述整车控制器(301)的主接触器控制信号输出连接主接触器(501)的控制端，整车控制器(301)的预充电接触器控制信号输出连接预充电接触器(401)的控制端；
其特征在于，电动汽车高压预充电与主接触器错接保护方法包括如下步骤：
步骤1：驾驶员操作车辆钥匙模块(601)由OFF挡状态进入ACC挡状态，激活车辆仪表模块(701)和整车控制器(301)，电储能控制单元(102)工作，整车控制器(301)检测整车控制器(301)与电储能控制单元(102)之间的CAN通讯是否正常，若正常，则整车控制器(301)通过CAN报文获取电储能控制单元(102)的直流电压V1，若通讯不正常则报第一通讯故障；根据CAN报文获取的电池或超级电容最高单体电压和最低单体电压及串联单元数目进行直流电压V1的异常性判断，如果直流电压V1无异常，则判断直流电压V1有效；如果直流电压V1为异常值，则后续步骤3不进入预充电闭合动作，报告直流电压V1异常故障；
步骤2：驾驶员操作车辆钥匙模块(601)由ACC挡状态进入ON挡状态，整车控制器(301)控制接通车辆直流负载(201)的控制电源，整车控制器(301)控制24V继电器通断实现对车辆直流负载(201)控制电源开通或关闭，整车控制器(301)检测整车控制器(301)与车辆直流负载(201)之间CAN通讯是否正常，若通讯不正常则报第二通讯故障，不执行步骤3中的预充电接触器闭合动作，若通信正常还需进行以下车辆直流负载(201)的直流负载电压V2有效性判断，若直流负载电压V2在0～36V之间，则步骤3中司机拧下钥匙到START挡后执行预充电接触器(401)闭合动作；如果直流负载电压V2在36V～V1±10V之间，则步骤3中司机拧下钥匙到START后执行预充电接触器(401)闭合动作并报告直流放电不彻底故障；若直流负载电压V2大于直流电压V1超过10V，则报告直流负载电压V2异常，步骤3司机拧下钥匙到START挡后不执行预充电接触器(401)闭合动作；
步骤3：驾驶员操作车辆钥匙模块(601)由ON挡状态进入START挡状态，若步骤1和步骤2中直流电压V1和直流负载电压V2均为正常有效电压，且整车控制器(301)读取存储在自身E2ROM中上次下电前记录的错接故障标识为0，则整车控制器(301)发出预充电指令，延时15ms后整车控制器软件计数器counter1开始计时，同时检测有效直流负载电压V2变化；若|V1-V2|<15V且计数器counter1的计数<20，则说明车辆直流负载(201)在整车控制器(301)发出预充电指令后不到20ms时间内电压即与车辆直流电储能单元(101)电压压差小于15V，此时，判断为预充电接触器(401)和主接触器(501)线束错接或者整车控制器输出管脚软件配置错误，整车控制器(301)向车辆仪表模块(701)报告预充电接触器(401)和主接触器(501)错接故障并将错接故障标识由0置1；
若|V1-V2|<15V且200<计数器counter1的计数<500，则说明预充电时间在200～500ms内完成，根据预充电电阻和直流负载电容值物理关系计算，该值在正常范围内。
2.根据权利要求1所述的电动汽车高压预充电与主接触器错接保护装置的错接保护方法，其特征在于：所述整车控制器(301)的第一CAN通信接口还与车辆仪表模块(701)的CAN通讯端连接。
3.根据权利要求1所述的电动汽车高压预充电与主接触器错接保护装置的错接保护方法，其特征在于：所述电储能控制单元(102)用于测量车辆直流电储能单元(101)的电压、电流、单体储能模组电压和单体储能模组温度。
4.根据权利要求1所述的电动汽车高压预充电与主接触器错接保护装置的错接保护方法，其特征在于：所述步骤3中，当整车控制器(301)向车辆仪表模块(701)报告预充电接触器(401)和主接触器(501)错接故障时，错接故障标识由0变为1，整车控制器(301)将错接故障标识写入整车控制器故障存储区。
5.根据权利要求1所述的电动汽车高压预充电与主接触器错接保护装置的错接保护方法，其特征在于：如果步骤3中的预充电接触器(401)和主接触器(501)错接故障未得到更正，即再次上电整车控制器(301)首先读取整车控制器故障存储区中错接故障标识若仍是1，则整车控制器(301)向车辆仪表模块(701)继续报告预充电接触器(401)和主接触器(501)错接故障提醒司机，并不再执行预充电动作，防止主接触器(501)受到二次冲击；
若预充电接触器(401)和主接触器(501)线束错接故障已经更正，采用维修诊断仪或诊断软件将该故障清除后方可进行正常预充电动作。
6.根据权利要求1所述的电动汽车高压预充电与主接触器错接保护装置的错接保护方法，其特征在于：所述步骤1中整车控制器(301)与电储能控制单元(102)之间的CAN通讯是否正常的判断方法为：整车控制器(301)通过检测与电储能控制单元(102)的CAN通讯计数器是否更新变化来确认整车控制器(301)与电储能控制单元(102)之间CAN通讯是否正常，此处CAN通讯协议规定每发送一帧报文，相关计数器会增加一次，若整车控制器(301)发现这个计数器前后两次不变化则认为通讯异常；
整车控制器(301)与车辆直流负载(201)之间CAN通讯是否正常的判断方法为：整车控制器(301)通过检测与车辆直流负载(201)的CAN通讯计数器是否更新变化来确认整车控制器(301)与车辆直流负载(201)之间CAN通讯是否正常，此处CAN通讯协议规定每发送一帧报文，相关计数器会增加一次，若整车控制器(301)发现这个计数器前后两次不变化则认为通讯异常。
7.根据权利要求1所述的电动汽车高压预充电与主接触器错接保护装置的错接保护方法，其特征在于：所述步骤1中，直流电压V1有效性校验需结合报文获取的直流电储能单元单体最高单体电压和最低单体电压及串联单元数目综合判断，CAN协议规定整车控制器(301)在获取电储能控制单元(102)的直流电压同时还获取电储能控制单元(102)的单体最高电压，最低电压和串联数目，根据单体最高电压，最低电压和串联数目得到直流电压标准值范围，若直流电压V1不在直流电压标准值范围内则直流电压V1无效。
8.根据权利要求1所述的电动汽车高压预充电与主接触器错接保护装置的错接保护方法，其特征在于：所述步骤2中，直流负载电压V2在上次下电时会经过主动放电低于36V人体安全电压。
9.根据权利要求1所述的电动汽车高压预充电与主接触器错接保护装置的错接保护方法，其特征在于：所述步骤2中，如果V2-V1＞10V，则不闭合预充电接触器(401)，判断为有效直流负载电压V2测量故障；
如果V2在36V～V1±10V之间说明直流负载在上次关钥匙后直流放电不充分，未低于人体安全电压，仍然闭合预充电接触器(401)，但是提示放电不充分。
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