CN106828107A - 纯电动汽车高压互锁检测装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纯电动汽车高压互锁检测装置及其方法，该方法：分别通过对应的低压检测回路进行高压互锁故障检测，并将检测结果通过低压连接线路传输至整车控制器VCU；整车控制器VCU根据检测结果来判定是否出现故障，若出现故障，则向电源管理系统BMS发送对应的切断指令；电源管理系统BMS根据相应的切断指令控制相应的高压继电器动作，并通过故障显示模块进行故障提醒。本发明提供适用于该车型的高压互锁检测回路,在故障模式下的保护措施具有快捷有效，可靠性高的特点，有效避免整个高压回路的安全风险，具有良好的适应性；在保证整车动力及功能系统的完整性的同时,又保证汽车运行的安全、驾乘人员的安全及运行环境安全。
Description
技术领域
本发明属于纯电动汽高压系统的安全检测技术领域，特别涉及一种纯电动汽车高压互锁检测装置及其方法。
背景技术
与传统车相比，纯电动汽车增加了电机、电机控制器、DC/DC、高压电池包、压缩机、PTC等高压用电或供电设备。因此整车高压系统的安全防护是非常重要。从而国际标准ISO6469-3-2011《电动道路车辆·安全规范·第三部分：人体防电击保护》中规定，电动车辆上的高压部件应具备高压互锁装置。高压互锁，也指高压互锁回路（High Voltage Inter-lock,简称HVIL）；通过高压互锁来检测整个高压系统回路的完整性、连续性，并及时断开高压输入端的控制电器件。
针对目前市场而言的纯电动物流车，基本上通过取消发动机、传动轴、油箱，而增加一些高压供电或用电设备；通过高压线束及接插件将高压供电或用电设备连接，形成高压系统回路；就目前而言，市场的纯电动车辆很少采用此高压互锁方案。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供一种纯电动汽车高压互锁检测装置及其方法，提供适用于纯电动汽车车型的高压系统安全检测的回路及控制，对整车高压系统的完整性、连续性及识别回路的异常断开起到保护作用，实现故障分系统报出，具有快捷有效、可靠性高的特点，适用性好。
按照本发明所提供的设计方案，一种纯电动汽车高压互锁检测装置，连接于纯电动汽车高压线路中，包含低压检测模块、故障显示模块，纯电动汽车中电池管理系统BMS与整车控制器VCU信号相连接，所述的低压检测模块包含低压电源，低压继电器，及低压连接线路；所述的低压连接线路包含连接线路一、连接线路二、连接线路三、连接线路四，连接线路二、连接线路三、连接线路四一端并联，连接线路二另一端连接高压动力系统与低压继电器连接的低压检测回路二中，连接线路三另一端连接高压附件系统与低压继电器连接的低压检测回路三中，连接线路四另一端连接充电系统与低压继电器连接的低压检测回路四中，其中，防撞阀连接至电池管理系统BMS, 电池管理系统BMS通过并联的三个高压继电器与连接线路一一端电连接，连接线路一另一端接地，高压动力系统中高压动力部件连接器之间串联并通过连接线路二、整车控制器VCU、低压继电器形成低压检测回路二，高压附件系统中高压附件连接器之间串联并通过连接线路三、整车控制器VCU、低压继电器形成低压检测回路三，充电系统中充电部件连接器之间串联并通过连接线路四、整车控制器VCU、低压继电器形成低压检测回路四；高压动力系统、高压附件系统、充电系统分别通过VCU检测相应的连接情况并反馈给电池管理系统BMS，电池管理系统BMS与三个高压继电器信号线相连接。
上述的，低压继电器线圈一端与低压电源电连接，另一端与整车控制器VCU电连接，低压继电器常闭端与低压电源电连接，低压继电器常开端分别与高压动力系统、高压附件系统、充电系统电连接。
优选的，所述的低压继电器线圈一端通过保险丝与低压电源电连接。
上述的，所述的低压电源为12V电源。
上述的，高压动力部件连接器包含电池包连接器、高压箱电池连接器、及微控制单元MCU连接器；高压附件连接器包含高压箱输出连接器、DC/DC连接器、AC连接器、及PTC连接器；充电部件连接器包含慢充输入连接器、慢充输出连接器、及快充连接器。
