CN108944459B - 一种高压安全监控系统及控制方法 - Google Patents

一种高压安全监控系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压安全监控系统及控制方法，本发明考虑电动车高压回路的安全隐患点，对高压回路中的各个零部件及工作状态进行安全监控，包括高压接触器状态监控、高压熔断器状态监控、高压节点温度监控、高压环境温度监控、高压载流支路瞬时功率监控、绝缘状态监控。通过对这些状态的监控并结合其属性特点提出对监控异常的控制方法，实现对整车高压安全较全面科学的管理，能够帮助车辆使用者对车辆高压安全有较全面的了解，及时掌握最新的车辆工作状态，及时发现异常，将可能出现的安全隐患消除在萌芽期。同时可帮助整车开发者充分了解整车各项数据参数，对于整车设计的优化提升有较大的指导意义。

Description

一种高压安全监控系统及控制方法
技术领域
本发明涉及一种高压安全监控系统及控制方法，属于电动汽车领域。
背景技术
高压安全是电动汽车安全的关键。随着我国电动汽车保有量的逐年增加，所暴露出来的安全问题也逐步引起人们的重视。国家相关部门也出台了重要文件来表明新能源汽车全产业链、全生命周期的安全问题的重要性，着力保障其安全工作。
高压系统中包含许多部件和连接节点，每一个部件或节点出现问题，都会威胁车辆安全。如接触器、熔断器、接线柱、连接件(高压线束、铜排、高压连接器、接线柱等)。同时，随着电动汽车全生命周期内的持续运行，高压部件或连接节点都会有不同程度的性能下降，无法保证全生命周期内的运行安全。在某种触发条件下，有可能造成安全隐患。目前鲜有相关的系统对此问题进行全方面的，全生命周期的安全监控。
发明内容
本发明针对上述问题，发明了一种高压安全监控系统及控制方法，该发明能够实现对高压部件及节点的全范围安全监控，通过监控，可实现对高压器件的工作状态进行判断，同时可实现对各个高压负载工作瞬时功率的实施监控。另外，根据此系统实现的功能，提出了一种高压安全监控系统及控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一目的是公开一种高压安全监控系统，包括高压安全监控装置、电流传感器、电压采集电路、高压接触器、高压熔断器、载流端子温度传感器、环境温度传感器。
所述高压安全监控装置，包括微控制器、信号采集模块、AD转换模块、电源模块、通讯模块、绝缘检测模块、驱动模块。所述微控制器是高压安全监控装置的控制中心，用于电信号的计算与控制，微控制器与AD转换模块、电源模块、通讯模块、绝缘检测模块、驱动模块连接。所述信号采集模块包括1～n路电压采集、1～n路端子温度采集、环境温度采集、A～F路电流采集。所述AD转换模块与信号采集模块和微控制器连接，用于将信号采集模块的模拟信号转换为数字信号传递给微控制器。所述电源模块与微控制器和外部24V+/24V-连接，用于给高压安全监控系统供低压电。所述通讯模块与微控制器和整车控制器连接，用于信号的共享与控制。所述绝缘检测模块与微控制器连接，用于执行绝缘监控功能。所述驱动模块与微控制器和风扇连接，执行风扇驱动功能。
所述电流传感器采集高压回路各支路直流母线电流，将信号传递给高压安全监控装置。
所述电压采集电路采集节点电压，将信号传递给高压安全监控装置。
所述高压接触器、高压熔断器为被监控对象。
所述载流端子温度传感器采集高压载流端子的温度变化，将信号传递给高压安全监控装置。
所述环境温度传感器采集封闭箱体内部的环境温度，经信号传递给高压安全监控装置。
本发明的第二目的是公开一种高压安全监控系统的控制方法，具体为：
(1)对比高压系统各高压接触器不同电压采集点信号，传递给高压安全监控装置并处理，实现对高压接触器开关状态的监控及粘连故障判断。
