CN110303905B - 一种纯电动商用车用高压拓扑结构及上下电控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纯电动商用车用高压拓扑结构及上下电控制方法，所述纯电动商用车用高压拓扑结构包括动力电池系统、动力电机系统、油泵和气泵系统、DC/DC系统、空调系统、充电系统、高压配电装置和整车控制装置；所述动力电池系统用于为整车提供电能；所述动力电机系统用于实现整车的驱动行驶；所述油泵和气泵系统用于实现助力和制动功能；所述DC/DC系统用于实现低压供电功能；所述空调系统用于实现制冷和制热；所述充电系统用于实现车辆直流充电；所述高压配电装置用于实现高压回路的通断，短路保护以及高压系统能量的分配；所述整车控制装置用于获取整车和各系统状态，并执行高压系统上下电流程。

Description

一种纯电动商用车用高压拓扑结构及上下电控制方法
技术领域
本发明涉及电动车技术领域，尤其涉及一种纯电动商用车用高压拓扑方案及上下电控制方法。
背景技术
由于国家政策的引导以及电动车技术的日益成熟，目前新能源汽车的市场占有率逐步提升，其中纯电动商用车在公共交通、短途物流、城市环卫、厂矿作业等领域获得了越来越多的应用。纯电动商用车的高压系统包括动力电池系统、动力电机系统、油泵/气泵系统、DC/DC、空调系统、充电设备、高压配电装置等。与之相应的高压拓扑方案和上下电控制方法直接关系到整车的可操作性、可靠性及安全性，影响整车品质和驾乘人员安全。
已公开的专利，涉及电动车高压系统拓扑及上下电控制方法的主要有以下5项发明：
发明专利CN105172608B中公开了一种电动汽车高压系统上下电控制电路及控制方法，加入预充电路，根据电池状态控制上下电过程，避免上下电过程中电流突变引起的高压继电器触点粘连问题。
发明专利CN108016311A、CN108016312A、CN108016313A和CN108058596A各自公开了一种新能源汽车的高压系统及控制方法，分别将高压电设备分为三大类或两大类，用三个或两个继电器控制，相互独立，使各类用电设备的关联影响降到最低。
上述发明提出的高压系统拓扑方案没有从整车对高压系统功能需求的角度考虑，无法满足纯电动商用车的实际需求。上下电控制方法主要考虑避免高压继电器带载动作，对于上下电过程中其它可能出现的故障和问题基本没有涉及，可靠性和安全性考虑不足。
发明内容
本发明目的是提供了一种纯电动商用车用高压拓扑结构及上下电控制方法，能够安全可靠地实现高压系统能量分配及高压上下电控制，确保高压系统各项功能的合理可靠的实现，同时也避免了由于高压拓扑方案和上下电控制方法的不合理而引起的驾乘人员体验不佳，车辆故障频发，甚至严重的安全事故。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
一种纯电动商用车用高压拓扑结构，包括动力电池系统、动力电机系统、油泵和气泵系统、DC/DC系统、空调系统、充电系统、高压配电装置和整车控制装置；
所述动力电机系统、油泵和气泵系统、DC/DC系统、空调系统和充电系统分别通过高压线束和高压配电装置与动力电池系统连接；所述动力电池系统、动力电机系统、油泵和气泵系统和DC/DC系统均能与整车控制装置进行交互；所述动力电池系统用于为整车提供电能；所述动力电机系统用于实现整车的驱动行驶；所述油泵和气泵系统用于实现助力和制动功能；所述DC/DC系统用于实现低压供电功能；所述空调系统用于实现制冷和制热；所述充电系统用于实现车辆直流充电；所述高压配电装置用于实现高压回路的通断，短路保护以及高压系统能量的分配；所述整车控制装置用于获取整车和各系统状态，并执行高压系统上下电流程。
进一步，所述动力电池系统包括动力电池和电池控制装置；所述动力电池是高压系统的能量来源，用于为整车提供电能；所述电池控制装置用于监测并上报动力电池状态。
进一步，所述动力电机系统包括动力电机和电机控制器；所述动力电机用于为整车提供动力输出；所述电机控制器用于将动力电池的直流电按照整车需求转化为交流电提供给动力电机，同时监测并上报动力电机系统状态。
进一步，所述油泵和气泵系统包括油泵系统和气泵系统；所述油泵系统包括油泵控制器和油泵电机；所述气泵系统包括气泵控制器和气泵电机；所述油泵控制器和气泵控制器用于将动力电池的直流电转化为交流电提供给油泵和气泵电机，并同时监测并上报油泵和气泵系统状态；所述油泵电机用于提供油压；所述气泵电机用于压缩气体。
进一步，所述DC/DC系统包括DC/DC；所述DC/DC用于将动力电池高压电转化为24V低压电，同时监测并上报自身状态。
进一步，所述空调系统包括空调压缩机和电加热装置；所述空调压缩机用于通过压缩制冷剂实现制冷功能；所述电加热装置用于加热空气或液体，实现制热功能。
进一步，所述充电系统包括直流充电连接设备；所述直流充电连接设备用于连接非车载充电设备进行直流充电。
进一步，所述高压配电装置用于实现高压回路的通断，短路保护以及高压系统能量的分配，包括主正继电器、主负继电器、预充电阻、预充继电器、附件继电器、充电继电器和空调继电器。
进一步，所述整车控制装置用于与电池控制装置、电机控制器、油泵控制器、气泵控制器和DC/DC等进行交互，根据整车状态与各系统状态，判断整车上下电条件，并控制上下电流程。
一种纯电动商用车用高压拓扑结构，包括主回路、附件回路、DC/DC回路、充电回路和空调回路；所述主回路、附件回路、DC/DC回路、充电回路和空调回路并联。
进一步，所述主回路用于整车驱动行驶，包括动力电机系统、预充继电器、预充电阻、主正继电器、动力电池系统和主负继电器；所述动力电机系统通过主正继电器和主负继电器连接至电路中；所述主正继电器与预充继电器和预充电阻组成的预充回路并联。
进一步，所述附件回路用于为车辆行驶提供转向助力功能和制动功能，包括油泵系统、气泵系统、附件继电器、动力电池系统和主负继电器；所述油泵系统和气泵系统并联，并通过附件继电器和主负继电器连接至电路中。
进一步，所述DC/DC回路用于实现低压供电功能，包括DC/DC系统、主负继电器和动力电池系统；所述DC/DC系统通过主负继电器连接至电路中。
进一步，所述充电回路用于实现直流充电功能，包括充电系统、充电继电器、主负继电器和动力电池系统；所述充电系统通过充电继电器和主负继电器连接至电路中。
