CN109878334A - 一种高压控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压控制器，通过CAN线连接整车控制器，用于监控和控制整车的高压配电系统电器元件，包括：测试标定模块、数据通信模块、状态监控模块和控制执行模块；测试标定模块用于给数据通讯模块、状态监控模块和控制执行模块进行软件测试及标定；数据通信模块与CAN线连接，用于高压控制器与整车部件及外部附件之间的信息交互；状态监控模块用于检测高压配电系统中电压、电流、温度参数变化，将其变化情况与数据通信模块的信息均经CAN线与整车信息进行交互；并通过控制执行模块执行高压控制器的控制命令，控制外部设备工作；通过控制器监控并控制整车的高压供配电系统，实现了高压供配电系统的一体化控制。

Description

一种高压控制器

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，更具体的说是涉及一种高压控制器。

背景技术

随着空气污染的日益加剧和石油资源的逐渐枯竭，新能源汽车被人们认为是汽车产业转型升级的必然选择之一，并且以一种无可逆转的趋势推动着汽车产业的技术革命。

与常规动力汽车相比，新能源汽车最大的特色就是动力系统电动化，能源系统、驱动系统、辅助动力系统的电压等级高达几百伏，远超出了人体的安全电压，且功率部件是由高压电驱动，高压供配电系统的上下电过程以及整车充电、工作过程中的安全控制技术直接影响到整车的安全和性能，一旦控制出现问题，轻则接触器粘连、保险熔断；重则电池过充/过放甚至整车起火。虽然以动力电气化为核心的新能源汽车技术及产业取得长足进步，但是在高压系统安全控制关键技术方面仍未突破技术瓶颈。重点体现在以下两方面：一是高压供配电系统监控不到位、处理机制不完善导致电池系统过充/过放、控制系统误动作，给整车和驾乘人员带来安全隐患；二是高压供配电系统控制权划分不清以及无法做到全过程监控，导致出现问题或事故之后各零部件之间互相推诿，责任无法清晰界定。以上问题已经成为新能源汽车大规模产业化过程中的技术障碍。

因此，如何提供一种能够全方位监控各高压器件工作状态、实现高压部件一体化精准控制的控制器是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高压控制器，通过控制器监控并控制整车的高压供配电系统，实现了高压供配电系统的一体化监控和控制；控制器内通过增加状态监控和过程监控，提升高压供配电系统的安全性和可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高压控制器，通过CAN线连接整车控制器，用于监控和控制整车的高压配电系统电器元件，包括：测试标定模块、数据通信模块、状态监控模块和控制执行模块；测试标定模块用于给数据通讯模块、状态监控模块和控制执行模块进行软件测试及标定；数据通信模块与CAN线连接，用于高压控制器与整车部件及外部附件之间的信息交互；状态监控模块用于检测高压配电系统中电压、电流、温度参数变化，将其变化情况通过数据通信模块经CAN线与整车信息进行交互；并通过控制执行模块执行高压控制器的控制命令，控制外部设备工作。

优选地，测试标定模块包括子模块有：软件测试模块和刷写标定模块；软件测试模块用于控制高压控制器的所有软件测试与故障诊断；刷写标定模块用于完成高压控制器程序刷写与标定。

优选地，数据通信模块包括子模块有：整车状态信息模块、外部控制指令模块和充电状态信息模块；整车状态信息模块用于接收和实时掌握整车状态的信息数据，外部控制指令模块用于接收外部信息，作为高压控制器执行控制命令的重要输入依据，充电状态信息模块用于高压控制器和整车的电池管理系统交互整车的充电数据。

优选地，整车状态信息模块接收信息来自车辆的整车控制器、电机控制器和电池管理系统的状态数据信息，且与整车控制器、电机控制器和电池管理系统与CAN线连接。

优选地，状态监控模块包括：微控制器、信号采集模块、AD转换模块、电源模块、通讯模块和绝缘检测模块，且微控制器设置多个针脚c，其中，针脚c1电连接与AD转换器，针脚c2电连接电源模块，针脚c3电连接通信模块，针脚c4电连接绝缘检测模块。

