CN108501725A - 电动车高压仓接触器控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供电动车高压仓接触器控制系统及其控制方法，属于充电控制技术领域。该控制系统包括高压输入端、主电路、输入端分压采样电路、输出端分压采样电路、控制电路、控制端以及高压输出端。本发明利用输入端分压采样电路和输出端分压采样电路获得高压输入端和高压输出端的电压，通过比较高压输入端电压与高压输出端电压的电压高低，控制电动车高压仓充电主电路接触器闭合或断开，使高压输入端与高压输出端之间实现电气连接或断开。本发明能有效避免预充电接触器和主电路接触器在反向压差情况下吸合，同时避免在反向电流下断开接触器造成的触头粘连。

Description

电动车高压仓接触器控制系统及其控制方法

【技术领域】

本发明涉及充电控制技术领域，具体涉及电动车高压仓接触器控制系统及其控制方法。

【背景技术】

目前国内大多数电动车中电机控制器的动力总成集成功率控制单元(PCU)内部电器拓扑如图1所示，包括内部集成高压仓10、TM电机驱动器20、ISG电机驱动器30、EPS电机驱动器40和24V DC/DC电源50五个部件。其中，高压仓10部分的接触器KM1/KM2进行TM驱动器20与ISG驱动器30的母线回路通断控制，接触器KM3/KM4进行EPS电机驱动器40与DC/DC电源50的母线回路通断控制。其中,涉及到的接触器KM1/KM2的控制过程如下：

(1)上电：集成功率控制单元PCU收到混合动力整车控制器HCU发送的上电指令后，先吸合缓冲接触器KM2，通过缓冲电阻R1、母线电容C进行充电缓冲；当检测到母线电容C后端的电压趋于稳定(不再上升)后，缓冲过程结束，吸合主接触器KM1，延迟1S后断开KM2，完成上电过程。

(2)下电：集成功率控制单元PCU收到混合动力整车控制器HCU发送的下电指令后，断开主接触器KM1，完成下电过程。

已有技术方案中，上电缓冲结束的判断依据为：母线电容C后端检测到的母线电容C后端电压不再上升。但是，实际车辆运行过程中，会存在母线电容C后端电压高于电源端输入电压的情况，即主接触器KM1前后两端存在反向压差的情况，此时集成功率控制单元PCU收到混合动力整车控制器HCU发送的上电指令后，虽然会先吸合KM2进行缓冲，但是因为反向压差的存在，此时缓冲无效且检测到母线电容后端电压不再上升，会立刻吸合主接触器KM1，此时的KM1将在闭合瞬间存在反向的电流。

已有的技术方案中，下电过程的方式是通过接收HCU的下电指令，即断开主接触器。实际应用过程中，存在电机驱动器正处于能量回馈阶段，回馈的能量通过主接触器KM1向锂电池充电。如果此时执行接触器断开指令，主接触器KM1将在反向电流的情况下断开触点。

在电动车辆中，接触器起着接通或断开直流电源与用电设备的作用，接触器的触点标记有正极和负极，规定从正极流入负极的电流为正向电流，反之为反向电流。在接通或断开时可能发生直流接触器触头粘连故障，当存在反向电流的情况下，接触器的寿命将大大降低，从而增加接触器触头粘连的风险,使得接触器触头无法断开，严重威胁到驾驶人员和整体车辆的安全。专利号为：CN201410619099-电动车高压仓接触器控制系统及其控制方法，采用防反二级管配合检测输出电压的变化方法提供了一种解决闭合瞬间接触器方向电流存在的风险，但是专利中并没有解决下电过程中存在的反向电流的风险。另外，该专利中所有的信号需要传递到高压仓外围的控制器，导致高压仓与外围的接线复杂，存在电路接口过多导致失效风险。

【发明内容】

本发明的发明目的在于：针对如上所述现有接触器粘连失效风险较大的缺陷，提供一种能有效避免预充电接触器和主电路接触器在反向压差情况下吸合，同时避免在反向电流下断开接触器造成的触头粘连的电动车高压仓接触器控制系统及其控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

电动车高压仓接触器控制系统，包括高压输入端、主电路、输入端分压采样电路、输出端分压采样电路、控制电路、控制端以及高压输出端；

所述主电路连接于所述高压输入端和所述高压输出端之间，主电路上设有主电路接触器KM2；

所述输入端分压采样电路包括分压电阻R2、分压电阻R3和分压接触器KM3；所述分压接触器KM3触点的一端与所述高压输入端的正极连接，分压接触器KM3触点的另一端与所述分压电阻R2连接；所述分压电阻R3的一端与所述高压输入端的负极连接，分压电阻R3的另一端所述分压电阻R2串联；