进一步，所述空调回路用于实现制冷/制热功能，包括空调压缩机、电加热系统、空调继电器、主负继电器和动力电池系统；所述空调压缩机和电加热装置并联，并通过空调继电器和主负继电器连接至电路中。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
一种纯电动商用车用高压拓扑结构及上下电控制方法，包括行驶模式高压上电流程、行驶模式高压下电流程、充电模式高压上电流程和充电模式高压下电流程。
进一步，所述行驶模式高压上电流程包括以下步骤：
S101、点火开关状态打到ON档(或START档)；
S102、判断车辆是否满足行驶模式高压上电条件；若满足，则执行S103，否则跳转至S119；
S103、控制主负继电器闭合；
S104、判断主负继电器是否闭合；若闭合，则执行S105，否则跳转至S119；
S105、整车控制装置使能DC/DC；
S106、判断DC/DC是否上报工作状态；如正常工作，则执行S107，否则跳转至S108；
S107、控制附件继电器闭合，之后跳转至S109；
S108、控制主负继电器断开，之后跳转至S119；
S109、判断附件继电器是否闭合；若闭合，则执行S110；否则跳转至S119；
S110、整车控制装置使能油泵控制器/气泵控制器；
S111、判断油泵控制器/气泵控制器是否上报工作状态；若正产工作，执行S112；否则执行S113；
S112、控制预充继电器闭合，之后跳转至S114；
S113、控制附件继电器断开，之后跳转至S119；
S114、判断是否满足预充完成条件；若满足，则执行S115；否则执行S116；
S115、控制主正继电器闭合，延迟一定时间后控制预充继电器断开，之后跳转至S117
S116、控制预充继电器断开，之后跳转至S119；
S117、判断主正继电器是否闭合；若闭合，则执行S118；否则跳转至S119；
S118、整车控制装置发送使能信号给电机控制器；
S119、行驶模式高压上电流程结束。
进一步，步骤S102中，车辆满足行驶模式高压上电条件为：(1)车辆处于静止状态；(2)各系统无影响高压上电的故障；(3)各继电器触点无粘连；(4)无严重绝缘故障；(5)充电枪未连接。
进一步，步骤S114中，预充完成条件为：规定时间内，电机控制器直流侧电压与电池电压的压差小于设定值。
进一步，所述行驶模式高压下电流程包括以下步骤：
S201、在车辆静止时，当满足行驶模式高压下电条件时，行驶模式高压下电功能激活；
S202、整车控制装装置禁止使能电机控制器；
S203、判断电机控制器是否上报停止工作状态，且主回路电流是否为0；若是，则执行S204；若不是，延迟一定时间后强制执行S204；
S204、控制主正继电器断开；
S205、判断下电原因；若因为点火开关处于OFF档或充电枪连接，则执行S206；若因为系统故障，则执行S207；
S206、整车控制装置禁止使能油泵控制器/气泵控制器，之后跳转至S208；
S207、判断发生故障的回路是否断开；若已经断开，则跳转至S216；否则执行S206；
S208、判断油泵控制器/气泵控制器是否上报停止工作状态，且附件回路电流是否为0；若是，则执行S209；若不是，则延迟一定时间后强制执行S209；
S209、控制附件继电器断开；
S210、判断下电原因；若因为点火开关处于OFF档，则执行S211；若因为充电枪连接，则执行S212；若因为系统故障，则执行S213；
S211、整车控制装置禁止使能DC/DC，之后执行S214；
S212、判断是否满足充电模式上电条件；若满足，则跳转至S216，之后执行充电模式上电流程；若不满足，则执行S211；
S213、判断发生故障回路是否断开；若已经断开，则跳转至S216；否则执行S211；
S214、判断DC/DC是否上报停止工作状态，且DC/DC回路电流是否为0；若是，则执行S215；若不是，则延迟一定时间后强制执行S215；
S215、控制主负继电器断开；
S216、行驶模式高压下电流程结束。
进一步，步骤S201中，当满足以下任一激活条件时，行驶模式高压下电流程开始：(1)点火开关处于OFF档；(2)系统出现严重故障；(3)充电枪连接。
进一步，所述充电模式高压上电流程包括以下步骤：
S301、连接充电枪；
S302、判断车辆是否满足充电模式高压上电条件；若满足，则执行S303；否则跳转至S310；
S303、控制主负继电器闭合；
S304、判断主负继电器是否闭合；若闭合，则执行S305；否则跳转至S310；
S305、整车控制装置使能DC/DC；
S306、判断DC/CD是否上报工作状态；若正常工作，则执行S307；否则执行S308；
S307、控制充电继电器闭合，之后执行S309；
S308、控制主负继电器断开，之后跳转至S310；
S309、地面充电设备开始输出，电池控制装置发送电池处于正常充电状态的信号给整车控制装置；
S310、充电模式高压上电流程结束。
进一步，步骤S302中，充电模式高压上电的条件为：(1)整车处于静止驻车状态；(2)各系统无影响高压上电的故障；(3)继电器触点无粘连；(4)无严重绝缘故障；(5)充电枪连接正常；(6)充电口温度正常；(7)整车控制装置接收到电池控制装置发送的充电请求指令。
进一步，所述充电模式高压下电流程包括以下步骤：
S401、在车辆静止时，当满足充电模式高压下电流程条件时，充电模式高压下电功能激活；
S402、整车控制装置发送给电池控制装置禁止充电指令。
S403、电池控制装置控制地面充电设备停止输出；
S404、检测充电电流为是否为0；若是，则执行S405；若不是，则延迟一定时间后强制执行S405；
S405、控制充电继电器断开；
S406、整车控制装置禁止使能DC/DC；
S407、判断DC/DC是否上报停止工作状态，且DC/DC回路电流为0；若是，则执行S408；若不是，则延迟一定时间后强制执行S408；
S408、控制主负继电器断开；
S409、充电模式高压下电流程结束。
进一步，步骤S401中，当满足以下任一激活条件时，充电模式高压下电流程开始：(1)系统出现严重故障；(2)整车出现严重绝缘故障；(3)充电枪连接异常；(4)充电口温度过高；(5)电池控制装置发送充电完成信号或停止充电请求。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明按照高压系统功能模块划分高压回路，每个回路实现一定的高压系统功能。根据各回路对应功能的逻辑优先级次序进行高压上下电控制，可以保证逻辑优先级低的功能对应的回路故障，不影响逻辑优先级高的功能实现。
