CN109968982A - 一种纯电动汽车动力控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种纯电动汽车动力控制装置及其控制方法，包括：电池组，用于提供电能；BMS管理单元，用于控制电池组的充电过程和放电过程,BMS管理单元分别与电池组、充电机电性连接；PDU高压配电单元，用于分配电能,PDU高压配电单元分别与电池组、BMS管理单元电性连接；电机控制单元，用于控制电机工作，电机控制单元与PDU高压配电单元电性连接；CAN通讯单元，用于传输通讯信号，CAN通讯单元连接在电机控制单元与BMS管理单元之间。本发明纯电动汽车动力控制装置能够提供上电保护，合理控制纯电动汽车的速度、恰当处理纯电动汽车的故障。

Description

一种纯电动汽车动力控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车控制领域，尤其涉及一种纯电动汽车动力控制装置及其控制方法。

背景技术

随着世界能源的匮乏，能源的可持续性已经是人类面临的紧迫性的问题。鉴于国家大力倡导新旧动能转化，纯电动汽车应运而生，并逐渐受到了人们的青睐。纯电动汽车的重要电路之一是动力系统，动力系统具有控制纯电动汽车的故障处理方式、上电时序逻辑、下电时序逻辑、充放电、电能输出等功能。现有的纯电动汽车在上电时容易因突然的电流冲击造成电路故障，且对汽车的速度控制、故障处理方面不足，用户驾驶体验感较差，因此，有必要提出一种新的纯电动汽车动力控制装置及其控制方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提供上电保护，合理控制纯电动汽车的速度、恰当处理纯电动汽车的故障的纯电动汽车动力控制装置及其控制方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种纯电动汽车动力控制装置，与充电机配合使用,所述纯电动汽车动力控制装置包括:

电池组，用于提供电能；

BMS管理单元，用于控制电池组的充电过程和放电过程,所述BMS管理单元分别与所述电池组、所述充电机电性连接；

PDU高压配电单元，用于分配电能,所述PDU高压配电单元分别与所述电池组、所述BMS管理单元电性连接；

电机控制单元，用于控制电机工作，所述电机控制单元与所述PDU高压配电单元电性连接；

CAN通讯单元，用于传输通讯信号，所述CAN通讯单元连接在所述电机控制单元与所述BMS管理单元之间。

优选的，所述纯电动汽车动力控制装置还与车载自动诊断装置配合使用，所述车载自动诊断装置分别与所述充电机、所述BMS管理单元及所述CAN通讯单元电性连接。

优选的，所述电池组包括正极接线端和负极接线端，所述BMS管理单元包括BMS控制芯片、第一主负继电器、第一预充继电器、第一熔断器、第一预充电阻及第一分流器，所述第一主负继电器包括第一开关和第一线圈，所述第一预充继电器包括第二开关和第二线圈；其中，所述第一开关与所述第一熔断器串联以后连接在所述负极接线端与所述第一分流器之间，所述第一分流器进一步分别与所述PDU高压配电单元电性、所述高压配电单元电性连接，所述第一线圈连接在所述BMS控制芯片与所述地线之间；所述第二开关与所述第一预充电阻串联以后连接在所述负极接线端与所述第一分流器之间，所述第二线圈连接在所述BMS控制芯片与所述地线之间。

优选的，所述PDU高压配电单元包括第二熔断器、第一主正继电器和第二预充继电器，其中，所述第一主正继电器包括第三开关和第三线圈，所述第二预充继电器包括第四开关和第四线圈，所述第三开关与所述第二熔断器串联以后连接在所述正极接线端与所述电机控制单元之间，所述第三线圈与所述电机控制单元电性连接；所述第二熔断器包括第一接线端与第二接线端，所述第一接线端与所述正极接线端电性连接，所述第二接线端与所述第三开关电性连接；所述第四开关连接在所述第二接线端与所述电机控制单元之间,所述第四线圈与所述电机控制单元电性连接。