(2)对比高压系统各高压熔断器不同电压采集点信号，传递给高压安全监控装置并处理，实现对高压熔断器通断状态的监控及故障判断。
(3)采集高压系统各连接端子温度检测点的温度信号，传递给高压安全监控装置并处理，实现对载流端子温度异常的判断及控制。
(4)采集环境温度传感器的信号，传递给高压安全监控装置处理及风扇驱动，实现对环境温度的调节。
(5)采集不同电流采集点的电流信号及对应点的电压信号，传递给高压安全监控装置并计算处理，实现对高压支路瞬时功率的监控及控制。
(6)高压安全监控装置的绝缘检测模块在整车低压上电后全程监测高压系统将检测到的绝缘异常信号，传递给整车控制器，整车控制器根据绝缘值进行故障分级，执行整车保护功能。
所述步骤(1)的控制方法为：整车低压上电后高压安全装置自检正常后进入工作状态，电压信号采集模块采集高压接触器K1～K4前端电压和后端电压的电压，并进行对比。在整车高压上电预充电过程中，高压安全装置将采集到的接触器前后端电压数据经AD转换模块处理后发送至微控制器，微控制器对采集数据分析计算并进行判断，，当接触器后端电压等于接触器前端电压时，可判断接触器粘连故障，故障信息通过CAN总线发送给整车控制器，终止整车高压上电，提示维修。当整车正常运行中，检测到接触器前后端电压有较大的压差U1，则立即发送接触器开关异常故障给整车控制器，提示故障检修。
所述步骤(2)的控制方法为：整车上电高压安全监控装置自检正常后进入工作状态，其微控制器接收经过AD转换模块处理过的各高压支路高压熔断器FU1～Fun前端和后端的采集电压，并进行两端电压值对比。当被检测高压熔断器前端和后端电压有较大的压差U2时，则定位判断该支路高压熔断器故障，将故障信息通过CAN总线传送给整车控制器，提示某支路熔断器故障。
所述步骤(3)的控制方法为：整车上电高压安全监控装置自检正常后进入工作状态，其端子温度信号采集点(①～n采集点)实时监测高压端子温度，经AD转换模块处理后传递至微控制器进行计算分析，当某一个高压端子温度采集点温度大于临界值T1时，通讯模块及时播报定位端子点的温度异常信息，并通过CAN总线发送给整车控制器，执行预警操作。
所述步骤(4)的控制方法为：整车上电高压安全监控装置自检正常后进入工作状态，其环境温度信号采集模块实时监测高压箱体内部的环境温度，经AD模块处理后传递至为控制器进行计算分析，当某一个温度采集点温度大于临界值T2时，启动驱动模块驱动风扇工作，并通过CAN总线发送给整车控制器，执行提示操作。
所述步骤(5)的控制方法为：整车上电高压安全监控装置自检正常后进入工作状态，其支路电流信号采集点(1～n采集点)实时监测支路电流信号，经AD转换模块处理后传递至为控制器，微控制器结合支路电流及对应点的电压信号计算瞬时功率，将计算数据播报到CAN总线中，通过与时间的积分运算可实现对高压支路负载能耗的统计及异常监控。
所述步骤(6)的控制方法为：整车低压上电高压安全监控装置自检正常后进入工作状态，绝缘检测模块实时检测高压系统对车身绝缘值，将绝缘值通过CAN总线发送给整车控制器，整车控制器根据绝缘严重程度将故障分级，并根据等级大小实施故障提醒、整车降功率行驶、停车断高压动作。
本发明的工作原理为：
本发明提出了一种高压安全监控系统及控制方法，通过高压安全监控装置采集电动车高压回路不同位置的电压信号、电流信号、温度信号，实时监控高压回路中的高压接触器、高压熔断器、高压连接节点、负载功率、绝缘状态及环境温度变化的异常，实现系统的高压安全监控、预警及保护，同时本系统可将各种异常信号传递给整车控制器，采用上述的控制方法实现对整车的安全控制。
本发明的有益效果为：
1、本发明通过对高压回路中的高压接触器、高压熔断器、高压载流端子、绝缘状态等实施监控及控制方法的设定，实现了高压回路中高压零部件的状态分析及高压回路的故障判断，不仅能够帮助车辆使用者对车辆高压安全有较全面的了解，而且能够掌握最新的车辆工作状态，并及时发现异常，将可能出现的安全隐患消除在萌芽期。