2、本发明中某一高压回路只有在其对应的功能被需求时才进行高压上电，避免了高压部件在非必要情况下上电，提升了总成使用的可靠性。
3、本发明在上下电控制过程中，每执行一个步骤都要进行相关状态的检测与判断，从而使整个上下电过程合理、安全、可靠。
4、本发明的应用范围较广，不仅可以应用于轻、中、重型卡车，不同规格客车，各种专用车等纯电动商用车，也可以根据需要进行更改，应用于混动商用车。
附图说明
图1为本发明的纯电动商用车用高压拓扑结构的示意图；
图2为本发明的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法的行驶模式高压上电流程图；
图3为本发明的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法的行驶模式高压下电流程图；
图4为本发明的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法的充电模式高压上电流程图；
图5为本发明的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法的充电模式高压下电流程图；
图中标记示意为：1-主负继电器；2-预充继电器；3-主正继电器；4-附件继电器；5-充电继电器；6-空调继电器；7-预充电阻。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
如图1所示，一种纯电动商用车用高压拓扑结构，包括动力电池系统、动力电机系统、油泵和气泵系统、DC/DC系统、空调系统、充电系统、高压配电装置和整车控制装置；
所述动力电机系统、油泵和气泵系统、DC/DC系统、空调系统和充电系统分别通过高压线束和高压配电装置与动力电池系统连接；所述动力电池系统、动力电机系统、油泵和气泵系统和DC/DC系统均能与整车控制装置进行交互；所述动力电池系统用于为整车提供电能；所述动力电机系统用于实现整车的驱动行驶；所述油泵和气泵系统用于实现助力和制动功能；所述DC/DC系统用于实现低压供电功能；所述空调系统用于实现制冷和制热；所述充电系统用于实现车辆直流充电；所述高压配电装置用于实现高压回路的通断，短路保护以及高压系统能量的分配；所述整车控制装置用于获取整车和各系统状态，并执行高压系统上下电流程。
在本发明中，所述动力电池系统包括动力电池和电池控制装置(BMS)。具体地，所述动力电池是高压系统的能量来源，用于为整车提供电能，一般来讲商用车动力电池数量不止1个；所述电池控制装置用于监测并上报动力电池状态。
所述动力电机系统包括动力电机和电机控制器(MCU)。具体地，所述动力电机用于为整车提供动力输出，从而牵引整车行驶；所述电机控制器用于将动力电池直流电按照整车需求转化为交流电提供给动力电机，同时监测并上报动力电机系统状态。
所述油泵和气泵系统包括油泵系统和气泵系统；所述油泵系统包括油泵控制器(OPCU)和油泵电机；所述气泵系统包括气泵控制器(APCU)和气泵电机；所述油泵控制器和气泵控制器用于将动力电池的直流电转化为交流电提供给油泵和气泵电机，并同时监测并上报油泵和气泵系统状态；所述油泵电机用于提供油压，实现转向助力功能；所述气泵电机用于压缩气体，实现制动等功能。
所述DC/DC系统包括DC/DC；所述DC/DC用于将动力电池高压电转化为24V低压电，同时监测并上报自身状态。
所述空调系统包括空调压缩机和电加热装置；所述空调压缩机用于通过压缩制冷剂实现制冷功能；所述电加热装置用于加热空气或液体，实现制热功能。
所述充电系统包括直流充电连接设备；所述直流充电连接设备用于连接非车载充电设备进行直流充电。对于纯电动商用车来说，一般只具备直流充电功能，对于个别车型可能还具备交流充电功能，本发明中的充电系统仅能用于直流充电。
所述高压配电装置用于实现高压回路的通断，短路保护以及高压系统能量的分配，包括主正继电器3、主负继电器1、预充电阻7、预充继电器2、附件继电器4、充电继电器5和空调继电器6；所述高压配电装置可为单独总成，也可集成在一个或多个总成内部，是整车高压拓扑结构最重要的实现部件，其中高压继电器是整车上下电流程最主要的执行部件。
所述整车控制装置(VCU)是高压系统上下电功能的主要决策者和重要参与者，与电池控制装置、电机控制器、油泵控制器、气泵控制器和DC/DC等进行交互，根据整车状态与各系统状态，判断整车上下电条件，主导完成整车上下电流程。
本发明中的高压拓扑结构主要由各系统、动力电池系统、整车控制装置、高压配电装置及高压线束等连接实现，完成高压电能的分配和传输。在本发明中按照各系统的功能对高压拓扑结构进行划分，可以将其分为并联的5个回路，分别为主回路、附件回路、DC/DC回路、充电回路和空调回路；
具体地，所述主回路用于整车驱动行驶，包括动力电机系统、预充继电器2、预充电阻7、主正继电器3、动力电池系统和主负继电器1；所述动力电机系统通过主正继电器3和主负继电器1连接至电路中；所述主正继电器3与预充继电器2和预充电阻7组成的预充回路并联。另一方面，在主回路上可预留接口，以满足特种作业车辆上安装电机系统或者增程式车辆发电机系统的安装需求。
所述附件回路用于为车辆行驶提供转向助力功能和制动功能，包括油泵系统、气泵系统、附件继电器4、动力电池系统和主负继电器1；所述油泵系统和气泵系统并联，并通过附件继电器4和主负继电器1连接至电路中。
所述DC/DC回路用于实现低压供电功能，包括DC/DC系统、主负继电器1和动力电池系统；所述DC/DC系统通过主负继电器1连接至电路中。
所述充电回路用于实现直流充电功能，包括充电系统、充电继电器5、主负继电器1和动力电池系统；所述充电系统通过充电继电器5和主负继电器1连接至电路中。当车辆存在多个直流充电口的情况下，需每个直流充电口单独设置回路，因此充电回路可能存在多个，其数量取决于直流充电口数量。
所述空调回路用于实现制冷/制热功能，包括空调压缩机、电加热系统、空调继电器6、主负继电器1和动力电池系统；所述空调压缩机和电加热装置并联，并通过空调继电器6和主负继电器1连接至电路中。
