CN106608192A - 电动汽车用控制总成及电动汽车 - Google Patents

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郑春龙
胡振球
张新林
陈竹
王征宇
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Abstract

本发明公开了一种电动汽车用控制总成及电动汽车。控制总成包括整车控制单元、电机控制单元、均并联在电动汽车的动力电池两端的绝缘检测单元和高压配电单元，均并联在高压配电单元的一支路两端的直流-直流变换单元、直流-交流变换单元、支撑电容和功率逆变单元；电机控制单元、绝缘检测单元、直流-直流变换单元和直流-交流变换单元均受控于整车控制单元，功率逆变单元在电机控制单元的控制下驱动电动汽车的驱动电机。本发明的功率逆变单元、直流-直流变换单元和直流-交流变换单元共享主电路的支撑电容，从而实现了简化电路规模、减低电路成本、减小器件布置空间、提高产品集成度的目的。

Description

电动汽车用控制总成及电动汽车
技术领域
本发明涉及电气控制技术领域，尤其涉及一种电动汽车用控制总成，还涉及一种具有该控制总成的电动汽车。
背景技术
目前，电动汽车的核心电气系统一般包括电机控制器、直流-直流(DC/DC)转换器、直流-交流(DC/AC)转换器、绝缘检测仪、整车控制器、保险组件等功能单元。上述各个功能单元一般作为独立部件存在，具有各自独立控制单元、主电路及结构组件，在电气系统中通过功率导线和信号导线相连接应用。
随着电动汽车电气系统技术的发展，小型化、高功率密度电气系统产品发展迅速，将上述电气部件集成设计的控制总成产品成为发展趋势。
发明内容
本发明针对当前电动汽车电气系统构成多为分立式部件，在整车空间布局方面存在的应用缺陷，提出了一种集成度高的电动汽车用控制总成及电动汽车。
根据本发明的一个方面，提供了一种电动汽车用控制总成，其包括整车控制单元、电机控制单元、均并联在所述电动汽车的动力电池两端的绝缘检测单元和高压配电单元，均并联在所述高压配电单元的一支路两端的直流-直流变换单元、直流-交流变换单元、支撑电容和功率逆变单元；
其中所述电机控制单元、绝缘检测单元、直流-直流变换单元和直流-交流变换单元均受控于所述整车控制单元，所述功率逆变单元在所述电机控制单元的控制下驱动所述电动汽车的驱动电机。
优选的是，所述整车控制单元、所述电机控制单元、所述绝缘检测单元具有的绝缘检测控制单元、所述直流-直流变换单元具有的直流-直流变换控制单元、所述直流-交流变换单元具有的直流-交流变换控制单元和所述高压配电单元具有的高压配电控制单元均集成在一中央控制单元内，以实现各个控制单元在所述中央控制单元内部的协同控制。
优选的是，所述高压配电单元包括预充/放电单元，所述预充/放电单元包括第一接触器、第二接触器、第一电阻和第二电阻；
其中所述动力电池的正极通过所述第一接触器、第一电阻和所述第二电阻连接所述动力电池的负极，所述第一电阻和所述第二电阻构成了所述支路，所述动力电池的正极还通过所述第二接触器和所述第二电阻连接所述动力电池的负极。
优选的是，所述高压配电单元还包括第三接触器和第二保险组件，串联在一起的所述第三接触器、所述第二保险组件和所述电动汽车的电除霜器并联在所述支路的两端。
优选的是，上述电动汽车用控制总成还包括第一保险组件，串联在一起的所述第一保险组件和所述电动汽车的空调控制单元并联在所述支路的两端。
优选的是，上述电动汽车用控制总成还包括第三保险组件，串联在一起的所述第三保险组件和所述直流-直流变换单元并联在所述支路的两端。
优选的是，上述电动汽车用控制总成还包括第四保险组件，串联在一起的所述第四保险组件和所述直流-交流变换单元并联在所述支路的两端。
优选的是，上述电动汽车用控制总成还包括用于检测所述支撑电容两端的电压的直流母线电压传感器，以及用于检测输入至所述控制总成的电流的直流母线电流传感器。
优选的是，所述功率逆变单元为IGBT桥式功率逆变单元。
根据本发明的另一个方面，提供了一种具有上述控制总成的电动汽车。
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
应用本发明的电动汽车用控制总成的创新设计，可使功率逆变单元、直流-直流变换单元和直流-交流变换单元共享主电路的支撑电容，从而实现了简化电路规模、减低电路成本、减小器件布置空间、提高产品集成度的目的。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1示出了本发明实施例电动汽车用控制总成的结构示意图；
图2示出了现有技术中控制总成内部按照控制方式1进行协同控制的逻辑关系示意图；
图3示出了本发明实施例电动汽车用控制总成内部按照控制方式2进行协同控制的逻辑关系示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
