CN108312809A - 电动汽车电暖风防欠压及接触器粘死保护系统及保护方法 - Google Patents

电动汽车电暖风防欠压及接触器粘死保护系统及保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明设计的电动汽车电暖风防欠压及接触器粘死保护系统，动力电池的正极连接电暖风机保险一端，电暖风机保险另一端与电暖风高压接触器一端相连，电暖风高压接触器另一端与冗余接触器的一端连接，冗余接触器的另一端连接动力电池的负极，电暖风机电阻的一端连接电暖风高压接触器另一端，电暖风机电阻的另一端连接动力电池的负极，电暖风机加热部分温度测量装置的信号输出端连接整车控制器，整车控制器的电压测量接口接入电暖风机的直流电压测量端，电暖风加热请求开关的信号输出端连接整车控制器，整车控制器分别对电暖风高压接触器和冗余接触器进行控制。本发明能在动力电池电量不足，动力电池欠压，暖风接触器粘死等故障下能确保车辆安全。

Description

电动汽车电暖风防欠压及接触器粘死保护系统及保护方法
技术领域
本发明涉及汽车电器技术领域，具体地指一种电动汽车电暖风防欠压及接触器粘死保护系统及保护方法。
技术背景
传统汽车的驾驶室冬季制热取自发动机燃烧冷却水散热，电动汽车暖风系统的工作能量源于高压电池。在电动汽车中，将正温度系数热敏电阻(Positive TemperatureCoefficient，简称PTC)热芯接入高压回路，通过电阻产生热量经过鼓风机工作后，给驾驶室和车内加热。如申请号CN201620765204.9，CN201511022857.4，CN201710465855.5等专利所述。
考虑到电暖风存在因鼓风机故障等导致的电暖风持续加热热量却不能及时散出的风险，申请号CN201611224250.9的专利设计了过温保护电路。在检测到风机故障等导致的高温情况后主动断开暖风加热。
也有考虑针对不同车型，防止加热不足或者过加热情况而采用软件调整电加热能力的方案，如申请号为CN201710626188.4专利所述。
实际使用中电暖风存在如下情况：
(1)电暖风正在工作时，驾驶员关闭暖风开关，暖风加热高压接触器带载断开，虽然采用了灭弧措施，高压接触器带载断开仍然对寿命有损，工作一定时日后存在驾驶员关闭暖风开关，但是暖风高压接触器因多次带载分断导致无法断开，即使驾驶员察觉了也无法及时维修存在安全风险
(2)车辆动力电池出现故障或者动力电池电压过低，此时电暖风接触器粘死无法断开，为确保动力电池安全，需要尽快断开暖风加热，不影响行车，此时需要将暖风高压部分与动力电池高压部分尽快断开。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于电动汽车电暖风防欠压及接触器粘死保护系统及保护方法，该系统和方法在动力电池电量不足，动力电池欠压，暖风接触器粘死等故障下能确保车辆安全。
为实现此目的，本发明所设计的电动汽车电暖风防欠压及接触器粘死保护系统，其特征在于：它包括动力电池、电暖风机保险、电暖风高压接触器、冗余接触器、电暖风加热部分温度测量装置、电暖风机电阻、整车控制器(Vehicle control unit，VCU)、电暖风加热请求开关装置，所述动力电池的正极连接电暖风机保险一端，电暖风机保险另一端与电暖风高压接触器一端相连，电暖风高压接触器另一端与冗余接触器的一端连接，冗余接触器的另一端连接动力电池的负极，电暖风机电阻的一端连接电暖风高压接触器另一端，电暖风机电阻的另一端连接动力电池的负极，所述电暖风机加热部分温度测量装置的信号输出端连接整车控制器的电暖风温度测量信号输入端，整车控制器的电压测量接口接入电暖风机的直流电压测量端，电暖风加热请求开关装置的信号输出端连接整车控制器的电暖风加热开关输入端，所述整车控制器的第一接触器控制信号输出端连接电暖风高压接触器的控制信号输入端，整车控制器的第二接触器控制信号输出端连接冗余接触器的控制信号输入端。