所述的输出端分压采样电路包括分压电阻R4、分压电阻R5和分压接触器KM4；所述分压接触器KM4触点的一端与所述高压输出端正极连接，分压接触器KM4触点的另一端与所述分压电阻R4连接；所述分压电阻R5的一端与高压输出端负极连接，分压电阻R5的另外一端与分压电阻R4串联；

所述的控制电路包括AD转换器，MCU和DC/DC转换器；所述AD转换器具有AD1端口、AD2端口、A_GND端口、第一SPI端口和AD转换器电源口，所述MCU具有主控SPI端口、多个控制口、MCU通信口和MCU电源口；所述AD1端口连接于所述分压电阻R2与所述分压电阻R3之间，所述AD2端口连接于所述分压电阻R4与所述分压电阻R5之间，所述A_GND端口与所述高压输入端的负极连接，所述第一SPI端口与所述主控SPI端口连接，所述AD转换器电源口与所述DC/DC转换器连接；所述MCU的控制口与接触器KM2、KM3、KM4的线圈端口分别连接，当使能接触器的继电器端口时，对应的接触器触点闭合；

所述控制端包括外部通信口和外部电源口，其中外部通信口与MCU的通信口连接用于实现外部与MCU的通信，外部电源口与DC/DC转换器、MCU电源口分别连接用于供电。

本发明中，较优地，所述高压输入端作为高压仓接触器控制系统的电能输入，包括正极和负极两个端子；所述高压输出端作为高压仓接触器控制系统的电能输出，包括正极和负极两个端子。

本发明中，较优地，所述控制系统还包括预充电电路，所述预充电电路包括：预充电电阻R1、预充电接触器KM1，所述预充电阻R1一端与高压输入端正极连接，预充电阻另一端与预充电接触器KM1连接；所述预充电接触器KM1触点的一端与预充电电阻R1连接，预充电接触器KM1触点的另外一端与所述高压输出端的正极连接，所述MCU的控制口与预充电接触器KM1连接。

本发明中，较优地，所述第一SPI端口与所述主控SPI端口之间还设有光电隔离器。

本发明中，较优地，所述MCU为单片机、DSP或者PLC控制器。

本发明提供的一种电动车高压仓接触器控制方法，利用以上所述的控制系统，该方法为：利用输入端分压采样电路和输出端分压采样电路获得高压输入端和高压输出端的电压，当高压输入端电压高于高压输出端电压时，控制电动车高压仓充电主电路接触器闭合，从而使高压输入端电压与高压输出端之间实现电气的连接，当高压输入端电压低于高压输出端电压时，控制电动车高压仓主电路接触器断开，从而使高压输入端电压与高压输出端之间实现电气断开。

上述控制方法中，包括一控制算法，用于控制高压仓接触器控制系统的运行，该算法运行在MCU中，其具体的步骤如下：

第1步：MCU使能分压接触器KM3的线圈端口，关闭分压接触器KM4的线圈端口使能，分压接触器KM3的触点闭合，分压接触器KM4的触点断开；

第2步：MCU使能AD转换器，并获得AD1对应的电压V1；

第3步：MCU计算高压输入端的电压V2＝V1*(R2+R3)/R3；

第4步：MCU关闭分压接触器KM3的线圈端口使能，使能分压接触器KM4的线圈端口，分压接触器KM3的触点断开，分压接触器KM4的触点闭合；

第5步：MCU使能AD转换器，并获得AD2对应的电压V3；

第6步：MCU计算高压输出端的电压V4＝V3*(R5+R4)/R5；

第7步：MCU通过MCU通信口获得外部通信口发来的控制命令，如果命令为上电，则跳入第8步，否则跳入第12步；

第8步：如果分压接触器KM2的线圈端口使能，则返回第1步，否则MCU计算V5，V5＝V2-V4，如果V5>0,则进入第9步，否则返回第1步；

第9步：MCU使能预充电接触器KM1的线圈端口，预充电接触器KM1的触点闭合，高压输入端通过预充电电路与高压输出端连接；

第10步：如果V5>0，且V5<10，则MCU使能KM2的线圈端口,KM2的触点闭合；否则返回第1步；

第11步：MCU关闭KM1的线圈端口使能,KM1的触点断开，返回第1步；

第12步：MCU计算V5，V5＝V2-V4，如果V5小于0，返回第1步；如果V5小于0，KM1的线圈端口使能，则关闭KM1的线圈端口使能，KM1的触点断开；

第13步：如果KM2的线圈端口使能，则关闭KM2的线圈端口使能，KM2的触点断开，返回第1步。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的电动车高压仓接触器控制系统，在上电和下电缓冲之前，判断主电路接触器两端是否存在反向压差，有效避免在存在反向压差的情况下主电路接触器因闭合或者断开造成的触点粘连，提高了电动车的安全性。