在本实施例中，每个回路的继电器数量和是否需要预充电路需要根据实际情况确定，图1仅表示一种典型的可能形式。另一方面，主回路、附件回路、DC/DC回路、充电回路和空调回路共用主负继电器和动力电池系统。
实施例2
本实施例提供了一种纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，能够安全可靠地实现高压系统能量分配及高压上下电控制，确保高压系统各项功能的合理可靠实现。避免由于高压拓扑方案和上下电控制方法的不合理而引起的驾乘人员体验不佳，车辆故障频发，甚至严重的安全事故。
纯电动商用车具有两种基本工况模式：行驶模式和充电模式。行驶模式中需求的高压系统功能包括低压供电功能、转向助力和制动功能以及驱动行驶功能；充电模式需求的高压系统功能为低压供电功能和直流充电功能。在实际应用过程中，上述各高压系统功能之间具有一定的逻辑次序关系。具体地，DC/DC回路对应的低压供电功能为包括各控制器在内的低压负载供电，是整车各项功能实现的前提，因此两种模式下DC/DC回路都需要先上电；附件回路对应的转向助力和制动功能是整车安全行驶的必要前提，因此需要在整车行驶功能具备前实现，即附件回路要优先于主回路上电；低压供电、转向助力和制动功能具备后，主回路上电，整车才可以行驶；充电回路只在充电模式下才上电。综上所述，行驶模式对应的回路上电顺序为：DC/DC回路、附件回路、主回路；充电模式对应的回路上电顺序为：DC/DC回路、充电回路。两种模式的下电顺序与上电顺序相反，而空调回路则根据实际的制冷/制热需求进行上电。
本发明的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，包括行驶模式高压上电流程、行驶模式高压下电流程、充电模式高压上电流程和充电模式高压下电流程。
在本发明提供的控制方法中，整车控制装置、电池控制装置、电机控制器、油泵控制器、气泵控制器和DC/DC等控制器检测和上报的内容除了自身所在的系统状态外，还包括点火开关信号、车速信号、高压系统绝缘状态、继电器触点状态和充电枪连接状态等。其中整车控制装置作为决策者，其能根据上述检测和上报的状态信息进行判断，通过直接或者间接驱动继电器、控制各控制器使能状态来执行上下电流程；电池控制装置作为直流充电的主要参与者，在充电模式下，上报充电状态，并且与整车控制器交互充电请求及允许充电的指令。
如图2所示为行驶模式高压上电流程示意图。行驶模式高压上电过程应按照先DC/DC回路，再附件回路，最后主回路的顺序。在此过程中，每个回路的继电器闭合后，整车控制装置使能该回路的控制器，从而实现该回路对应的功能，然后进行下一回路上电。在执行过程中，需要实时判断继电器触点状态和控制器工作状态；如果某一回路继电器或控制器状态出现问题，则终止上电流程，断开该回路继电器，但已上电回路不受影响。由于各回路的上电顺序代表了该回路对应功能的逻辑优先级，因此可以保证逻辑优先级低的功能对应的回路即使出现问题，不影响优先级高的功能实现。例如如果附件回路出现问题，DC/DC回路仍可以上电工作，给低压蓄电池充电。
具体地，所述行驶模式高压上电流程包括以下步骤：
S101、点火开关状态打到ON档(或START档)；
S102、判断车辆是否满足行驶模式高压上电条件；若满足，则执行S103，否则跳转至S119；
在本实施例中，车辆满足行驶模式高压上电条件为：(1)车辆处于静止状态；(2)系统(动力电池系统、动力电机系统、油泵和气泵系统、DC/DC系统、空调系统和充电系统)无影响高压上电的故障；(3)继电器(主正继电器3、主负继电器1、预充继电器2、附件继电器4、充电继电器5和空调继电器6)触点无粘连；(4)无严重绝缘故障；(5)充电枪未连接。其中，(1)是为了防止因电机反向电动势产生的电流冲击；(2)是为了防止上电后功能异常或者存在安全隐患；(3)是为了防止因继电器粘连导致车辆无法下电而引起的安全问题；(4)是为了防止因绝缘电阻过低导致触点事故；(5)是为了防止充电时，车辆启动拖拉地面充电设备的情况发生。
S103、控制主负继电器1闭合；
S104、判断主负继电器1是否闭合；若闭合，则执行S105，否则跳转至S119；
S105、整车控制装置使能DC/DC；
S106、判断DC/DC是否上报工作状态；如正常工作，则执行S107，否则跳转至S108；
S107、控制附件继电器4闭合，之后跳转至S109；
S108、控制主负继电器1断开，之后跳转至S119；
S109、判断附件继电器4是否闭合；若闭合，则执行S110；否则跳转至S119；
S110、整车控制装置使能油泵控制器/气泵控制器；
S111、判断油泵控制器/气泵控制器是否上报工作状态；若正产工作，执行S112；否则执行S113；
S112、控制预充继电器2闭合，之后跳转至S114；
S113、控制附件继电器4断开，之后跳转至S119；
S114、判断是否满足预充完成条件；若满足，则执行S115；否则执行S116；
本发明中，预充完成条件为：规定时间内，电机控制器直流侧电压与电池电压的压差小于设定值。
S115、控制主正继电器3闭合，延迟一定时间后控制预充继电器2断开，之后跳转至S117
S116、控制预充继电器2断开，之后跳转至S119；
S117、判断主正继电器3是否闭合；若闭合，则执行S118；否则跳转至S119；
S118、整车控制装置发送使能信号给电机控制器；
S119、行驶模式高压上电流程结束。
如图3所示为行驶模式高压下电流程示意图。为了保证驾乘人员的安全，车辆需在静止时才能进行高压下电。当满足以下任一激活条件时，行驶模式高压下电流程开始：(1)点火开关处于OFF档；(2)系统(动力电池系统、动力电机系统、油泵和气泵系统、DC/DC系统、空调系统和充电系统)出现严重故障；(3)充电枪连接。本发明中行驶模式下电流程按照先主回路，再附件回路，最后DC/DC回路的顺序进行。为了尽可能的保证整车需求的功能实现，针对不同的下电原因，下电流程进行的程度不同：因点火开关处于OFF档而下电时，执行完整的下电流程；因系统出现严重故障而下电时，下电流程进行到断开故障所在系统的回路为止(如因动力电池系统故障，则全部下电)；因充电枪连接而下电时，判断是否满足充电模式上电条件，如满足则下电流程进行到断开附件回路为止，保留DC/DC回路，如不满足充电模式上电条件，则执行完整流程。在此流程中，每个回路下电时，先停止回路的控制器使能，检测到控制器已经停止工作且电流接近0后，再断开继电器，从而防止继电器带载动作引起触点粘连故障。另一方面，考虑到安全性，在下电过程中，即使控制器工作状态出现问题或者电流不降为0，也需要延迟一定时间后继续执行下电流程。