一种上述系统的电动汽车电暖风防欠压及接触器粘死保护方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1.1：车辆电源激活，当按下电暖风加热请求开关装置时，整车控制器通过电池管理系统检测动力电池的剩余电量和单体电压，如果剩余电量和单体电压中有一个低于对应的设定阈值，则整车控制器认为电暖风加热请求开关请求无效；否则进入步骤1.2；
步骤1.2：整车控制器通过电池管理系统获取动力电池直流电压Ub，整车控制器从电暖风机的直流电压测量端获取电暖风机直流电压Ut，整车控制器针对动力电池直流电压Ub和电暖风机直流电压Ut进行如下判断：
步骤1.2.1：如果Ub-Ut>判断接触器跳开的电压阈值ΔU2，说明暖风接触器正常断开，可以正常工作，整车控制器向电暖风高压接触器发出闭合请求，进入步骤2；
步骤1.2.2：如果Ub-Ut<判断接触器闭合的电压差阈值ΔU1，说明电暖风高压接触器已经粘死，整车控制器不向电暖风高压接触器发出闭合指令，如果有行车需求，整车控制器对车辆牵引电机的功率进行限制功率操作，以提醒驾驶员；如果暖风接触器粘死故障依然存在，驾驶员也没有关闭电暖风加热请求开关装置，且整车控制器通过电暖风机加热部分温度测量装置检测到电暖风温度超过预设的暖风上限温度，持续预设时间T1，则整车控制器控制冗余接触器闭合，将电暖风机保险主动熔断，确保安全直到整车控制器通过电暖风机加热部分温度测量装置检测到暖风温度小于预设安全值，再控制冗余接触器断开，并解除对车辆牵引电机功率限制；
步骤1.2.3：在步骤1.2.2所述情况熔断掉电暖风机保险，车辆电源重启后按下电暖风加热请求开关装置，回到步骤1.1；
步骤2：整车控制器向电暖风高压接触器发出闭合请求后进行如下判断：
步骤2.1：若Ub-Ut>判断接触器跳开的电压阈值ΔU2，则说明电暖风高压接触器闭合故障或电暖风机保险熔断；
步骤2.2若Ub-Ut<判断接触器闭合的电压差阈值ΔU1，说明电暖风机保险正常，电暖风高压接触器闭合正常，并开始计时，若超出预设时间T2后电暖风温度仍然小于预设安全值，电暖风加热电阻异常；
步骤2.3：Ub-Ut<判断接触器闭合的电压差阈值ΔU1，说明电暖风机保险正常，电暖风高压接触器闭合正常，并开始计时，若预设时间T3内电暖风温度大于预设的暖风上限温度，则说明暖风工作正常。
本发明基于简单的直流电压检测模块，并将整车控制器已有CAN通讯功能加入电池状态信息，并增加了冗余接触器，能以故障代码的形式在车辆仪表主动给驾驶员提供电暖风内详细信息，如接触器粘死，保险损坏或接触器闭合失败，电暖风加热电阻工作异常；检测到电暖风接触器出现粘死且电暖风温度超温时的严重安全隐患但驾驶员未及时处理(如主动断电并及时更换)时主动闭合冗余接触器，熔断安全保险，并对车辆做限功处理，直到判断安全隐患消除；
本发明在动力电池不适合继续支持电暖风工作时，即使驾驶员按下暖风加热请求开关或发现接触器粘死也不会使电暖风工作，最大限度的保护动力电池，防止电池过放等不可挽回状况的出现。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
其中，101—动力电池、102—电池管理系统、201—电暖风机保险、202—电暖风高压接触器、203—冗余接触器、204—电暖风机加热部分温度测量装置、205—电暖风机电阻、206—电暖风机的直流电压测量端、301—整车控制器、401—电暖风加热请求开关装置。
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：