优选的，所述电机控制单元包括第一通讯接线端及第二通讯接线端，所述CAN通讯单元包括依次电性连接的静电防护电路、分压电路、终端匹配电路及隔离芯片，所述静电防护电路连接在所述第一通讯接线端与所述第二通讯接线端之间，所述分压电路包括第一电阻和第二电阻，所述终端匹配电路包括第三电阻、第四电阻及第一电容，所述第一电阻的第一端与所述第一通讯接线端电性连接，所述第一电阻的第二端与所述第三电阻的第一端电性连接，所述第二电阻的第一端与第二通讯接线端电性连接，所述第二电阻的第二端与所述第四电阻的第一端电性连接，所述第三电阻的第一端进一步与所述隔离芯片电性连接，所述第三电阻的第二端与地线之间连接有所述第一电容，所述第四电阻的第一端进一步与所述隔离芯片电性连接，所述第四电阻的第二端与所述第三电阻的第二端电性连接。

优选的，所述隔离芯片包括第一电源输入端、第二电源输入端、第一接地端、第二接地端、第一信号传输端、第二信号传输端、第一隔离信号传输端及第二隔离信号传输端，其中，所述第一电源输入端连接第一电源，所述第一电源输入端与地线之间连接有第二电容，第二电源输入端连接所述第一电源，所述第二电源输入端与地线之间连接有第三电容，所述第一信号传输端与所述第三电阻的第一端电性连接，所述第二信号传输端与所述第四电阻的第一端电性连接，所述第一隔离信号传输端及所述第二隔离信号传输端分别与所述BMS管理单元电性连接,所述第一接地端与所述第二接地端分别接地线。

优选的，所述电机控制单元包括电机控制器，所述电机控制器具有所述第一通讯接线端及所述第二通讯接线端，所述电机控制器进一步分别与钥匙启动单元、电子油门感测单元、ON档电源单元、档位开关单元、制动开关单元、电机单元电性连接。

优选的，所述电机单元包括温度传感器、电机及电机编码器，所述温度传感器、所述电机及所述电机编码器分别与所述电机控制器电性连接。

本发明还提供一种所述纯电动汽车动力控制装置的控制方法，包括以下步骤：

1)给所述电机控制单元上电，所述电机控制单元与所述BMS管理单元通信，以检测所述电池组是否连接所述充电机，若是，说明电机启动准备失败；若否，所述BMS管理单元使第二预充继电器断开，且使第一主正继电器接通，电机启动准备完毕；

2)所述BMS管理单元通过所述CAN通讯单元得知所述电机控制单元的工作状态，若所述电机控制单元工作不正常，所述BMS管理单元使第一主负继电器断开；若所述电机控制单元工作正常，BMS管理单元使第一主负继电器接通，且使第一预充继电器断开；

3)所述电机控制单元接收电子油门感测单元发出的第一讯号，并根据所述第一讯号控制所述BMS管理单元，以使所述BMS管理单元控制所述电池组的输出电压及输出电流；

4)所述BMS管理单元实时监控所述电池组的剩余电量，并根据所述剩余电量控制所述电池组输出的电能，进而控制电机的功率，当电机的功率越大，纯电动汽车的速度越大；所述电机控制单元内预先存储有不同等级的故障信息，所述电机控制单元实时监控纯电动汽车是否发生故障，若纯电动汽车发生故障，所述电机控制单元采集对应的故障信息，并根据所述故障信息的等级控制纯电动汽车的速度。

优选的，所述控制方法还包括驻坡辅助控制方法、换挡与油门控制方法。

与现有技术相比，本发明所述纯电动汽车动力控制装置的BMS管理单元与PDU高压配电单元能够提供上电保护，保护所述纯电动汽车动力控制装置的内部线路；所述BMS管理单元能够根据电池组的剩余电量来控制电池组输出的电能，从而控制电机的功率，即控制纯电动汽车的速度；所述电机控制单元能够根据纯电动汽车的故障等级控制纯电动汽车停车或减速。