针对当前电动汽车电气系统构成多为分立式部件，在整车空间布局方面存在的应用缺陷，本发明实施例提出了一种集成度高的电动汽车用控制总成。
图1示出了本发明实施例电动汽车用控制总成200的结构示意图。本发明实施例的控制总成200主要包括：整车控制单元201、电机控制单元202、绝缘检测单元203、高压配电单元、直流-直流(DC/DC)变换单元205、直流-交流(DC/AC)变换单元206、支撑电容C和功率逆变单元207。
具体地，整车控制单元201主要实现采集驾驶员指令及整车运行信息，并逻辑判断控制下层各部件控制单元(例如电机控制单元202)的动作。
电机控制单元202受控于整车控制单元201，其主要实现控制功率逆变单元207输出幅值及频率可变的三相交流电源，以驱动电机700运行。特别地，图1中的V11、V21、V31、V12、V22、V32均为绝缘栅双极型晶体管(简称“IGBT”)电力半导体器件，该器件具有高速开关、耐高压和大电流特性。由V11、V21、V31、V12、V22、V32构成了IGBT桥式功率逆变单元。
绝缘检测单元203并联在电动汽车的动力电池100的两端，其主要实现对整车绝缘状态检测进行绝缘异常预警。绝缘检测单元203主要包括受控于整车控制单元201的绝缘检测控制单元2031和受控于绝缘检测控制单元2031的绝缘检测采样单元2032。
高压配电单元主要包括用于对支撑电容C进行预充/放电的预充/放电单元204，以及用于对外部电除霜器300进行高压配电控制的除霜配电单元。预充/放电单元204和除霜配电单元均并联在电动汽车的动力电池100的两端。
其中，预充/放电单元204包括第一接触器K1(高压接触器)、第二接触器K2(高压接触器)、第一电阻R1和第二电阻R2。动力电池100的正极通过第一接触器K1、第一电阻R1和第二电阻R2连接动力电池100的负极。为方便描述控制总成200的电路结构，将第一电阻R1和第二电阻R2串联构成的支路称为高压配电单元的参照支路2041。动力电池100的正极还通过第二接触器K2和第二电阻R2连接动力电池100的负极。
除霜配电单元包括第三接触器K3(高压接触器)。第三接触器K3与电动汽车的电除霜器300串联后并联在参照支路2041的两端。
高压配电单元包括高压配电控制单元，其配置为在整车控制单元201的控制下控制第一接触器K1、第二接触器K2和第三接触器K3的打开与闭合。
直流-直流变换单元205并联在上述参照支路2041的两端，其主要实现输出满足车载低压蓄电池组充电应用的直流电源(例如图1中的12V直流电源500)。直流-直流变换单元205包括受控于整车控制单元201的直流-直流变换控制单元2051，以及受控于直流-直流变换控制单元2051的直流斩波单元2052。
直流-交流变换单元206并联在上述参照支路2041两端，其主要实现输出满足车载助力转向系统应用的固定幅值及频率的三相交流电源。例如，图1中直流-交流变换单元206输出的三相交流电源供给油泵600使用。直流-交流变换单元206包括受控于整车控制单元201的直流-交流变换控制单元2061，以及受控于直流-交流变换控制单元2061的辅助逆变单元2062。
除了上述功能单元以外，控制总成200还包括保险单元和检测单元。
具体的，保险单元的作用是对各用电设备的回路进行过电流保护，其具体包括第一保险组件F1、第二保险组件F2、第三保险组件F3和第四保险组件F4。第一保险组件F1与电动汽车的空调控制单元400串联后并联在参照支路2041的两端，第一保险组件F1用于对包含有空调控制单元400的回路进行过电流保护。第三接触器K3、第二保险组件F2与电动汽车的电除霜器300串联后并联在参照支路2041的两端，第二保险组件F2用于对包含有电除霜器300的回路进行过电流保护。第三保险组件F3与直流-直流变换单元205串联后并联在参照支路2041的两端，第三保险组件F3用于对包含直流-直流变换单元205的回路进行过电流保护。第四保险组件F4和直流-交流变换单元206串联后并联在参照支路2041的两端，第四保险组件F4用于对包含直流-交流变换单元206的回路进行过电流保护。
检测单元包括直流母线电压传感器Us、直流母线电流传感器Is、A相交流电流传感器Isa和C相交流电传感器Isc。直流母线电压传感器Us用于检测支撑电容C两端的电压。直流母线电流传感器Is用于检测输入至控制总成200的电流。A相交流电流传感器Isa和C相交流电传感器Isc用于实现对IGBT桥式逆变单元输出的交流电流信号采样功能。
上述由六个IGBT构成的三相桥式逆变单元、直流斩波单元2052和辅助逆变单元2062均是电力电子技术中常见的变换电路类型，在电路构成中均需应用到直流支撑电容C。直流支撑电容C的主要作用是吸收功率模块开关造成的直流侧脉动电流，稳定直流侧输出电压电流，从而提高动力电池100的使用寿命。通过本发明实施例的控制总成200的创新设计，可使功率逆变单元207、直流-直流变换单元205和直流-交流变换单元206共享主电路的支撑电容C，从而实现简化电路规模、减低电路成本、减小器件布置空间、提高产品集成度的目的。另外，由于电路规模小，因此控制总成200的各个组成部分还可共用散热单元(附图中未示出)，进一步提高控制总成200的结构集成度。