本发明设计的一种电动汽车电暖风防欠压及接触器粘死保护系统，如图1所示，它包括动力电池101、电暖风机保险201、电暖风高压接触器202、冗余接触器203、电暖风机加热部分温度测量装置204(安装在电暖风出口做好工艺处理，与高压部分绝缘)、电暖风机电阻205、整车控制器301、电暖风加热请求开关装置401，所述动力电池101的正极连接电暖风机保险201一端，电暖风机保险201另一端与电暖风高压接触器202一端相连，电暖风高压接触器202另一端与冗余接触器203的一端连接，冗余接触器203的另一端连接动力电池101的负极，电暖风机电阻205的一端连接电暖风高压接触器202另一端，电暖风机电阻205的另一端连接动力电池101的负极，所述电暖风机加热部分温度测量装置204的信号输出端连接整车控制器301的电暖风温度测量信号输入端，整车控制器301的电压测量接口接入电暖风机的直流电压测量端206，电暖风加热请求开关装置401的信号输出端连接整车控制器301的电暖风加热开关输入端，所述整车控制器301的第一接触器控制信号输出端连接电暖风高压接触器202的控制信号输入端，整车控制器301的第二接触器控制信号输出端连接冗余接触器203的控制信号输入端。
上述技术方案中，所述动力电池101由电池管理系统102(BMS)控制管理。
上述技术方案中，所述电池管理系统102检测动力电池101的电压及剩余电量，并通过CAN总线(控制器局域网络，Controller Area Network)传输至整车控制器301。
上述技术方案中，所述电暖风机的直流电压测量端206将电暖风机电阻205正负极高压直流电压信号引入整车控制器301输入部分，经过内部光耦隔离或者差分电路隔离后传送至VCU内模拟量采集部分。
一种上述系统的电动汽车电暖风防欠压及接触器粘死保护方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1.1：车辆电源激活(如打开车辆钥匙ACC或者ON挡等)，当驾驶员按下电暖风加热请求开关装置401时，整车控制器301通过CAN总线获取电池管理系统102检测到的动力电池101的剩余电量和单体电压，如果剩余电量和单体电压中有一个低于对应的设定阈值，则整车控制器301认为电暖风加热请求开关请求无效(整车控制器301不闭合电暖风高压接触器202和冗余接触器203)，整车控制器301发出相应的故障代码至仪表提示驾驶员；否则(剩余电量和单体电压全部高于设定值时)进入步骤1.2；
步骤1.2：整车控制器301通过CAN总线获取的电池管理系统102采集到的动力电池直流电压Ub，整车控制器301从电暖风机的直流电压测量端206获取电暖风机直流电压Ut，整车控制器301针对动力电池直流电压Ub和电暖风机直流电压Ut进行如下判断：
步骤1.2.1：如果Ub-Ut>判断接触器跳开的电压阈值ΔU2，说明暖风接触器前期正常断开(没有粘死)，可以正常闭合，整车控制器301向电暖风高压接触器202发出闭合请求，进入步骤2；
步骤1.2.2：如果Ub-Ut<判断接触器闭合的电压差阈值ΔU1，说明电暖风高压接触器202已经粘死，整车控制器301不向电暖风高压接触器202发出闭合指令，同时在仪表上发出相应的故障代码提示，如果驾驶员有行车需求(如上高压成功后挂挡并踩下加速踏板)，整车控制器301对车辆牵引电机的功率进行限制功率操作，并同时发出相应的故障提示代码(此时驾驶员可以主动关掉电源，或拔掉电暖风高压接插件)，如果经提示后一段时间暖风接触器粘死故障依然存在，且驾驶员也没有关闭电暖风加热请求开关装置401，且整车控制器301通过电暖风机加热部分温度测量装置204检测到电暖风温度超过预设的暖风上限温度，持续预设时间T1(5秒)，则整车控制器301控制冗余接触器203闭合，将电暖风机保险201主动熔断，确保安全直到整车控制器301通过电暖风机加热部分温度测量装置204检测到暖风温度小于预设安全值，再控制冗余接触器203断开，并解除对车辆牵引电机功率限制，但是保持相应的粘死故障代码提示；