优选地，通信模块与整车控制器通过CAN线连接进行信息交互，且通信模块与绝缘检测模块通过总线连接。

优选地，信号采集模块包括：多路电流采集单元、1-n路电压采集单元、多路载流端子温度采集单元和环境温度采集单元；AD转换器依次连接电流采集单元、电压采集单元、载流端子温度采集单元和环境温度采集单元。

优选地，控制执行模块包括：接触器控制模块和高压附件控制模块；接触器控制模块用于控制高压配电系统回路中接触器的开关控制，高压附件控制模块用于控制外部设备正常工作。

优选地，外部设备包括：24v充电系统、电动助力转向系统、电动空压机系统、电动空调和电动除霜系统。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种高压控制器，首先，将整车的高压供配电系统的控制采用一个控制器实现高压供配电系统的一体化控制，由于高压控制器内设置了测试标定模块、数据通信模块、状态监控模块和控制执行模块，实现了控制器对整车高压配电系统的状态监控和过程监控，并通过CAN线将这些信息传输给整车控制器，整车控制器通过车辆上其他部件实现报警功能、跛行功能或者停车，保证了高压供配电系统的安全性和可靠性，进而提高了控制过程的时效性和准确性。

其次，本发明提供的一种高压控制器内，由于设置了测试标定模块，能够快捷方便的实现客户对整车的定制化服务设置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的一种高压控制器整体的方框示意图；

图2附图为本发明提供的一种高压控制器的测试标定模块的方框示意图；

图3附图为本发明提供的一种高压控制器的数据通信模块的方框示意图；

图4附图为本发明提供的一种高压控制器的状态检测模块的电路示意图；

图5附图为本发明提供的一种高压控制器的控制执行模块的方框示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种高压控制器，通过高压控制器监控并控制整车的高压供配电系统，实现了高压供配电系统的一体化监控和控制，控制器中通过增加状态监控和过程监控，提升高压供配电系统的安全性和可靠性。

本发明提供的一种高压控制器，通过CAN线连接在整车控制器与高压配电系统之间，用于监控和控制整车的高压配电系统电器元件，参见附图1-5，包括：测试标定模块1、数据通信模块2、状态监控模块3和控制执行模块4；测试标定模块1用于给数据通讯模块2、状态监控模块3和控制执行模块4进行软件测试及标定；数据通信模块2与CAN线连接，用于高压控制器与整车部件及外部附件之间的信息交互；状态监控模块3用于检测高压配电系统中电压、电流、温度参数变化，将其变化情况通过数据通信模块2经CAN线与整车信息进行交互；并通过控制执行模块4执行高压控制器的控制命令，控制外部设备工作。

本发明提供的一种高压控制器，首先，高压控制器将整车的高压供配电系统的控制采用一个控制器实现高压供配电系统的一体化控制，由于高压控制器内设置了测试标定模块1、数据通信模块2、状态监控模块3和控制执行模块4，实现了控制器对整车高压配电系统的状态监控和过程监控，通过CAN线将这些信息传输给整车控制器，整车控制器通过车辆上其他部件实现报警功能、跛行功能或者停车，保证了高压供配电系统的安全性和可靠性，进而提高了控制过程的时效性和准确性。

其次，本发明提供的一种高压控制器内，由于设置了测试标定模块1，能够快捷方便地实现客户对整车的定制化服务设置。

有利的，测试标定模块1包括子模块有：软件测试模块11和刷写标定模块12；软件测试模块11用于数据通信模块2、状态监控模块3、控制执行模块4内软件的测试与故障诊断；刷写标定模块12用于完成高压控制器程序刷写与标定，具体包括CAN协议、数据通信模块2、状态监控模块3、控制执行模块4的工作状态逻辑的标定。

其中，刷写标定模块12通过高压控制器上壳体上设置的I/O端口连接上位机进行软件的刷写及标定，还能够根据客户的个性化需求，进行个性化的定制设置服务。

有利的，数据通信模块2包括子模块有：整车状态信息模块21、外部控制指令模块22和充电状态信息模块23；整车状态信息模块21用于接收和实时掌握整车状态的信息数据，外部控制指令模块22用于接收外部信息，作为高压控制器执行控制命令的重要输入依据，充电状态信息模块23用于高压控制器和整车的电池管理系统交互整车的充电数据。