2、本发明通过采集高压支路负载的瞬时功率，并将数据与整车共享，可帮助整车开发者充分了解整车的能量流分配，对于优化整车的能量分配策略，整车的节能降耗有较大的指导意义。
3、本发明可能实时检测高压回路中高压零部件的工作状态，对于因零部件造成的车辆故障能够及时发现并准确定位，提高车辆故障排除效率。
附图说明
图1为电动车高压支路及高压安全监控系统结构示意图；
图2为高压安全监控系统内部结构示意图；
其中：①～n为高压载流端子温度检测点，每点设置电流传感器，与高压安全监控装置连接；A～F为高压支路电流传感器，与高压安全监控装置连接；电压采集点1～n为每一个支路不同检测点的电压采集点，与高压安全监控装置连接；FU1～Fun为被检测回路高压熔断器；K1～K4为被检测回路高压接触器。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示一种高压安全监控系统，包括高压安全监控装置、电流传感器A～F、电压采集电路1～n、高压接触器K1～K4、高压熔断器FU1～Fun、载流端子温度传感器①～n、环境温度传感器。
如图2所示，高压安全监控装置包括微控制器、信号采集模块、AD转换模块、电源模块、通讯模块、绝缘检测模块、驱动模块。所述微控制器是高压安全监控装置的控制中心，用于电信号的计算与控制，微控制器与AD转换模块、电源模块、通讯模块、绝缘检测模块、驱动模块连接。所述信号采集模块包括1～n路电压采集、1～n路端子温度采集、环境温度采集、A～F路电流采集。所述AD转换模块与信号采集模块和微控制器连接，用于将信号采集模块的模拟信号转换为数字信号传递给微控制器。所述电源模块与微控制器和外部24V+/24V-连接，用于给高压安全监控系统供低压电。所述通讯模块与微控制器和整车控制器连接，用于信号的共享与控制。所述绝缘检测模块与微控制器连接，用于执行绝缘监控功能。所述驱动模块与微控制器和风扇连接，执行风扇驱动功能。
所述电流传感器A～F采集高压回路各支路直流母线电流，将信号传递给高压安全监控装置。
所述电压采集电路1～n采集节点电压，将信号传递给高压安全监控装置。
所述高压接触器K1～K4、高压熔断器FU1～Fun为被监控对象。
所述载流端子温度传感器①～n采集高压载流端子的温度变化，将信号传递给高压安全监控装置。
所述环境温度传感器采集封闭箱体内部的环境温度，将信号传递给高压安全监控装置。
一种高压安全监控系统的控制方法，具体为：
(1)对比高压系统各高压接触器不同电压采集点信号(1～n采集点)，传递给高压安全监控装置并处理，实现对高压接触器开关状态的监控及粘连故障判断。
(2)对比高压系统各高压熔断器不同电压采集点信号(1～n采集点)，传递给高压安全监控装置并处理，实现对高压熔断器通断状态的监控及故障判断。
(3)采集高压系统各连接端子温度检测点的温度信号(①～n采集点)，传递给高压安全监控装置并处理，实现对载流端子温度异常的判断及控制。(4)采集环境温度传感器的信号，传递给高压安全监控装置处理及风扇驱动，实现对环境温度的调节。
(5)采集不同电流采集点(A～F)的电流信号及对应点的电压信号，传递给高压安全监控装置并计算处理，实现对高压支路瞬时功率的监控及控制。
(6)高压安全监控装置的绝缘检测模块在整车低压上电后全程监测高压系统将检测到的绝缘异常信号，传递给整车控制器，整车控制器根据绝缘值进行故障分级，执行整车保护功能。