附图说明

图1为本发明所述纯电动汽车动力控制装置一实施例的电路框图；

图2为图1的具体电路原理图；

图3为图2中的CAN通讯单元的电路原理图；

图4为本发明的电池组的SOC与车辆速度的曲线图。

图中各标记如下:1、BMS管理单元；2、PDU高压配电单元；3、电机单元；4、分压电路；5、终端匹配电路；U、电池组；U+、正极接线端；U-、负极接线端；KA1、第一主负继电器；KA2、第一预充继电器；FU1、第一熔断器；RW、第一分流器；FU2、第二熔断器；KA3、第一主正继电器；KA4、第二预充继电器；R0、第一预充电阻；R1、第一电阻；、R2第二电阻；R3、第三电阻；R4、第四电阻；C1、第一电容；C2、第二电容；C3、第三电容；CAN H、第一通讯接线端；CAN L、第二通讯接线端；D1、静电防护电路；U1、隔离芯片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

如图1所示，本发明提供一种纯电动汽车动力控制装置，与充电机配合使用,纯电动汽车动力控制装置包括电池组U、BMS管理单元1、PDU高压配电单元2、电机控制单元和CAN通讯单元，其中，电池组U用于提供电能，电池组U为可以通过BMS管理单元1从充电机处充电以补充电能；BMS管理单元1用于控制电池组U的充电过程和放电过程,BMS管理单元1分别与电池组U、充电机电性连接；PDU高压配电单元2用于分配电池组U输出的电能,PDU高压配电单元2分别与电池组U、BMS管理单元1电性连接；电机控制单元用于控制纯电动汽车的电机工作，电机控制单元与PDU高压配电单元2电性连接；CAN通讯单元用于传输通讯信号，CAN通讯单元连接在电机控制单元与BMS管理单元1之间，从而实现CAN通讯单元与BMS管理单元1之间进行通讯。

于实际应用时，本发明的纯电动汽车动力控制装置还与车载自动诊断装置配合使用，车载自动诊断装置分别与充电机、BMS管理单元1及CAN通讯单元电性连接，车载自动诊断装置能够诊断出充电机、BMS管理单元1及CAN通讯单元是否正常工作，并能够诊断出非正常工作时发生的故障原因。

如图2所示，本发明的电池组U包括正极接线端U+和负极接线端U-，BMS管理单元1包括BMS控制芯片、第一主负继电器KA1、第一预充继电器KA2、第一熔断器FU1、第一预充电阻R0及第一分流器RW，第一主负继电器KA1包括第一开关和第一线圈，第一预充继电器KA2包括第二开关和第二线圈；其中，第一开关与第一熔断器FU1串联以后连接在负极接线端U-与第一分流器RW之间，第一分流器RW进一步分别与PDU高压配电单元2电性、高压配电单元电性连接，第一线圈连接在BMS控制芯片与地线之间；第二开关与第一预充电阻R0串联以后连接在负极接线端U-与第一分流器RW之间，第二线圈连接在BMS控制芯片与地线之间。

PDU高压配电单元2包括第二熔断器FU2、第一主正继电器KA3和第二预充继电器KA4，其中，第一主正继电器KA3包括第三开关和第三线圈，第二预充继电器KA4包括第四开关和第四线圈，第三开关与第二熔断器FU2串联以后连接在正极接线端U+与电机控制单元之间，第三线圈与电机控制单元电性连接；第二熔断器FU2包括第一接线端与第二接线端，第一接线端与正极接线端U+电性连接，第二接线端与第三开关电性连接；第四开关连接在第二接线端与电机控制单元之间,第四线圈与电机控制单元电性连接。

在本发明中，第一熔断器FU1与第二熔断器FU2的设置能够保护本发明的纯电动汽车动力控制装置的整个电路，当流经第一熔断器FU1的电流过大时，第一熔断器FU1会自动断开，从而切断电池组U输出的电能，当流经第一熔断器FU1的电流恢复正常时，第一熔断器FU1会自动导通；同理，当流经第二熔断器FU2的电流过大时，第二熔断器FU2会自动断开，从而切断电池组U输出的电能，当流经第二熔断器FU2的电流恢复正常时，第二熔断器FU2会自动导通。第一预充继电器KA2与第二预充继电器KA4的设置能够提供上电保护，防止纯电动汽车刚上电时因瞬时电流过大而烧毁电路或电路中的元器件。