其中，整车状态信息模块21用于接收和实时掌握整车档位信号、踏板信号及仪表等信息数据，外部控制指令模块22用于接收整车控制器、电池管理系统等外部设备的上下电、接触器吸合/断开等指令，作为控制器执行控制命令的重要输入依据；充电状态信息模块23用于高压控制器和整车上的电池管理系统交互整车的充电数据，包括充电时间、充电电流、频率及温度变化等数据。

有利的，整车状态信息模块21接收信息来自车辆的整车控制器、电机控制器和电池管理系统的状态数据信息，且与整车控制器、电机控制器和电池管理系统与CAN线连接，使高压控制器能够获悉整车更全面的状态信息，便于控制器进行控制外部部件的工作状态。

本发明提供的一种高压控制器，参见附图4，状态监控模块3包括：微控制器31、信号采集模块32、AD转换模块33、电源模块34、通讯模块35和绝缘检测模块36，且微控制器31设置多个针脚c，其中，针脚c1电连接与AD转换器33，针脚c2电连接电源模块34，针脚c3电连接通信模块35，针脚c4电连接绝缘检测模块36。

微控制器31是状态监控模块3的控制中心，用于电信号的计算与控制，微控制器31通过针脚c1-c5依次连接AD转换模块33、信号采集模块32、电源模块34、通讯模块35和绝缘检测模块36。电源模块34与微控制器31与外部24V电源连接，用于给高压控制器低压供电。

更有利的，通信模块35与整车控制器通过CAN线连接进行信息交互，且通信模块35与绝缘检测模块36通过总线连接。其中，通讯模块35与微控制器31和整车控制器连接，用于信号的共享与控制；通信模块35与绝缘检测模块36通过总线连接，将高压配电系统内的电器元件的状态反馈给整车控制器。

有利的，信号采集模块32包括：多路电流采集单元、1-n路电压采集单元、多路载流端子温度采集单元和环境温度采集单元；AD转换器33依次连接电流采集单元、电压采集单元、载流端子温度采集单元和环境温度采集单元。

其中，当高压控制器通过外部低压24V电源上电自检正常后进入工作状态，电压信号采集单元采集高压回路中接触器前端电压和后端电压的电压值并进行对比；采集到的接触器前后端电压数据经AD转换模块33处理后发送至微控制器31，微控制器31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，故障信息通过通信模块35经CAN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。

微控制器31接收经过AD转换模块33处理过的各高压支路高压熔断器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，将故障信息通过通信模块35经CAN线传送给整车控制器，提示某支路熔断器故障。

端子温度信号采集单元(1～n采集点)实时监测高压端子温度，经AD转换模块33处理后传递至微控制器31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，通信模块35及时播报定位端子点的温度异常信息，并通过CAN线发送给整车控制器，执行预警操作。

环境温度信号采集单元实时监测高压配电柜内的环境温度，经AD模块33处理后传递至为高压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，通过CAN线发送给整车控制器，执行提示操作功能。

支路电流信号采集单元(1～n采集点)实时监测支路电流信号，经AD转换模块33处理后传递至为微控制器31，微控制器31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。

绝缘检测模块36实时检测高压配电系统对车身绝缘值，将绝缘值通过通信模块35经CAN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、整车降功率行驶或停车断高压动作。

综上所述，状态检测模块3通过采集车辆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，实现整车高压配电系统的高压安全监控、预警及保护。

本发明提供的一种高压控制器，参见附图5，控制执行模块4包括：接触器控制模块41和高压附件控制模块42；其中，高压控制器通过数据通信模块2及状态监控模块3对整车设备工作状态及高压系统的电器元件的完好性检测经CAN线发送给整车控制器，整车控制器与高压控制器信息交互，通过控制执行模块4执行控制命令。

有利的，接触器控制模块41主要用来根据外部状态信息和控制指令完成高压回路中接触器的开关控制，进而实现高压电器系统安全、可靠的上下电控制；高压附件控制模块42控制外部设备包括：24v充电系统、电动助力转向系统、电动空压机系统、电动空调和电动除霜系统等。