步骤1.2.3：在步骤1.2.2所述情况熔断掉电暖风机保险201，车辆电源重启后按下电暖风加热请求开关装置401，回到步骤1.1；
步骤2：整车控制器301向电暖风高压接触器202发出闭合请求后进行如下判断：
步骤2.1：若Ub-Ut>判断接触器跳开的电压阈值ΔU2，则说明电暖风高压接触器202闭合故障或电暖风机保险201熔断，整车控制器(301)向仪表发出相应的提示代码；
步骤2.2若Ub-Ut<判断接触器闭合的电压差阈值ΔU1，说明电暖风机保险201正常，电暖风高压接触器202闭合正常，并开始计时，若超出预设时间T2(250秒)后电暖风温度仍然小于预设安全值，则发出相应的诊断提示代码，电暖风加热电阻异常；
步骤2.3：Ub-Ut<判断接触器闭合的电压差阈值ΔU1，说明电暖风机保险201正常，电暖风高压接触器202闭合正常，并开始计时，若预设时间T3(150s)内电暖风温度大于预设的暖风上限温度，则说明暖风工作正常。
上述技术方案的步骤2.3后若出现动力电池101的电池欠压，此时整车控制器301不再允许电暖风工作，或者驾驶员关闭电暖风加热请求开关装置401，此时整车控制器301主动断开电暖风高压接触器202，并且，此时，Ub-Ut<判断接触器闭合的电压差阈值ΔU1，说明电暖风高压接触器202两端已经粘死，未能执行整车控制器301指令，执行步骤1.2.2所述策略。
上述技术方案中，所述动力电池101的剩余电量阈值为动力电池101总电量的20％。
上述技术方案中，所述动力电池101(磷酸铁锂型电池)的单体电压阈值为2.85V。
上述技术方案中，所述判断接触器闭合的电压差阈值ΔU1为5V。所述判断接触器跳开的电压阈值ΔU2为30V。
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)

1.一种电动汽车电暖风防欠压及接触器粘死保护系统，其特征在于：它包括动力电池(101)、电暖风机保险(201)、电暖风高压接触器(202)、冗余接触器(203)、电暖风机加热部分温度测量装置(204)、电暖风机电阻(205)、整车控制器(301)、电暖风加热请求开关装置(401)，所述动力电池(101)的正极连接电暖风机保险(201)一端，电暖风机保险(201)另一端与电暖风高压接触器(202)一端相连，电暖风高压接触器(202)另一端与冗余接触器(203)的一端连接，冗余接触器(203)的另一端连接动力电池(101)的负极，电暖风机电阻(205)的一端连接电暖风高压接触器(202)另一端，电暖风机电阻(205)的另一端连接动力电池(101)的负极，所述电暖风机加热部分温度测量装置(204)的信号输出端连接整车控制器(301)的电暖风温度测量信号输入端，整车控制器(301)的电压测量接口接入电暖风机的直流电压测量端(206)，电暖风加热请求开关装置(401)的信号输出端连接整车控制器(301)的电暖风加热开关输入端，所述整车控制器(301)的第一接触器控制信号输出端连接电暖风高压接触器(202)的控制信号输入端，整车控制器(301)的第二接触器控制信号输出端连接冗余接触器(203)的控制信号输入端。
2.根据权利要求1所述的电动汽车电暖风防欠压及接触器粘死保护系统，其特征在于：所述动力电池(101)由电池管理系统(102)控制管理。
3.根据权利要求2所述的电动汽车电暖风防欠压及接触器粘死保护系统，其特征在于：所述电池管理系统(102)检测动力电池(101)的电压及剩余电量，并通过CAN总线传输至整车控制器(301)。