具体地，所述行驶模式高压下电流程包括以下步骤：
S201、在车辆静止时，当满足行驶模式高压下电条件时，行驶模式高压下电功能激活；
S202、整车控制装装置禁止使能电机控制器；
S203、判断电机控制器是否上报停止工作状态，且主回路电流是否为0；若是，则执行S204；若不是，延迟一定时间后强制执行S204；
S204、控制主正继电器3断开；
S205、判断下电原因；若因为点火开关处于OFF档或充电枪连接，则执行S206；若因为系统故障，则执行S207；
S206、整车控制装置禁止使能油泵控制器/气泵控制器，之后跳转至S208；
S207、判断发生故障的回路是否断开；若已经断开，则跳转至S216；否则执行S206；
S208、判断油泵控制器/气泵控制器是否上报停止工作状态，且附件回路电流是否为0；若是，则执行S209；若不是，则延迟一定时间后强制执行S209；
S209、控制附件继电器4断开；
S210、判断下电原因；若因为点火开关处于OFF档，则执行S211；若因为充电枪连接，则执行S212；若因为系统故障，则执行S213；
S211、整车控制装置禁止使能DC/DC，之后执行S214；
S212、判断是否满足充电模式上电条件；若满足，则跳转至S216，之后执行充电模式上电流程；若不满足，则执行S211；
S213、判断发生故障回路是否断开；若已经断开，则跳转至S216；否则执行S211；
S214、判断DC/DC是否上报停止工作状态，且DC/DC回路电流是否为0；若是，则执行S215；若不是，则延迟一定时间后强制执行S215；
S215、控制主负继电器1断开；
S216、行驶模式高压下电流程结束。
如图4所示为充电模式高压上电流程的示意图。在本发明中，充电高压上电流程为：DC/DC回路先上电工作，然后充电继电器5闭合，充电回路上电。具体地，充电模式高压上电流程包括以下步骤：
S301、连接充电枪；
S302、判断车辆是否满足充电模式高压上电条件；若满足，则执行S303；否则跳转至S310；
在本发明中，车辆满足充电模式高压上电的条件为：(1)整车处于静止驻车状态；(2)系统(动力电池系统、动力电机系统、油泵和气泵系统、DC/DC系统、空调系统和充电系统)无影响高压上电的故障；(3)继电器(主正继电器3、主负继电器1、预充继电器2、附件继电器4、充电继电器5和空调继电器6)触点无粘连；(4)无严重绝缘故障；(5)充电枪连接正常；(6)充电口温度正常；(7)整车控制装置接收到电池控制装置发送的充电请求指令。当车辆满足所有判定条件时，充电模式高压上电流程开始。
S303、控制主负继电器1闭合；
S304、判断主负继电器1是否闭合；若闭合，则执行S305；否则跳转至S310；
S305、整车控制装置使能DC/DC；
S306、判断DC/CD是否上报工作状态；若正常工作，则执行S307；否则执行S308；
S307、控制充电继电器5闭合，之后执行S309；
S308、控制主负继电器1断开，之后跳转至S310；
S309、地面充电设备开始输出，电池控制装置发送电池处于正常充电状态的信号给整车控制装置；
S310、充电模式高压上电流程结束。
如图5所示为充电模式高压下电流程的示意图。本发明中，充电模式高压下电的流程为：整车控制装置发送给电池控制装置禁止充电指令，电池控制装置控制地面充电设备停止输出，判断充电电流接近0后断开充电继电器5，然后DC/DC回路下电。具体地，充电模式高压下电流程包括以下步骤：
S401、在车辆静止时，当满足充电模式高压下电流程条件时，充电模式高压下电功能激活；
在本发明中，当满足以下任一激活条件时，充电模式高压下电流程开始；(1)系统(动力电池系统、动力电机系统、油泵和气泵系统、DC/DC系统、空调系统和充电系统)出现严重故障；(2)整车出现严重绝缘故障；(3)充电枪连接异常；(4)充电口温度过高；(5)电池控制装置发送充电完成信号或停止充电请求。
S402、整车控制装置发送给电池控制装置禁止充电指令。
S403、电池控制装置控制地面充电设备停止输出；
S404、检测充电电流为是否为0；若是，则执行S405；若不是，则延迟一定时间后强制执行S405；
S405、控制充电继电器5断开；
S406、整车控制装置禁止使能DC/DC；
S407、判断DC/DC是否上报停止工作状态，且DC/DC回路电流为0；若是，则执行S408；若不是，则延迟一定时间后强制执行S408；
S408、控制主负继电器1断开；
S409、充电模式高压下电流程结束。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (31)

1.一种纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，包括纯电动商用车用高压拓扑结构，所述纯电动商用车用高压拓扑结构包括动力电池系统、动力电机系统、油泵和气泵系统、DC/DC系统、空调系统、充电系统、高压配电装置和整车控制装置；
所述动力电机系统、油泵和气泵系统、DC/DC系统、空调系统和充电系统分别通过高压线束和高压配电装置与动力电池系统连接；
所述动力电池系统、动力电机系统、油泵和气泵系统和DC/DC系统均能与整车控制装置进行交互；
所述动力电池系统用于为整车提供电能；
所述动力电机系统用于实现整车的驱动行驶；
所述油泵和气泵系统用于实现助力和制动功能；
所述DC/DC系统用于实现低压供电功能；
所述空调系统用于实现制冷和制热；
所述充电系统用于实现车辆直流充电；
所述高压配电装置用于实现高压回路的通断，短路保护以及高压系统能量的分配；
所述整车控制装置用于获取整车和各系统状态，并执行高压系统上下电流程；
所述纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法：包括行驶模式高压上电流程、行驶模式高压下电流程、充电模式高压上电流程和充电模式高压下电流程；