此外，电机控制单元包括第一通讯接线端CAN H及第二通讯接线端CAN L，CAN通讯单元包括依次电性连接的静电防护电路D1、分压电路4、终端匹配电路5及隔离芯片U1，静电防护电路D1连接在第一通讯接线端CAN H与第二通讯接线端CAN L之间，分压电路4包括第一电阻R1和第二电阻R2，终端匹配电路5包括第三电阻R3、第四电阻R4及第一电容C1，第一电阻R1的第一端与第一通讯接线端CAN H电性连接，第一电阻R1的第二端与第三电阻R3的第一端电性连接，第二电阻R2的第一端与第二通讯接线端CAN L电性连接，第二电阻R2的第二端与第四电阻R4的第一端电性连接，第三电阻R3的第一端进一步与隔离芯片U1电性连接，第三电阻R3的第二端与地线之间连接有第一电容C1，第四电阻R4的第一端进一步与隔离芯片U1电性连接，第四电阻R4的第二端与第三电阻R3的第二端电性连接。

其中，隔离芯片U1包括第一电源输入端、第二电源输入端、第一接地端、第二接地端、第一信号传输端、第二信号传输端、第一隔离信号传输端及第二隔离信号传输端，其中，第一电源输入端连接第一电源，第一电源输入端与地线之间连接有第二电容C2，第二电源输入端连接第一电源，第二电源输入端与地线之间连接有第三电容C3，第一信号传输端与第三电阻R3的第一端电性连接，第二信号传输端与第四电阻R4的第一端电性连接，第一隔离信号传输端及第二隔离信号传输端分别与BMS管理单元1电性连接,第一接地端与第二接地端分别接地线。

在本发明中，电机控制单元包括电机控制器，电机控制器具有上述第一通讯接线端CAN H及第二通讯接线端CAN L，电机控制器进一步分别与钥匙启动单元、电子油门感测单元、ON档电源单元、档位开关单元、制动开关单元、电机单元3电性连接。其中，电机单元3包括温度传感器、电机及电机编码器，温度传感器、电机及电机编码器分别与电机控制器电性连接。

本发明还提供一种纯电动汽车动力控制装置的控制方法，包括以下步骤：

1)给电机控制单元上电，电机控制单元与BMS管理单元1通信，以检测电池组U是否连接充电机，若是，说明电机启动准备失败；若否，BMS管理单元1使第二预充继电器KA4断开，且使第一主正继电器KA3接通，电机启动准备完毕；

2)BMS管理单元1通过CAN通讯单元得知电机控制单元的工作状态，若电机控制单元工作不正常，BMS管理单元1使第一主负继电器KA1断开；若电机控制单元工作正常，BMS管理单元1使第一主负继电器KA1接通，且使第一预充继电器KA2断开；

3)电机控制单元接收电子油门感测单元发出的第一讯号，并根据第一讯号控制BMS管理单元1，以使BMS管理单元1控制电池组U的输出电压及输出电流；

4)BMS管理单元1实时监控电池组U的剩余电量，并根据剩余电量控制电池组U输出的电能，进而控制电机的功率，当电机的功率越大，纯电动汽车的速度越大；电机控制单元内预先存储有不同等级的故障信息，电机控制单元实时监控纯电动汽车是否发生故障，若纯电动汽车发生故障，电机控制单元采集对应的故障信息，并根据故障信息的等级控制纯电动汽车的速度。

在步骤4)中，如图4所示，在电机启动准备完毕后，电机控制单元接收电子油门感测单元输出的信号并计算出驱动转矩，对比电池组U的剩余电量的数值调整车速,根据BMS管理单元1的允许最大放电电流和允许持续放电电流与电机控制单元需求的电流对比取较小值处理。当剩余电量充足时，若剩余电量与额定电量的比值SOC大于X1％，则车辆正常行驶；当剩余电量不足时，若剩余电量与额定电量的比值SOC小于等于X1％且大于X2％，电机控制单元控制车速逐渐减小；当剩余电量小于X2％时，电机控制单元控制车速立即降至0，车辆滑行停车。