上述的，所述的故障显示模块包含分别与整车控制器VCU信号相连接的高压动力系统高压动力部件连接器故障显示单元、高压附件系统高压附件连接器故障显示单元、及充电系统充电部件连接器故障显示单元。
优选的，所述的故障显示模块还包含有用于故障提醒的指示灯或蜂鸣器。
一种纯电动汽车高压互锁检测方法，基于上述的纯电动汽车高压互锁检测装置实现，包含如下内容：
通过连接线路一进行剧烈碰撞检测，并将检测结果通过低压连接线路传输至电源管理系统BMS；
电源管理系统BMS根据检测结果来判定是否出现故障，若出现故障，则直接断开三个并联的高压继电器；
通过连接线路二、连接线路三、连接线路四进行高压互锁故障检测，并将检测结果通过低压连接线路传输至整车控制器VCU；
整车控制器VCU根据检测结果来判定是否出现故障，若出现故障，则向电源管理系统BMS发送对应连接线路二、连接线路三、连接线路四的切断指令；
电源管理系统BMS根据相应的切断指令控制相应的高压继电器动作，并通过故障显示模块进行故障提醒。
上述的方法中，高压互锁故障检测，包含如下内容：通过连接线路一检测电源管理系统BMS是否接收到低压电源信号，从而判定整车是否有剧烈碰撞；通过连接线路二检测整车控制器VCU是否接收到低压电源信号，从而判定高压动力系统中的连接器是否存在异常；通过连接线路三检测整车控制器VCU是否接收到低压电源信号，从而判定高压附件系统中的连接器是否存在异常；通过连接线路四检测整车控制器VCU是否接收到低压电源信号，从而判定充电系统中的连接器是否存在异常。
上述的方法中，电源管理系统BMS根据接收到的切断指令控制相应的高压继电器动作，包含内容如下：若切断指令对应的是连接线路一、连接线路二，则电源管理系统BMS直接切断并联的三个高压继电器；若切断指令对应的是连接线路三、连接线路四，则电源管理系统BMS控制对应的高压继电器断开。
本发明的有益效果：
本发明针对纯电动车的结构和特点，按照GB/T 18384的要求，提供适用于该车型的高压互锁检测回路,在故障模式下的保护措施具有快捷有效，可靠性高的特点，不会因为某些关键零部件的失效造成整个高压回路的安全风险，具有良好的适应性；在保证整车动力及功能系统的完整性的同时,又保证汽车运行的安全、驾乘人员的安全及运行环境安全。
附图说明：
图1为本发明的装置原理图；
图2为本发明的装置结构示意图；
图3为本发明的方法流程示意图。
具体实施方式：
下面结合附图和技术方案对本发明作进一步详细的说明，并通过优选的实施例详细说明本发明的实施方式，但本发明的实施方式并不限于此。
实施例一，参见图1所示，一种纯电动汽车高压互锁检测装置，连接于纯电动汽车高压线路中，包含低压检测模块、故障显示模块，纯电动汽车中电池管理系统BMS与整车控制器VCU信号相连接，所述的低压检测模块包含低压电源，低压继电器，及低压连接线路；所述的低压连接线路包含连接线路一、连接线路二、连接线路三、连接线路四，连接线路二、连接线路三、连接线路四一端并联，连接线路二另一端连接高压动力系统与低压继电器连接的VCU低压检测回路二中，连接线路三另一端连接高压附件系统与低压继电器连接的VCU低压检测回路三中，连接线路四另一端连接充电系统与低压继电器连接的VCU低压检测回路四中，其中，防撞阀连接至电池管理系统BMS， BMS通过并联的三个高压继电器与连接线路一一端电连接，连接线路一另一端接地，高压动力系统中高压动力部件连接器之间串联并通过连接线路二、整车控制器VCU、低压继电器形成低压检测回路二，高压附件系统中高压附件连接器之间串联并通过连接线路三、整车控制器VCU、低压继电器形成低压检测回路三，充电系统中充电部件连接器之间串联并通过连接线路四、整车控制器VCU、低压继电器形成低压检测回路四；高压动力系统、高压附件系统、充电系统分别通过VCU检测相应的连接情况并反馈给电池管理系统BMS，电池管理系统BMS与三个高压继电器信号线相连接。
针对纯电动车的结构和特点，按照GB/T 18384的要求，提供适用于该车型的高压互锁检测回路，在故障模式下的保护措施具有快捷有效，可靠性高的特点，不会因为某些关键零部件的失效造成整个高压回路的安全风险，具有良好的适应性，使用效果好。
实施例二，参见图1~2所示，与实施例一基本相同，不同之处在于：低压继电器线圈一端与低压电源电连接，另一端与整车控制器VCU电连接，低压继电器常闭端与低压电源电连接，低压继电器常开端分别与高压动力系统、高压附件系统、充电系统电连接。