在现有技术中，参照图2(图2示出了现有技术中控制总成200内部按照控制方式1进行协同控制的逻辑关系示意图)，整车控制单元201通过CAN总线与电机控制单元202、绝缘检测单元203具有的绝缘检测控制单元2031、直流-直流变换单元205具有的直流-直流变换控制单元2051、直流-交流变换单元206具有的直流-交流变换控制单元2061和高压配电单元具有的高压配电控制单元之间实现数据交互和协同控制。
为了进一步提高控制总成200的集成度，在本发明一优选的实施例中，将上述各个控制单元集成在一个中央控制单元208内。具体地，参照图3(图3示出了本发明实施例电动汽车用控制总成200内部按照控制方式2进行协同控制的逻辑关系示意图)，整车控制单元201、电机控制单元202、绝缘检测控制单元2031、直流-直流变换控制单元2051、直流-交流变换控制单元2061和高压配电控制单元均集成在一中央控制单元208内，以实现各个控制单元在中央控制单元208内部的协同控制。
本实施例通过设计中央控制单元208实现对整车控制、电机控制、绝缘检测、直流-直流变换、直流-交流变换、高压配电控制功能控制核心集成化设计，实现了由控制方式1到控制方式2的优化。本实施例通过中央控制单元208实现了控制资源的优化，能够减少控制电路的规模，降低控制电路的成本，从而实现了功能协同控制同步化。
综上所述，本发明实施例基于目前在国内6米纯电动整车电气系统中常用结构布局开展集成创新设计，通过主电路集成创新，实现了高度高集成性设计及关键器件共享。本发明实施例所述的控制总成200的电路结构简单，布局合理紧凑、层次分明，散热能力强，电磁兼容性好，体积重量小、集成度高，成本低廉，可靠性高，其在整车上的安装应用灵活多样，生产维护简单。
相对应地，本发明实施例还提供了一种电动汽车，其具有上述任意实施例所述的控制总成200。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种电动汽车用控制总成，其特征在于，包括整车控制单元、电机控制单元、均并联在所述电动汽车的动力电池两端的绝缘检测单元和高压配电单元，均并联在所述高压配电单元的一支路两端的直流-直流变换单元、直流-交流变换单元、支撑电容和功率逆变单元；
其中所述电机控制单元、绝缘检测单元、直流-直流变换单元和直流-交流变换单元均受控于所述整车控制单元，所述功率逆变单元在所述电机控制单元的控制下驱动所述电动汽车的驱动电机。
2.根据权利要求1所述的电动汽车用控制总成，其特征在于，所述整车控制单元、所述电机控制单元、所述绝缘检测单元具有的绝缘检测控制单元、所述直流-直流变换单元具有的直流-直流变换控制单元、所述直流-交流变换单元具有的直流-交流变换控制单元和所述高压配电单元具有的高压配电控制单元均集成在一中央控制单元内，以实现各个控制单元在所述中央控制单元内部的协同控制。
3.根据权利要求1或2所述的电动汽车用控制总成，其特征在于，所述高压配电单元包括预充/放电单元，所述预充/放电单元包括第一接触器、第二接触器、第一电阻和第二电阻；
其中所述动力电池的正极通过所述第一接触器、第一电阻和所述第二电阻连接所述动力电池的负极，所述第一电阻和所述第二电阻构成了所述支路，所述动力电池的正极还通过所述第二接触器和所述第二电阻连接所述动力电池的负极。
4.根据上述权利要求任一项所述的电动汽车用控制总成，其特征在于，所述高压配电单元还包括第三接触器和第二保险组件，串联在一起的所述第三接触器、所述第二保险组件和所述电动汽车的电除霜器并联在所述支路的两端。
5.根据上述权利要求任一项所述的电动汽车用控制总成，其特征在于，还包括第一保险组件，串联在一起的所述第一保险组件和所述电动汽车的空调控制单元并联在所述支路的两端。
6.根据上述权利要求任一项所述的电动汽车用控制总成，其特征在于，还包括第三保险组件，串联在一起的所述第三保险组件和所述直流-直流变换单元并联在所述支路的两端。
7.根据上述权利要求任一项所述的电动汽车用控制总成，其特征在于，还包括第四保险组件，串联在一起的所述第四保险组件和所述直流-交流变换单元并联在所述支路的两端。
8.根据上述权利要求任一项所述的电动汽车用控制总成，其特征在于，还包括用于检测所述支撑电容两端的电压的直流母线电压传感器，以及用于检测输入至所述控制总成的电流的直流母线电流传感器。
9.根据上述权利要求任一项所述的电动汽车用控制总成，其特征在于，所述功率逆变单元为IGBT桥式功率逆变单元。
10.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的电动汽车用控制总成。
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