2、本发明将控制器引入到高压仓，控制器可以检测对应的电压并对对应的接触器进行控制，减少了高压仓与外围的接线，降低了线路失效风险。

【附图说明】

图1为现有的电动车驱动系统的模块框图；

图2为本发明的电动车高压仓接触器控制系统的示意框图。

图3为本发明的电动车高压仓接触器控制系统的控制方法流程图。

其中，11-高压输入端，12-预充电电路，13-主电路，14-输入端分压采样电路，15-输出端分压采样电路，16-控制电路，17-控制端，18-高压输出端。

【具体实施方式】

为了更清楚地表达本发明，以下通过具体实施例对本发明作进一步说明。

请参阅图2，为本发明的电动车高压仓接触器控制系统的示意框图，该实施例提供的电动车高压仓接触器控制系统包括高压输入端11，预充电电路12，主电路13，输入端分压采样电路14，输出端分压采样电路15，控制电路16，控制端17以及高压输出端18。其中，所述高压输入端11作为高压仓接触器控制系统的电能输入，包括正极和负极两个端子；所述高压输出端18作为高压仓接触器控制系统的电能输出，包括正极和负极两个端子。

具体地，预充电电路12包括预充电电阻R1、预充电接触器KM1。其中预充电电阻R1左端与高压输入端11正极连接，预充电电阻R1右端与预充电接触器KM1连接；预充电接触器KM1后端与高压输出端18正极连接。

具体地，主电路13连接于高压输入端和高压输出端之间，与预充电电路12并联，主电路13包括主电路接触器KM2，主电路接触器KM2左端与高压输入端11正极连接，主电路接触器右端与高压输出端18正极连接。

具体地，输入端分压采样电路14与高压输入端11并联，包括分压接触器KM3、分压电阻R2以及分压电阻R3；分压接触器KM3前端与高压输入端11正极连接，后端与分压电阻R2连接，分压电阻R2与分压电阻R3串联，分压电阻R3后端与高压输入端11负极连接。

输出端分压采样电路15与高压输出端18并联，包括分压接触器KM4、分压电阻R4以及分压电阻R5；分压接触器KM4前端与高压输出端18正极连接，后端与分压电阻R4连接；分压电阻R4与分压电阻R5串联，分压电阻R5后端与高压输出端18负极连接。

具体地，控制端包括外部通信口和外部电源口，其中外部通信口与MCU的通信口连接用于实现外部与MCU的通信，外部电源口与DC/DC转换器连接用于高压仓接触器控制系统的供电。

具体地，控制电路16包括AD转换器，光电隔离器，MCU以及DC/DC转化器。其中AD转换器具有AD1端口、AD2端口、A_GND端口、第一SPI端口和AD转换器电源口，所述MCU具有主控SPI端口、多个控制口、MCU通信口和MCU电源口；AD转换器通过AD1端口与输入端分压采样电路14的A点连接，即连接于所述分压电阻R2与所述分压电阻R3之间；AD转换器通过AD2端口与输出端分压采样电路15的B点连接，即连接于所述分压电阻R4与所述分压电阻R5之间；AD转换器通过A_GND端口与高压输入端11正极的C点连接，即与所述高压输入端的负极连接。所述光电隔离器的上端和下端分别连接AD转换器的第一SPI端口和MCU的主控SPI端口,实现AD转换器和MCU之间的SPI通信。MCU的控制口分别与预充电接触器KM1、主电路接触器KM2、分压接触器KM3以及分压接触器KM4连接，所述MCU电源口和MCU通信口分别对应与控制端的外部电源口和外部通信口连接。所述DC/DC转换器一端与AD转换器电源口连接，DC/DC转换器另一端与外部电源口连接，实现AD转换器和MCU的隔离通电。其中MCU可以是单片机，DSP或者PLC等控制器。

具体的，AD转换器用于检测输入端分压采样电路14中AC两点间电压V1以及输出端分压采样电路15中BC两点间电压V3，并将所获得的电压值转换为电信号，通过光电隔离器传输给MCU。具体的，MCU用于处理所接收的电压值以及对电路下达指令，控制电路中各接触器的断开与闭合。MCU根据接收到的AC两点间电压值V1计算高压端输出电压V2,根据接收到的BC两点间电压V3计算高压输出端电压V4，其中V2＝V1*(R2+R3)/R3,V4＝V3*(R5+R4)/R5。MCU根据高压输入端电压V2和高压输出端电压V4的高低对电路中接触器的闭合与断开进行控制。