所述步骤(1)的控制方法为：整车低压上电后高压安全装置自检正常后进入工作状态，电压信号采集模块采集高压接触器K1～K4前端电压和后端电压的电压，并进行对比。在整车高压上电预充电过程中，高压安全装置将采集到的接触器前后端电压数据经AD转换模块处理后发送至微控制器，微控制器对采集数据分析计算并进行判断，，当接触器后端电压等于接触器前端电压时，可判断接触器粘连故障，故障信息通过CAN总线发送给整车控制器，终止整车高压上电，提示维修。当整车正常运行中，检测到接触器前后端电压有较大的压差U1，则立即发送接触器开关异常故障给整车控制器，提示故障检修。
所述步骤(2)的控制方法为：整车上电高压安全监控装置自检正常后进入工作状态，其微控制器接收经过AD转换模块处理过的各高压支路高压熔断器FU1～Fun前端和后端的采集电压，并进行两端电压值对比。当被检测高压熔断器前端和后端电压有较大的压差U2时，则定位判断该支路高压熔断器故障，将故障信息通过CAN总线传送给整车控制器，提示某支路熔断器故障。
所述步骤(3)的控制方法为：整车上电高压安全监控装置自检正常后进入工作状态，其端子温度信号采集点(①～n采集点)实时监测高压端子温度，经AD转换模块处理后传递至微控制器进行计算分析，当某一个高压端子温度采集点温度大于临界值T1时，通讯模块及时播报定位端子点的温度异常信息，并通过CAN总线发送给整车控制器，执行预警操作。
所述步骤(4)的控制方法为：整车上电高压安全监控装置自检正常后进入工作状态，其环境温度信号采集模块实时监测高压箱体内部的环境温度，经AD模块处理后传递至为控制器进行计算分析，当某一个温度采集点温度大于临界值T2时，启动驱动模块驱动风扇工作，并通过CAN总线发送给整车控制器，执行提示操作。
所述步骤(5)的控制方法为：整车上电高压安全监控装置自检正常后进入工作状态，其支路电流信号采集点(1～n采集点)实时监测支路电流信号，经AD转换模块处理后传递至为控制器，微控制器结合支路电流及对应点的电压信号计算瞬时功率，将计算数据播报到CAN总线中，通过与时间的积分运算可实现对高压支路负载能耗的统计及异常监控。
所述步骤(6)的控制方法为：整车低压上电高压安全监控装置自检正常后进入工作状态，绝缘检测模块实时检测高压系统对车身绝缘值，将绝缘值通过CAN总线发送给整车控制器，整车控制器根据绝缘严重程度将故障分级，并根据等级大小实施故障提醒、整车降功率行驶、停车断高压动作。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种高压安全监控系统，其特征在于，包括：微控制器以及与所述微控制器分别连接的AD转换模块、电源模块、通讯模块、绝缘检测模块和驱动模块；所述AD转换模块与信号采集模块连接；所述绝缘检测模块通过通讯模块与整车控制器通信；所述驱动模块与散热装置连接；
在整车高压上电预充电过程中，高压安全装置将采集到的接触器前后端电压数据经AD转换模块处理后发送至微控制器，微控制器对采集数据分析计算并进行判断，当接触器后端电压等于接触器前端电压时，判断接触器粘连故障，故障信息通过CAN总线发送给整车控制器，终止整车高压上电，提示维修；
当整车正常运行中，检测到接触器前后端电压的压差大于设定值，则立即发送接触器开关异常故障给整车控制器，提示故障检修；
检测高压支路高压熔断器前端和后端电压的压差大于设定值，定位判断该高压支路高压熔断器故障，将故障信息通过CAN总线传送给整车控制器，提示该高压支路高压熔断器故障；
微控制器结合支路电流及对应点的电压信号计算瞬时功率，将计算数据播报到CAN总线中，通过与时间的积分运算实现对高压支路负载能耗的统计及异常监控。
2.如权利要求1所述的一种高压安全监控系统，其特征在于，所述信号采集模块包括：电压采集单元、端子温度采集单元、环境温度采集单元和电流采集单元。
3.如权利要求1所述的一种高压安全监控系统，其特征在于，所述信号采集模块采集高压回路各支路直流母线电流、节点电压、高压载流端子的温度以及环境温度信息并传送给微控制器，所述微控制器根据接收到的信号实现对高压接触器开关状态的监控及粘连故障判断、对高压熔断器通断状态的监控及故障判断、对载流端子温度异常的判断及控制、对环境温度的调节以及对高压支路瞬时功率的监控及控制。