4.一种权利要求1所述系统的电动汽车电暖风防欠压及接触器粘死保护方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1.1：车辆电源激活，当按下电暖风加热请求开关装置(401)时，整车控制器(301)通过电池管理系统(102)检测动力电池(101)的剩余电量和单体电压，如果剩余电量和单体电压中有一个低于对应的设定阈值，则整车控制器(301)认为电暖风加热请求开关请求无效；否则进入步骤1.2；
步骤1.2：整车控制器(301)通过电池管理系统(102)获取动力电池直流电压Ub，整车控制器(301)从电暖风机的直流电压测量端(206)获取电暖风机直流电压Ut，整车控制器(301)针对动力电池直流电压Ub和电暖风机直流电压Ut进行如下判断：
步骤1.2.1：如果Ub-Ut>判断接触器跳开的电压阈值ΔU2，说明暖风接触器正常断开，可以正常工作，整车控制器(301)向电暖风高压接触器(202)发出闭合请求，进入步骤2；
步骤1.2.2：如果Ub-Ut<判断接触器闭合的电压差阈值ΔU1，说明电暖风高压接触器(202)已经粘死，整车控制器(301)不向电暖风高压接触器(202)发出闭合指令，如果有行车需求，整车控制器(301)对行车牵引电机的功率进行限制操作，如果暖风接触器粘死故障依然存在，驾驶员也没有关闭电暖风加热请求开关装置(401)，且整车控制器(301)通过电暖风机加热部分温度测量装置(204)检测到电暖风温度超过预设的暖风上限温度，持续预设时间T1，则整车控制器(301)控制冗余接触器(203)闭合，将电暖风机保险(201)主动熔断，确保安全直到整车控制器(301)通过电暖风机加热部分温度测量装置(204)检测到暖风温度小于预设安全值，再控制冗余接触器(203)断开，并解除对车辆牵引电机的功率限制；
步骤1.2.3：在步骤1.2.2所述情况熔断掉电暖风机保险(201)，车辆电源重启后按下电暖风加热请求开关装置(401)，回到步骤1.1；
步骤2：整车控制器(301)向电暖风高压接触器(202)发出闭合请求后进行如下判断：
步骤2.1：若Ub-Ut>判断接触器跳开的电压阈值ΔU2，则说明电暖风高压接触器(202)闭合故障或电暖风机保险(201)熔断；
步骤2.2若Ub-Ut<判断接触器闭合的电压差阈值ΔU1，说明电暖风机保险(201)正常，电暖风高压接触器(202)闭合正常，并开始计时，若超出预设时间T2后电暖风温度仍然小于预设安全值，电暖风加热电阻异常；
步骤2.3：Ub-Ut<判断接触器闭合的电压差阈值ΔU1，说明电暖风机保险(201)正常，电暖风高压接触器(202)闭合正常，并开始计时，若预设时间T3内电暖风温度大于预设的暖风上限温度，则说明暖风工作正常。
5.根据权利要求4所述的电动汽车电暖风防欠压及接触器粘死保护方法，其特征在于：步骤2.3后若出现动力电池(101)的电池欠压，此时整车控制器(301)不再允许电暖风工作，或者关闭电暖风加热请求开关装置(401)，此时整车控制器(301)主动断开电暖风高压接触器(202)，并且，此时，Ub-Ut<判断接触器闭合的电压差阈值ΔU1，说明电暖风高压接触器(202)两端已经粘死，未能执行整车控制器(301)指令，执行步骤1.2.2所述策略。
6.根据权利要求4所述的电动汽车电暖风防欠压及接触器粘死保护方法，其特征在于：所述动力电池(101)的剩余电量阈值为动力电池(101)总电量的20％。
7.根据权利要求4所述的电动汽车电暖风防欠压及接触器粘死保护方法，其特征在于：所述动力电池(101)的单体电压阈值为2.85V。
8.根据权利要求4所述的电动汽车电暖风防欠压及接触器粘死保护方法，其特征在于：所述判断接触器闭合的电压差阈值ΔU1为5V。
9.根据权利要求4所述的电动汽车电暖风防欠压及接触器粘死保护方法，其特征在于：所述判断接触器跳开的电压阈值ΔU2为30V。
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