其中，所述行驶模式高压下电流程包括以下步骤：
S201、在车辆静止时，当满足行驶模式高压下电条件时，行驶模式高压下电功能激活；
S202、整车控制装装置禁止使能电机控制器；
S203、判断电机控制器是否上报停止工作状态，且主回路电流是否为0；若是，则执行S204；若不是，延迟一定时间后强制执行S204；
S204、控制主正继电器断开；
S205、判断下电原因；若因为点火开关处于OFF档或充电枪连接，则执行S206；若因为系统故障，则执行S207；
S206、整车控制装置禁止使能油泵控制器/气泵控制器，之后跳转至S208；
S207、判断发生故障的回路是否断开；若已经断开，则跳转至S216；否则执行S206；
S208、判断油泵控制器/气泵控制器是否上报停止工作状态，且附件回路电流是否为0；若是，则执行S209；若不是，则延迟一定时间后强制执行S209；
S209、控制附件继电器断开；
S210、判断下电原因；若因为点火开关处于OFF档，则执行S211；若因为充电枪连接，则执行S212；若因为系统故障，则执行S213；
S211、整车控制装置禁止使能DC/DC，之后执行S214；
S212、判断是否满足充电模式上电条件；若满足，则跳转至S216，之后执行充电模式上电流程；若不满足，则执行S211；
S213、判断发生故障回路是否断开；若已经断开，则跳转至S216；否则执行S211；
S214、判断DC/DC是否上报停止工作状态，且DC/DC回路电流是否为0；若是，则执行S215；若不是，则延迟一定时间后强制执行S215；
S215、控制主负继电器断开；
S216、行驶模式高压下电流程结束。
2.根据权利要求1所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，所述行驶模式高压上电流程包括以下步骤：
S101、点火开关状态打到ON档或START档；
S102、判断车辆是否满足行驶模式高压上电条件；若满足，则执行S103，否则跳转至S119；
S103、控制主负继电器闭合；
S104、判断主负继电器是否闭合；若闭合，则执行S105，否则跳转至S119；
S105、整车控制装置使能DC/DC；
S106、判断DC/DC是否上报工作状态；如正常工作，则执行S107，否则跳转至S108；
S107、控制附件继电器闭合，之后跳转至S109；
S108、控制主负继电器断开，之后跳转至S119；
S109、判断附件继电器是否闭合；若闭合，则执行S110；否则跳转至S119；
S110、整车控制装置使能油泵控制器/气泵控制器；
S111、判断油泵控制器/气泵控制器是否上报工作状态；若正常工作，执行S112；否则执行S113；
S112、控制预充继电器闭合，之后跳转至S114；
S113、控制附件继电器断开，之后跳转至S119；
S114、判断是否满足预充完成条件；若满足，则执行S115；否则执行S116；
S115、控制主正继电器闭合，延迟一定时间后控制预充继电器断开，之后跳转至S117；
S116、控制预充继电器断开，之后跳转至S119；
S117、判断主正继电器是否闭合；若闭合，则执行S118；否则跳转至S119；
S118、整车控制装置发送使能信号给电机控制器；
S119、行驶模式高压上电流程结束。
3.根据权利要求2所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，步骤S102中，车辆满足行驶模式高压上电条件为：（1）车辆处于静止状态；（2）系统无影响高压上电的故障；（3）继电器触点无粘连；（4）无严重绝缘故障；（5）充电枪未连接。
4.根据权利要求2所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，步骤S114中，所述预充完成条件为：规定时间内，电机控制器直流侧电压与电池电压的压差小于设定值。
5.根据权利要求1所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，步骤S201中，当满足以下任一激活条件时，行驶模式高压下电流程开始：（1）点火开关处于OFF档；（2）系统出现严重故障；（3）充电枪连接。
6.根据权利要求1所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，所述充电模式高压上电流程包括以下步骤：
S301、连接充电枪；
S302、判断车辆是否满足充电模式高压上电条件；若满足，则执行S303；否则跳转至S310；
S303、控制主负继电器闭合；
S304、判断主负继电器是否闭合；若闭合，则执行S305；否则跳转至S310；
S305、整车控制装置使能DC/DC；
S306、判断DC/CD是否上报工作状态；若正常工作，则执行S307；否则执行S308；
S307、控制充电继电器闭合，之后执行S309；
S308、控制主负继电器断开，之后跳转至S310；
S309、地面充电设备开始输出，电池控制装置发送电池处于正常充电状态的信号给整车控制装置；
S310、充电模式高压上电流程结束。
7.根据权利要求6所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，步骤S302中，充电模式高压上电的条件为：（1）整车处于静止驻车状态；（2）系统无影响高压上电的故障；（3）继电器触点无粘连；（4）无严重绝缘故障；（5）充电枪连接正常；（6）充电口温度正常；（7）整车控制装置接收到电池控制装置发送的充电请求指令。
8.根据权利要求1所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，所述充电模式高压下电流程包括以下步骤：
S401、在车辆静止时，当满足充电模式高压下电流程条件时，充电模式高压下电功能激活；
S402、整车控制装置发送给电池控制装置禁止充电指令；
S403、电池控制装置控制地面充电设备停止输出；
S404、检测充电电流为是否为0；若是，则执行S405；若不是，则延迟一定时间后强制执行S405；
S405、控制充电继电器断开；
S406、整车控制装置禁止使能DC/DC；
S407、判断DC/DC是否上报停止工作状态，且DC/DC回路电流为0；若是，则执行S408；若不是，则延迟一定时间后强制执行S408；