利用上述的控制系统，本发明电动车高压仓接触器的控制方法为：利用输入端分压采样电路和输出端分压采样电路获得高压输入端和高压输出端的电压，当高压输入端电压高于高压输出端电压时，控制电动车高压仓充电主电路接触器闭合，从而使高压输入端电压与高压输出端之间实现电气的连接，当高压输入端电压低于高压输出端电压时，控制电动车高压仓主电路接触器断开，从而使高压输入端电压与高压输出端之间实现电气断开。

上述控制方法的具体步骤包括：上电缓冲步骤、接触器控制步骤、下电缓冲步骤。

上电缓冲步骤：控制端通过外部通信口对MCU发出指令，使分压接触器KM3闭合、分压接触器KM4断开，AD转换器检测AC两点之间的电压V1并将所获的电压值传送给MCU，MCU计算高压输入端电压V2；使分压接触器KM3断开、分压接触器KM4闭合，AD转换器检测BC两点之间的电压V3并将所获的电压值传送给MCU，MCU计算高压输出端电压V4；MCU计算V5，V5＝V2-V4。当V5>0，MCU控制预充电接触器KM1闭合,完成上电缓冲步骤；否则，MCU控制系统重复上述步骤。

接触器控制步骤：控制端通过外部通信口对MCU发出指令，MCU判断V5的值，当0<V5<10，MCU控制主电路接触器KM2闭合、预充电接触器KM1断开，完成接触器控制步骤；否则，MCU控制AD转换器重新检测V1、V3，并计算V2、V4、V5，MCU控制系统重复上述步骤。

下电缓冲步骤：控制端通过外部通信口对MCU发出指令，MCU控制AD转换器重新检测V1、V3,并将所获得的电压值传送给MCU，MCU计算V2、V4、V5，判断V5的值。当V5>0，MCU控制主电路接触器KM2断开；否则，MCU控制系统重复上述步骤。

如图3所示，本发明还提供了上述电动车高压仓接触器控制系统的控制方法流程图，包括一控制算法，用于控制高压仓接触器控制系统的运行，该算法运行在MCU中，其具体的步骤如下：

第1步：MCU使能分压接触器KM3的线圈端口，关闭分压接触器KM4的线圈端口使能，分压接触器KM3的触点闭合，分压接触器KM4的触点断开；

第2步：MCU使能AD转换器，并获得AD1对应的电压V1；

第3步：MCU计算高压输入端的电压V2＝V1*(R2+R3)/R3；

第4步：MCU关闭分压接触器KM3的线圈端口使能，使能分压接触器KM4的线圈端口，分压接触器KM3的触点断开，分压接触器KM4的触点闭合；

第5步：MCU使能AD转换器，并获得AD2对应的电压V3；

第6步：MCU计算高压输出端的电压V4＝V3*(R5+R4)/R5；

第7步：MCU通过MCU通信口获得外部通信口发来的控制命令，如果命令为上电，则跳入第8步，否则跳入第12步；

第8步：如果分压接触器KM2的线圈端口使能，则返回第1步，否则MCU计算V5，V5＝V2-V4，如果V5>0,则进入第9步，否则返回第1步；

第9步：MCU使能预充电接触器KM1的线圈端口，预充电接触器KM1的触点闭合，高压输入端通过预充电电路与高压输出端连接；

第10步：如果V5>0，且V5<10，则MCU使能KM2的线圈端口,KM2的触点闭合；否则返回第1步；

第11步：MCU关闭KM1的线圈端口使能,KM1的触点断开，返回第1步；

第12步：MCU计算V5，V5＝V2-V4，如果V5小于0，返回第1步；如果V5小于0，KM1的线圈端口使能，则关闭KM1的线圈端口使能，KM1的触点断开；

第13步：如果KM2的线圈端口使能，则关闭KM2的线圈端口使能，KM2的触点断开，返回第1步。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (7)

1.电动车高压仓接触器控制系统，其特征在于：包括高压输入端、主电路、输入端分压采样电路、输出端分压采样电路、控制电路、控制端以及高压输出端；

所述主电路连接于所述高压输入端和所述高压输出端之间，主电路上设有主电路接触器KM2；

所述输入端分压采样电路包括分压电阻R2、分压电阻R3和分压接触器KM3；所述分压接触器KM3触点的一端与所述高压输入端的正极连接，分压接触器KM3触点的另一端与所述分压电阻R2连接；所述分压电阻R3的一端与所述高压输入端的负极连接，分压电阻R3的另一端所述分压电阻R2连接；