在步骤4)中，电机控制单元可预先将不同的故障信息的等级分类存储，例如，故障信息包括一级故障、二级故障和三级故障，故障的等级越高，说明故障越严重，例如一级故障为仅雾灯发生故障，二级故障为电机温度过高，三级故障为刹车失灵。当故障为一级故障时，可以直接忽略，车辆正常行驶；当故障为二级故障时，电机控制单元降低车速至预先设定的阈值车速；当故障为三级故障时，电机控制单元使电机停止工作。

此外，本发明的控制方法还包括驻坡辅助控制方法、换挡与油门控制方法。

在驻坡辅助控制方法中，D档(前进档)、R档(倒车档)、ECO档(EcologyConservation Optimization,节能模式)均有驻坡功能，当档位命令有效时，车辆后溜电机转速＞50rpm且油门转矩＜驻坡转矩，则进入驻坡状态；当退出D/R/ECO档进入N档(空挡)或者油门转矩＞驻坡转矩，解除驻坡状态；在驻坡过程中，D/R/ECO档换到N档，再换回原档位，继续进入驻坡；4)在驻坡过程中，由D/ECO档换到R档，再换回原档位，不进入驻坡；驻坡过程中，刹车信号进入，不退出驻坡。

在换挡与油门控制方法中，D档、R档、ECO档信号同时有效，电机控制单元无输出，CAN通讯单元报文同时发送档位异常；在N档，电机控制单元上高压电有效；在电机启动准备完毕后，踩刹车挂档，档位有效，CAN通讯单元报文发送相应的档位；在电机启动准备完毕后，不踩刹车挂档，档位无效，CAN通讯单元报文发送N档；在电机启动准备完毕后，油门信号有效时，同时刹车挂挡，电机控制器输出有效。

综上所述，本发明所述纯电动汽车动力控制装置的BMS管理单元1与PDU高压配电单元2能够提供上电保护，保护所述纯电动汽车动力控制装置的内部线路；所述BMS管理单元1能够根据电池组U的剩余电量来控制电池组U输出的电能，从而控制电机的功率，即控制纯电动汽车的速度；所述电机控制单元能够根据纯电动汽车的故障等级控制纯电动汽车停车或减速。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种纯电动汽车动力控制装置，与充电机配合使用,其特征在于，所述纯电动汽车动力控制装置包括:

电池组，用于提供电能；

BMS管理单元，用于控制电池组的充电过程和放电过程,所述BMS管理单元分别与所述电池组、所述充电机电性连接；

PDU高压配电单元，用于分配电能,所述PDU高压配电单元分别与所述电池组、所述BMS管理单元电性连接；

电机控制单元，用于控制电机工作，所述电机控制单元与所述PDU高压配电单元电性连接；

CAN通讯单元，用于传输通讯信号，所述CAN通讯单元连接在所述电机控制单元与所述BMS管理单元之间。

2.如权利要求1所述的纯电动汽车动力控制装置，其特征在于，所述纯电动汽车动力控制装置还与车载自动诊断装置配合使用，所述车载自动诊断装置分别与所述充电机、所述BMS管理单元及所述CAN通讯单元电性连接。

3.如权利要求1所述的纯电动汽车动力控制装置，其特征在于，所述电池组包括正极接线端和负极接线端，所述BMS管理单元包括BMS控制芯片、第一主负继电器、第一预充继电器、第一熔断器、第一预充电阻及第一分流器，所述第一主负继电器包括第一开关和第一线圈，所述第一预充继电器包括第二开关和第二线圈；其中，所述第一开关与所述第一熔断器串联以后连接在所述负极接线端与所述第一分流器之间，所述第一分流器进一步分别与所述PDU高压配电单元电性、所述高压配电单元电性连接，所述第一线圈连接在所述BMS控制芯片与所述地线之间；所述第二开关与所述第一预充电阻串联以后连接在所述负极接线端与所述第一分流器之间，所述第二线圈连接在所述BMS控制芯片与所述地线之间。

4.如权利要求3所述的纯电动汽车动力控制装置，其特征在于，所述PDU高压配电单元包括第二熔断器、第一主正继电器和第二预充继电器，其中，所述第一主正继电器包括第三开关和第三线圈，所述第二预充继电器包括第四开关和第四线圈，所述第三开关与所述第二熔断器串联以后连接在所述正极接线端与所述电机控制单元之间，所述第三线圈与所述电机控制单元电性连接；所述第二熔断器包括第一接线端与第二接线端，所述第一接线端与所述正极接线端电性连接，所述第二接线端与所述第三开关电性连接；所述第四开关连接在所述第二接线端与所述电机控制单元之间,所述第四线圈与所述电机控制单元电性连接。