S408、控制主负继电器断开；
S409、充电模式高压下电流程结束。
9.根据权利要求8所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，步骤S401中，当满足以下任一激活条件时，充电模式高压下电流程开始：（1）系统出现严重故障；（2）整车出现严重绝缘故障；（3）充电枪连接异常；（4）充电口温度过高；（5）电池控制装置发送充电完成信号或停止充电请求。
10.根据权利要求1所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，所述动力电池系统包括动力电池和电池控制装置；
所述动力电池是高压系统的能量来源，用于为整车提供电能；所述电池控制装置用于监测并上报动力电池状态。
11.根据权利要求1所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，所述动力电机系统包括动力电机和电机控制器；
所述动力电机用于为整车提供动力输出；所述电机控制器用于将动力电池的直流电按照整车需求转化为交流电提供给动力电机，同时监测并上报动力电机系统状态。
12.根据权利要求1所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，所述油泵和气泵系统包括油泵系统和气泵系统；
所述油泵系统包括油泵控制器和油泵电机；所述气泵系统包括气泵控制器和气泵电机；所述油泵控制器和气泵控制器用于将动力电池的直流电转化为交流电提供给油泵和气泵电机，并同时监测并上报油泵和气泵系统状态；所述油泵电机用于提供油压；所述气泵电机用于压缩气体。
13.根据权利要求1所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，所述DC/DC系统包括DC/DC；
所述DC/DC用于将动力电池高压电转化为24V低压电，同时监测并上报自身状态。
14.根据权利要求1所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，所述空调系统包括空调压缩机和电加热装置；
所述空调压缩机用于通过压缩制冷剂实现制冷功能；所述电加热装置用于加热空气或液体，实现制热功能。
15.根据权利要求1所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，所述充电系统包括直流充电连接设备；
所述直流充电连接设备用于连接非车载充电设备进行直流充电。
16.根据权利要求1所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，所述高压配电装置用于实现高压回路的通断，短路保护以及高压系统能量的分配，包括主正继电器、主负继电器、预充电阻、预充继电器、附件继电器、充电继电器和空调继电器。
17.根据权利要求1所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，所述整车控制装置用于与电池控制装置、电机控制器、油泵控制器、气泵控制器和DC/DC等进行交互，根据整车状态与各系统状态，判断整车上下电条件，并控制上下电流程。
18.一种纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，包括纯电动商用车用高压拓扑结构，所述纯电动商用车用高压拓扑结构包括主回路、附件回路、DC/DC回路、充电回路和空调回路；所述主回路、附件回路、DC/DC回路、充电回路和空调回路并联；
所述纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法包括行驶模式高压上电流程、行驶模式高压下电流程、充电模式高压上电流程和充电模式高压下电流程；
其中，所述行驶模式高压下电流程包括以下步骤：
S201、在车辆静止时，当满足行驶模式高压下电条件时，行驶模式高压下电功能激活；
S202、整车控制装装置禁止使能电机控制器；
S203、判断电机控制器是否上报停止工作状态，且主回路电流是否为0；若是，则执行S204；若不是，延迟一定时间后强制执行S204；
S204、控制主正继电器断开；
S205、判断下电原因；若因为点火开关处于OFF档或充电枪连接，则执行S206；若因为系统故障，则执行S207；
S206、整车控制装置禁止使能油泵控制器/气泵控制器，之后跳转至S208；
S207、判断发生故障的回路是否断开；若已经断开，则跳转至S216；否则执行S206；
S208、判断油泵控制器/气泵控制器是否上报停止工作状态，且附件回路电流是否为0；若是，则执行S209；若不是，则延迟一定时间后强制执行S209；
S209、控制附件继电器断开；
S210、判断下电原因；若因为点火开关处于OFF档，则执行S211；若因为充电枪连接，则执行S212；若因为系统故障，则执行S213；
S211、整车控制装置禁止使能DC/DC，之后执行S214；
S212、判断是否满足充电模式上电条件；若满足，则跳转至S216，之后执行充电模式上电流程；若不满足，则执行S211；
S213、判断发生故障回路是否断开；若已经断开，则跳转至S216；否则执行S211；
S214、判断DC/DC是否上报停止工作状态，且DC/DC回路电流是否为0；若是，则执行S215；若不是，则延迟一定时间后强制执行S215；
S215、控制主负继电器断开；
S216、行驶模式高压下电流程结束。
19.根据权利要求18所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，所述行驶模式高压上电流程包括以下步骤：
S101、点火开关状态打到ON档或START档；
S102、判断车辆是否满足行驶模式高压上电条件；若满足，则执行S103，否则跳转至S119；
S103、控制主负继电器闭合；
S104、判断主负继电器是否闭合；若闭合，则执行S105，否则跳转至S119；
S105、整车控制装置使能DC/DC；
S106、判断DC/DC是否上报工作状态；如正常工作，则执行S107，否则跳转至S108；
S107、控制附件继电器闭合，之后跳转至S109；
S108、控制主负继电器断开，之后跳转至S119；