优选的，所述的低压继电器线圈一端通过保险丝与低压电源电连接。
上述的，所述的低压电源为12V电源。
上述的，高压动力部件连接器包含电池包连接器、高压箱电池连接器、及微控制单元MCU连接器；高压附件连接器包含高压箱输出连接器、DC/DC连接器、AC连接器、及PTC连接器；充电部件连接器包含慢充输入连接器、慢充输出连接器、及快充连接器。
上述的，所述的故障显示模块包含分别与整车控制器VCU信号相连接的高压动力系统高压动力部件连接器故障显示单元、高压附件系统高压附件连接器故障显示单元、及充电系统充电部件连接器故障显示单元。
优选的，所述的故障显示模块还包含有用于故障提醒的指示灯或蜂鸣器。
具体的检测逻辑如下：
连接线路一，将防撞阀通过低压连接线路接至电源管理系统BMS，当车辆发生剧烈碰撞时，防撞阀常闭开关断开，将此信号（电源信号）发送至电池管理系统BMS，BMS接收到此信息后直接切断并联的三个高压继电器线圈的供电回路，实现快速切断高压回路的效果；连接线路二，通过将电池包正负极、高压箱中电池包、电机控制器的正负极连接器中的互锁模块串联至低压继电器常开端到VCU中，形成高压动力系统检测连接线路二，当车辆ON档时VCU拉低低压继电器线圈的一端，使连接线束二中有12V低压电源，下端连接至VCU ，VCU检测线端口一直处于高电平（12V）；若有其中任意一个或多个连接器连接不完好，互锁模块断开，VCU检测线端口处于低电平（0V），VCU检测结果通过整车CAN发送至电池管理系统BMS，BMS控制切断并联的三个高压继电器线圈输入端电源，从而继电器动作来实现断电，VCU通过整车CAN将动力系统连接器故障发送至仪表并显示。连接线路三，通过将高压箱输出、DCDC、压缩机、PTC连接器中的互锁模块串联至低压继电器常开端到VCU中，形成高压附件系统检测连接线路三，当车辆ON档时VCU拉低低压继电器线圈的一端，使连接线路三中有12V低压电源，连接线路三下端连接至VCU ，VCU检测线端口一直处于高电平（12V）；若有其中任意一个或多个连接器连接不完好，互锁模块断开，VCU检测线端口处于低电平（0V），VCU检测结果通过整车CAN发送至电池管理系统BMS，BMS控制切断DCDC、压缩机、PTC相应的高压继电器线圈输入端电源，从而继电器动作来实现断电，VCU通过整车CAN将高压附件系统连接器故障发送至仪表并显示。连接线路四，通过将慢充输入、慢充输出、快充连接器中的互锁模块串联至低压继电器常开端到VCU中，形成充电系统检测连接线路四，当车辆ON档时VCU拉低低压继电器线圈的一端，使连接线路四中有12V低压电源，连接线路三下端连接至VCU ，VCU检测线端口一直处于高电平（12V）；若有其中任意一个或多个连接器连接不完好，互锁模块断开，VCU检测线端口处于低电平（0V），VCU检测结果通过整车CAN发送至电池管理系统BMS，BMS控制切断慢充、快充的高压继电器线圈输入端电源，从而继电器动作来实现断电，VCU通过整车CAN将充电系统连接器故障发送至仪表并显示。
本发明中，参见图2所示，整车控制器VCU通过低电压控制高压互锁HVIL回路的接通，即VCU拉低低压继电器1的控制线圈使继电器吸合，12V电源通过HVIL回路达到VCU，当检测引脚检测不到HVIL回路中的12V后，通过VCU向BMS发送断开相应连接器回路中所涉及到的高压继电器的线圈控制端，从而达到切断高压回路的目的。具体工作原理如下：当遇到紧急断电的工作情况（如较大力的冲击或碰撞）时，检测点1把检测结果直接发至BMS，BMS直接断开3个高压继电器；电池包、高压箱电池及MCU通过检测点2检测高压连接器的连接情况，并发送至VCU，若有连接器连接不完好，VCU检测结果控制BMS，使BMS控制3个高压继电器动作来实现断电，VCU通过整车CAN将动力系统连接器故障发送至仪表并显示。通过检测点3检测高压箱输出、DC/DC、压缩机、PTC的4个高压连接器串联后的连接情况，并发送至VCU，若有连接器连接不完好，VCU检测结果控制BMS，使BMS控制相应的高压继电器动作，来实现断电，VCU通过整车CAN将附件高压连接器故障发送至仪表并显示。通过检测点4检测慢充输入、慢充输出、快充的3个高压连接器串联后的连接情况；并发送至VCU，若有连接器连接不完好，VCU检测结果控制BMS，使BMS控制相应的高压继电器动作，来实现断电，VCU通过整车CAN将充电系统连接器故障发送至仪表并显示。通过上述内容，能够保证整车高压系统的完整性、连续性，并识别高压回路中的异常断开，对设备起到有效的保护作用。