本发明提供的一种高压控制器的工作过程为：首先根据整车高压供配电系统电器元件设置和1939通信协议，通过测试标定模块1完成软件程序的刷写、功能测试及标定；其次在控制器电源模块低压上电后，数据通信系统2与整车控制器、电机控制器、电池管理系统等整车关键部件之间持续进行数据通信和交互，数据通信系统2接收整车及关键零部件的状态数据并把控制器状态数据发送到整车总线上；再次状态监控模块3会根据预先设定的监控逻辑逐一测试系统内接触器、熔断器等部件的完好性以及高压回路中的电流、及温度等数据，这些数据也是数据通信模块2和外界交互数据的重要组成部分；最后执行控制模块4会根据数据通信模块2接收到的整车及关键零部件的数据及控制指令、状态监控模块3采集到的接触器、熔断器状态和高压回路电流及温度等数据，并结合通过测试标定模块1设定的控制逻辑输出接触器及高压附件的控制命令，完成高压供配电系统的精细化控制。

综上所有所述，本发明提供的一种高压控制器，实现了高压供配电系统的一体化监控和控制，高压控制器中通过增加状态监控和过程监控，提升高压供配电系统的安全性和可靠性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

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发明。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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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 (9)

1.一种高压控制器，其特征在于，所述高压控制器通过CAN线连接整车控制器，用于监控和控制整车的高压配电系统中的电器元件，所述高压控制器包括：测试标定模块(1)、数据通信模块(2)、状态监控模块(3)和控制执行模块(4)；所述测试标定模块(1)用于对所述数据通讯模块(2)、所述状态监控模块(3)和所述控制执行模块(4)进行软件测试及标定；所述数据通信模块(2)与CAN线连接，用于所述高压控制器与整车部件及外部附件之间的信息交互；所述状态监控模块(3)用于检测所述高压配电系统中电压、电流、温度参数变化，将其变化情况通过所述数据通信模块(2)经CAN线与整车信息进行交互；并通过所述控制执行模块(4)执行所述高压控制器的控制命令，控制外部设备工作。

2.根据权利要求1所述的一种高压控制器，其特征在于，所述测试标定模块(1)包括子模块有：软件测试模块(11)和刷写标定模块(12)；所述软件测试模块(11)用于控制高压控制器内部软件测试与故障诊断；所述刷写标定模块(12)用于完成高压控制器程序刷写与标定。

3.根据权利要求1所述的一种高压控制器，其特征在于，所述数据通信模块(2)包括子模块有：整车状态信息模块(21)、外部控制指令模块(22)和充电状态信息模块(23)；所述整车状态信息模块(21)用于接收和实时掌握整车状态的信息数据，所述外部控制指令模块(22)用于接收外部信息，所述充电状态信息模块(23)用于高压控制器和整车的电池管理系统交互整车的充电数据。

4.根据权利要求3所述的一种高压控制器，其特征在于，所述整车状态信息模块(21)接收信息来自车辆的整车控制器、电机控制器和电池管理系统的状态数据信息，且与所述整车控制器、所述电机控制器和所述电池管理系统与CAN线连接。

5.根据权利要求4所述的一种高压控制器，其特征在于，所述状态监控模块(3)包括：微控制器(31)、信号采集模块(32)、AD转换模块(33)、电源模块(34)、通讯模块(35)和绝缘检测模块(36)，且所述微控制器(31)设置多个针脚c，其中，针脚c1电连接与所述AD转换器(33)，针脚c2电连接所述电源模块(34)，针脚c3电连接所述通信模块(35)，针脚c4电连接所述绝缘检测模块(36)。

6.根据权利要求5所述的一种高压控制器，其特征在于，所述通信模块(35)与所述整车控制器通过CAN线连接进行信息交互，且所述通信模块(35)与所述绝缘检测模块(36)通过总线连接。

7.根据权利要求6所述的一种高压控制器，其特征在于，所述信号采集模块(32)包括：多路电流采集单元、1-n路电压采集单元、多路载流端子温度采集单元和环境温度采集单元；所述AD转换器(33)依次连接所述电流采集单元、所述电压采集单元、所述载流端子温度采集单元和所述环境温度采集单元。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种高压控制器，其特征在于，所述控制执行模块(4)包括：接触器控制模块(41)和高压附件控制模块(42)；所述接触器控制模块(41)用于控制所述高压配电系统回路中接触器的开关控制，所述高压附件控制模块(42)用于控制外部设备正常工作。

9.根据权利要求8所述的一种高压控制器，其特征在于，所述外部设备包括：24v充电系统、电动助力转向系统、电动空压机系统、电动空调和电动除霜系统。