S109、判断附件继电器是否闭合；若闭合，则执行S110；否则跳转至S119；
S110、整车控制装置使能油泵控制器/气泵控制器；
S111、判断油泵控制器/气泵控制器是否上报工作状态；若正常工作，执行S112；否则执行S113；
S112、控制预充继电器闭合，之后跳转至S114；
S113、控制附件继电器断开，之后跳转至S119；
S114、判断是否满足预充完成条件；若满足，则执行S115；否则执行S116；
S115、控制主正继电器闭合，延迟一定时间后控制预充继电器断开，之后跳转至S117；
S116、控制预充继电器断开，之后跳转至S119；
S117、判断主正继电器是否闭合；若闭合，则执行S118；否则跳转至S119；
S118、整车控制装置发送使能信号给电机控制器；
S119、行驶模式高压上电流程结束。
20.根据权利要求19所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，步骤S102中，车辆满足行驶模式高压上电条件为：（1）车辆处于静止状态；（2）系统无影响高压上电的故障；（3）继电器触点无粘连；（4）无严重绝缘故障；（5）充电枪未连接。
21.根据权利要求19所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，步骤S114中，所述预充完成条件为：规定时间内，电机控制器直流侧电压与电池电压的压差小于设定值。
22.根据权利要求18所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，步骤S201中，当满足以下任一激活条件时，行驶模式高压下电流程开始：（1）点火开关处于OFF档；（2）系统出现严重故障；（3）充电枪连接。
23.根据权利要求18所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，所述充电模式高压上电流程包括以下步骤：
S301、连接充电枪；
S302、判断车辆是否满足充电模式高压上电条件；若满足，则执行S303；否则跳转至S310；
S303、控制主负继电器闭合；
S304、判断主负继电器是否闭合；若闭合，则执行S305；否则跳转至S310；
S305、整车控制装置使能DC/DC；
S306、判断DC/CD是否上报工作状态；若正常工作，则执行S307；否则执行S308；
S307、控制充电继电器闭合，之后执行S309；
S308、控制主负继电器断开，之后跳转至S310；
S309、地面充电设备开始输出，电池控制装置发送电池处于正常充电状态的信号给整车控制装置；
S310、充电模式高压上电流程结束。
24.根据权利要求23所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，步骤S302中，充电模式高压上电的条件为：（1）整车处于静止驻车状态；（2）系统无影响高压上电的故障；（3）继电器触点无粘连；（4）无严重绝缘故障；（5）充电枪连接正常；（6）充电口温度正常；（7）整车控制装置接收到电池控制装置发送的充电请求指令。
25.根据权利要求18所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，所述充电模式高压下电流程包括以下步骤：
S401、在车辆静止时，当满足充电模式高压下电流程条件时，充电模式高压下电功能激活；
S402、整车控制装置发送给电池控制装置禁止充电指令；
S403、电池控制装置控制地面充电设备停止输出；
S404、检测充电电流为是否为0；若是，则执行S405；若不是，则延迟一定时间后强制执行S405；
S405、控制充电继电器断开；
S406、整车控制装置禁止使能DC/DC；
S407、判断DC/DC是否上报停止工作状态，且DC/DC回路电流为0；若是，则执行S408；若不是，则延迟一定时间后强制执行S408；
S408、控制主负继电器断开；
S409、充电模式高压下电流程结束。
26.根据权利要求25所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，步骤S401中，当满足以下任一激活条件时，充电模式高压下电流程开始：（1）系统出现严重故障；（2）整车出现严重绝缘故障；（3）充电枪连接异常；（4）充电口温度过高；（5）电池控制装置发送充电完成信号或停止充电请求。
27.根据权利要求18所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，所述主回路用于整车驱动行驶，包括动力电机系统、预充继电器、预充电阻、主正继电器、动力电池系统和主负继电器；所述动力电机系统通过主正继电器和主负继电器连接至电路中；所述主正继电器与预充继电器和预充电阻组成的预充回路并联。
28.根据权利要求18所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，所述附件回路用于为车辆行驶提供转向助力功能和制动功能，包括油泵系统、气泵系统、附件继电器、动力电池系统和主负继电器；所述油泵系统和气泵系统并联，并通过附件继电器和主负继电器连接至电路中。
29.根据权利要求18所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，所述DC/DC回路用于实现低压供电功能，包括DC/DC系统、主负继电器和动力电池系统；所述DC/DC系统通过主负继电器连接至电路中。
30.根据权利要求18所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，所述充电回路用于实现直流充电功能，包括充电系统、充电继电器、主负继电器和动力电池系统；所述充电系统通过充电继电器和主负继电器连接至电路中。
31.根据权利要求18所述的纯电动商用车用高压拓扑结构的上下电控制方法，其特征在于，所述空调回路用于实现制冷/制热功能，包括空调压缩机、电加热系统、空调继电器、主负继电器和动力电池系统；所述空调压缩机和电加热装置并联，并通过空调继电器和主负继电器连接至电路中。
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