实施例三，参见图1~3所示，一种纯电动汽车高压互锁检测方法，基于实施例一所述的纯电动汽车高压互锁检测装置实现，包含如下内容：
通过连接线路一进行剧烈碰撞检测，并将检测结果通过低压连接线路传输至电源管理系统BMS；
电源管理系统BMS根据检测结果来判定是否有剧烈碰撞，若有剧烈碰撞，则直接断开三个并联的高压继电器；
通过连接线路二、连接线路三、连接线路四进行高压互锁故障检测，并将检测结果通过低压连接线路传输至整车控制器VCU；
整车控制器VCU根据检测结果来判定是否出现故障，若出现故障，则向电源管理系统BMS发送对应连接线路二、连接线路三、连接线路四的切断指令；
电源管理系统BMS根据相应的切断指令控制相应的高压继电器动作，并通过故障显示模块进行故障提醒。
根据GB/T 18384.1-2015、GB/T 18384.2-2015、GB/T 18384.3-2015 《电动汽车安全要求》的法规要求，纯电动高压系统中的电器元件应具绝缘防护性，可以通过绝缘、遮拦、外壳和金属网板等来防止直接接触。防护装置应牢固可靠，并耐机械冲击。防护装置只能通过工具或维修钥匙打开或去掉而进行相应的维修、维护。而高压连接器非人为自行断开都不应导致车辆产生危险。
因此，设计回路应满足以下原则：
⑴ HVIL回路必须能够有效的、实时的、连续的监测整个高压回路的通/断情况；
⑵ 所有高压连接器应具备机械互锁装置，并且只能HVIL回路先行断开以后才能打开连接器；
⑶ 所有高压连接器在非人为的情况下，不能被接通/断开；
⑷ HVIL回路应具备在某种特殊情况下可以直接通过BMS检测HVIL回路直接断开高压回路。
⑸无论电动汽车在任何状态，HVIL在识别到危险时，车辆必须对危险情况做出报警提示，需要仪表或指示器以声或光报警的形式提醒驾驶员。
本发明技术方案能够更好地检测整个高压回路的通断情况，能够做到及时提醒，有效保护高压供电或用电设备，进一步保证人员的人身安全。
实施例四，参见图1~3所示，一种纯电动汽车高压互锁检测方法，基于实施例一所述的纯电动汽车高压互锁检测装置实现，包含如下内容：
1）通过连接线路一检测电池管理系统BMS是否接收到低压电源信号；通过连接线路二检测高压动力系统中的连接器是否存在异常；通过连接线路三检测高压附件系统中的连接器是否存在异常；通过连接线路四检测充电系统中的连接器是否存在异常，并将检测结果通过低压连接线路传输至整车控制器VCU。
2）整车控制器VCU根据检测结果来判定是否出现故障，若出现故障，则向电源管理系统BMS发送对应连接线路二、连接线路三、连接线路四的切断指令。
3）电源管理系统BMS根据相应的切断指令控制相应的高压继电器动作，若切断指令对应的是连接线路一、连接线路二，则电源管理系统BMS直接切断并联的三个高压继电器；若切断指令对应的是连接线路三、连接线路四，则电源管理系统BMS控制对应的高压继电器断开，并通过故障显示模块进行故障提醒。
通过VCU对不同HVIL互锁回路进行检测，实现故障分系统报出； HVIL互锁回路通过对同系统中连接器串联进行检测，减少VCU引脚的使用；电动汽车在高速行车过程中，HVIL回路检测到高压危险时，首先通过报警提示驾驶员，并通过VCU控制实行降功率运行；售后直接通过仪表所报故障进行针对性的处理。
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申请。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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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 (10)