4.如权利要求1所述的一种高压安全监控系统，其特征在于，所述绝缘检测模块在整车低压上电后全程监测绝缘异常信号，并将检测到的绝缘异常信号传递给整车控制器，整车控制器根据绝缘值进行故障分级、执行整车保护功能。
5.一种高压安全监控方法，其特征在于，包括：
整车低压上电后高压安全装置自检正常后进入工作状态；
分别采集整车高压上电预充电过程中高压接触器各电压采集点的前端电压和后端电压值，实现对高压接触器开关状态的监控及粘连故障判断；
分别采集各高压支路高压熔断器各电压采集点的前端和后端电压值，实现对高压熔断器通断状态的监控及故障判断；
分别采集各连接端子温度检测点的温度信号，实现对载流端子温度异常的判断及控制；
分别采集支路上各电流采集点的电流信号及对应点的电压信号，实现对高压支路瞬时功率的监控及控制；
采集环境温度信息，根据所述温度信息驱动散热装置运行，实现对环境温度的调节；
所述分别采集整车高压上电预充电过程中高压接触器各电压采集点的前端电压和后端电压值，实现对高压接触器开关状态的监控及粘连故障判断，具体为：
在整车高压上电预充电过程中，当接触器后端电压等于接触器前端电压时，判断接触器粘连故障，并将故障信息发送给整车控制器，终止整车高压上电，提示维修；
当整车正常运行中，检测到接触器前后端电压的压差大于设定值，则立即发送接触器开关异常故障给整车控制器，提示故障检修；
分别采集各高压支路高压熔断器各电压采集点的前端和后端电压值，实现对高压熔断器通断状态的监控及故障判断，具体为：
当被检测高压支路高压熔断器前端和后端电压的压差大于设定值时，则定位判断该高压支路高压熔断器故障，将故障信息传送给整车控制器，提示该高压支路高压熔断器故障；
所述分别采集支路上各电流采集点的电流信号及对应点的电压信号，实现对高压支路瞬时功率的监控及控制，具体为：
支路电流及对应点的电压信号计算瞬时功率，将计算数据通过与时间的积分运算得到高压支路负载的能耗数据，对于能耗异常数据进行监控。
6.如权利要求5所述的一种高压安全监控方法，其特征在于，所述分别采集各连接端子温度检测点的温度信号，实现对载流端子温度异常的判断及控制，具体为：
当某一个高压端子温度采集点温度大于临界值T1时，播报定位端子点的温度异常信息，并将温度异常信息发送给整车控制器，执行预警操作。
7.如权利要求5所述的一种高压安全监控方法，其特征在于，实时检测高压系统对车身绝缘值，将绝缘值发送给整车控制器，整车控制器根据绝缘严重程度将故障分级，并根据等级大小实施故障提醒、整车降功率行驶或者停车断高压动作。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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Address after: 252000 No.261 Huanghe Road, economic development zone, Liaocheng City, Shandong Province

Patentee after: Zhongtong bus Limited by Share Ltd.

Address before: 252000 No.261 Huanghe Road, economic development zone, Liaocheng City, Shandong Province

Patentee before: ZHONGTONG BUS HOLDING Co.,Ltd.

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