所述的输出端分压采样电路包括分压电阻R4、分压电阻R5和分压接触器KM4；所述分压接触器KM4触点的一端与所述高压输出端正极连接，分压接触器KM4触点的另一端与所述分压电阻R4连接；所述分压电阻R5的一端与高压输出端负极连接，分压电阻R5的另外一端与分压电阻R4连接；

所述的控制电路包括AD转换器，MCU和DC/DC转换器；所述AD转换器具有AD1端口、AD2端口、A_GND端口、第一SPI端口和AD转换器电源口，所述MCU具有主控SPI端口、多个控制口、MCU通信口和MCU电源口；所述AD1端口连接于所述分压电阻R2与所述分压电阻R3之间，所述AD2端口连接于所述分压电阻R4与所述分压电阻R5之间，所述A_GND端口与所述高压输入端的负极连接，所述第一SPI端口与所述主控SPI端口连接，所述AD转换器电源口与所述DC/DC转换器连接；所述MCU的控制口与接触器KM2、KM3、KM4的线圈端口分别连接，当使能接触器的继电器端口时，对应的接触器触点闭合；

所述控制端包括外部通信口和外部电源口，其中外部通信口与MCU的通信口连接用于实现外部与MCU的通信，外部电源口与DC/DC转换器、MCU电源口分别连接用于供电。

2.根据权利要求1所述的电动车高压仓接触器控制系统，其特征在于：所述高压输入端作为高压仓接触器控制系统的电能输入，包括正极和负极两个端子；所述高压输出端作为高压仓接触器控制系统的电能输出，包括正极和负极两个端子。

3.根据权利要求1所述的电动车高压仓接触器控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括预充电电路，所述预充电电路包括：预充电电阻R1、预充电接触器KM1，所述预充电阻R1一端与高压输入端正极连接，预充电阻另一端与预充电接触器KM1连接；所述预充电接触器KM1触点的一端与预充电电阻R1连接，预充电接触器KM1触点的另外一端与所述高压输出端的正极连接，所述MCU的控制口与预充电接触器KM1连接。

4.根据权利要求1所述的电动车高压仓接触器控制系统，其特征在于：所述第一SPI端口与所述主控SPI端口之间还设有光电隔离器。

5.根据权利要求1所述的电动车高压仓接触器控制系统，其特征在于：所述MCU为单片机、DSP或者PLC控制器。

6.一种电动车高压仓接触器控制方法，利用权利要求1-5中任一项所述的控制系统，其特征在于：利用输入端分压采样电路和输出端分压采样电路获得高压输入端和高压输出端的电压，当高压输入端电压高于高压输出端电压时，控制电动车高压仓充电主电路接触器闭合，从而使高压输入端与高压输出端之间实现电气的连接，当高压输入端电压低于高压输出端电压时，控制电动车高压仓主电路接触器断开，从而使高压输入端与高压输出端之间实现电气断开。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，包括的具体步骤为：

第1步：MCU使能分压接触器KM3的线圈端口，关闭分压接触器KM4的线圈端口使能，分压接触器KM3的触点闭合，分压接触器KM4的触点断开；

第2步：MCU使能AD转换器，并获得AD1对应的电压V1；

第3步：MCU计算高压输入端的电压V2＝V1*(R2+R3)/R3；

第4步：MCU关闭分压接触器KM3的线圈端口使能，使能分压接触器KM4的线圈端口，分压接触器KM3的触点断开，分压接触器KM4的触点闭合；

第5步：MCU使能AD转换器，并获得AD2对应的电压V3；

第6步：MCU计算高压输出端的电压V4＝V3*(R5+R4)/R5；

第7步：MCU通过MCU通信口获得外部通信口发来的控制命令，如果命令为上电，则跳入第8步，否则跳入第12步；

第8步：如果分压接触器KM2的线圈端口使能，则返回第1步，否则MCU计算V5，V5＝V2-V4，如果V5>0,则进入第9步，否则返回第1步；

第9步：MCU使能预充电接触器KM1的线圈端口，预充电接触器KM1的触点闭合，高压输入端通过预充电电路与高压输出端连接；

第10步：如果V5>0，且V5<10，则MCU使能KM2的线圈端口,KM2的触点闭合；否则返回第1步；

第11步：MCU关闭KM1的线圈端口使能,KM1的触点断开，返回第1步；

第12步：MCU计算V5，V5＝V2-V4，如果V5小于0，返回第1步；如果V5小于0，KM1的线圈端口使能，则关闭KM1的线圈端口使能，KM1的触点断开；

第13步：如果KM2的线圈端口使能，则关闭KM2的线圈端口使能，KM2的触点断开，返回第1步。