1.一种纯电动汽车高压互锁检测装置，连接于纯电动汽车高压线路中，包含低压检测模块、故障显示模块，纯电动汽车中电池管理系统BMS与整车控制器VCU信号相连接，其特征在于，所述的低压检测模块包含低压电源，低压继电器，及低压连接线路；所述的低压连接线路包含连接线路一、连接线路二、连接线路三、连接线路四，连接线路二、连接线路三、连接线路四一端并联，连接线路二另一端连接高压动力系统与低压继电器连接的低压检测回路二中，连接线路三另一端连接高压附件系统与低压继电器连接的低压检测回路三中，连接线路四另一端连接充电系统与低压继电器连接的低压检测回路四中，其中，防撞阀连接至电池管理系统BMS，电池管理系统BMS通过并联的三个高压继电器与连接线路一一端电连接，连接线路一另一端接地，高压动力系统中高压动力部件连接器之间串联并通过连接线路二、整车控制器VCU、低压继电器形成低压检测回路二，高压附件系统中高压附件连接器之间串联并通过连接线路三、整车控制器VCU、低压继电器形成低压检测回路三，充电系统中充电部件连接器之间串联并通过连接线路四、整车控制器VCU、低压继电器形成低压检测回路四；高压动力系统、高压附件系统、充电系统分别通过整车控制器VCU检测相应的连接情况并反馈给电池管理系统BMS，电池管理系统BMS与三个高压继电器信号线相连接。
2.根据权利要求1所述的纯电动汽车高压互锁检测装置，其特征在于，低压继电器线圈一端与低压电源电连接，另一端与整车控制器VCU电连接，低压继电器常闭端与低压电源电连接，低压继电器常开端分别与高压动力系统、高压附件系统、充电系统电连接。
3.根据权利要求2所述的纯电动汽车高压互锁检测装置，其特征在于，所述的低压继电器线圈一端通过保险丝与低压电源电连接。
4.根据权利要求1~3任一项所述的纯电动汽车高压互锁检测装置，其特征在于，所述的低压电源为12V电源。
5.根据权利要求1所述的纯电动汽车高压互锁检测装置，其特征在于，高压动力部件连接器包含电池包连接器、高压箱电池连接器、及微控制单元MCU连接器；高压附件连接器包含高压箱输出连接器、DC/DC连接器、AC连接器、及PTC连接器；充电部件连接器包含慢充输入连接器、慢充输出连接器、及快充连接器。
6.根据权利要求1所述的纯电动汽车高压互锁检测装置，其特征在于，所述的故障显示模块包含分别与整车控制器VCU信号相连接的高压动力系统高压动力部件连接器故障显示单元、高压附件系统高压附件连接器故障显示单元、及充电系统充电部件连接器故障显示单元。
7.根据权利要求6所述的纯电动汽车高压互锁检测装置，其特征在于，所述的故障显示模块还包含有用于故障提醒的指示灯或蜂鸣器。
8.一种纯电动汽车高压互锁检测方法，其特征在于，基于权利要求1所述的纯电动汽车高压互锁检测装置实现，包含如下内容：
通过连接线路一进行剧烈碰撞检测，并将检测结果通过低压连接线路传输至电源管理系统BMS；
电源管理系统BMS根据检测结果来判定是否出现故障，若出现故障，则直接断开三个并联的高压继电器；
通过连接线路二、连接线路三、连接线路四进行高压互锁故障检测，并将检测结果通过低压连接线路传输至整车控制器VCU；
整车控制器VCU根据检测结果来判定是否出现故障，若出现故障，则向电源管理系统BMS发送对应连接线路二、连接线路三、连接线路四的切断指令；
电源管理系统BMS根据相应的切断指令控制相应的高压继电器动作，并通过故障显示模块进行故障提醒。
9.根据权利要求8所述的纯电动汽车高压互锁检测方法，其特征在于，通过连接线路一检测电源管理系统BMS是否接收到低压电源信号，判定整车是否有剧烈碰撞；通过连接线路二检测整车控制器VCU是否接收到低压电源信号，判定高压动力系统中的连接器是否存在异常；通过连接线路三检测整车控制器VCU是否接收到低压电源信号，判定高压附件系统中的连接器是否存在异常；通过连接线路四检测整车控制器VCU是否接收到低压电源信号，判定充电系统中的连接器是否存在异常。
10.根据权利要求9所述的纯电动汽车高压互锁检测方法，其特征在于，电源管理系统BMS根据接收到的切断指令控制相应的高压继电器动作，包含内容如下：若切断指令对应的是连接线路一、连接线路二，则电源管理系统BMS直接切断并联的三个高压继电器；若切断指令对应的是连接线路三、连接线路四，则电源管理系统BMS控制对应的高压继电器断开。
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