5.如权利要求1所述的纯电动汽车动力控制装置，其特征在于，所述电机控制单元包括第一通讯接线端及第二通讯接线端，所述CAN通讯单元包括依次电性连接的静电防护电路、分压电路、终端匹配电路及隔离芯片，所述静电防护电路连接在所述第一通讯接线端与所述第二通讯接线端之间，所述分压电路包括第一电阻和第二电阻，所述终端匹配电路包括第三电阻、第四电阻及第一电容，所述第一电阻的第一端与所述第一通讯接线端电性连接，所述第一电阻的第二端与所述第三电阻的第一端电性连接，所述第二电阻的第一端与第二通讯接线端电性连接，所述第二电阻的第二端与所述第四电阻的第一端电性连接，所述第三电阻的第一端进一步与所述隔离芯片电性连接，所述第三电阻的第二端与地线之间连接有所述第一电容，所述第四电阻的第一端进一步与所述隔离芯片电性连接，所述第四电阻的第二端与所述第三电阻的第二端电性连接。

6.如权利要求5所述的纯电动汽车动力控制装置，其特征在于，所述隔离芯片包括第一电源输入端、第二电源输入端、第一接地端、第二接地端、第一信号传输端、第二信号传输端、第一隔离信号传输端及第二隔离信号传输端，其中，所述第一电源输入端连接第一电源，所述第一电源输入端与地线之间连接有第二电容，第二电源输入端连接所述第一电源，所述第二电源输入端与地线之间连接有第三电容，所述第一信号传输端与所述第三电阻的第一端电性连接，所述第二信号传输端与所述第四电阻的第一端电性连接，所述第一隔离信号传输端及所述第二隔离信号传输端分别与所述BMS管理单元电性连接,所述第一接地端与所述第二接地端分别接地线。

7.如权利要求5所述的纯电动汽车动力控制装置，其特征在于，所述电机控制单元包括电机控制器，所述电机控制器具有所述第一通讯接线端及所述第二通讯接线端，所述电机控制器进一步分别与钥匙启动单元、电子油门感测单元、ON档电源单元、档位开关单元、制动开关单元、电机单元电性连接。

8.如权利要求7所述的纯电动汽车动力控制装置，其特征在于，所述电机单元包括温度传感器、电机及电机编码器，所述温度传感器、所述电机及所述电机编码器分别与所述电机控制器电性连接。

9.一种如权利要求1至8任一所述纯电动汽车动力控制装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)给所述电机控制单元上电，所述电机控制单元与所述BMS管理单元通信，以检测所述电池组是否连接所述充电机，若是，说明电机启动准备失败；若否，所述BMS管理单元使第二预充继电器断开，且使第一主正继电器接通，电机启动准备完毕；

2)所述BMS管理单元通过所述CAN通讯单元得知所述电机控制单元的工作状态，若所述电机控制单元工作不正常，所述BMS管理单元使第一主负继电器断开；若所述电机控制单元工作正常，BMS管理单元使第一主负继电器接通，且使第一预充继电器断开；

3)所述电机控制单元接收电子油门感测单元发出的第一讯号，并根据所述第一讯号控制所述BMS管理单元，以使所述BMS管理单元控制所述电池组的输出电压及输出电流；

4)所述BMS管理单元实时监控所述电池组的剩余电量，并根据所述剩余电量控制所述电池组输出的电能，进而控制电机的功率，当电机的功率越大，纯电动汽车的速度越大；所述电机控制单元内预先存储有不同等级的故障信息，所述电机控制单元实时监控纯电动汽车是否发生故障，若纯电动汽车发生故障，所述电机控制单元采集对应的故障信息，并根据所述故障信息的等级控制纯电动汽车的速度。

10.如权利要求9所述的纯电动汽车动力控制装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括驻坡辅助控制方法、换挡与油门控制方法。