CN110667436B - 一种电动汽车用动力域控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车用动力域控制系统，包括动力域控制器、电池包信息采集系统、电机控制系统和其他附属器件；动力域控制器将整车控制和电池管理功能集成为一体。电池包信息采集系统实现电池包信息采集及高压接触器驱动功能，其包括高压管理模块和单体信息采集模块；动力域控制器通过动力CAN总线与电机控制器通讯，通过整车CAN总线与仪表和车辆其他域控制器通讯，通过快充CAN总线与快充桩通讯；通过电池内网CAN总线与电池包信息采集系统和充电机通讯。本发明将动力域系统变为域控制器、电池包信息采集系统、电机驱动系统三大部分，提高了动力域软件的集成度、精简了电池包系统的设计，优化了动力域系统的结构。

Description

一种电动汽车用动力域控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于电动汽车整车动力控制系统设计领域，特别涉及一种电动汽车用动力域系统架构的设计。

背景技术

新时期，国内的电动汽车从2000年开始萌芽到目前已经有近二十年的发展时间，尤其是后十年电动汽车技术从不成熟逐渐达到相对成熟的状态。电动汽车整个发展过程，无论行业技术如何发展，电动汽车技术的电气架构基本没有变动过，一直延续电动汽车三电系统控制架构，包括整车控制器(VCU,Vehicle Control Unit)、电池管理系统(BMS,Battery Management System)、电机驱动系统(MCS,Motor Control System)系统组成。

随着新技术的不断涌现，新能源汽车上的ECU数量亦在不断增加，汽车电子电气系统变得越来越复杂，这对汽车系统的工作扩展带来不利影响，整车总线通讯数据量急剧增加，CAN网络通讯逐渐将不再满足整车通讯的需求。由于ECU数量巨大，车辆系统功能扩展将变得越来越复杂，牵一发而动全身，系统扩展变得越来越困难，系统升级工作量成倍增加。

发明内容

针对上述现有技术所存在的问题，本发明提供一种新型电动汽车动力域控制系统，该系统将电动汽车动力域系统分为动力域控制器(VBU,Vehicle Battery Unit)、电池包信息采集系统(BIAS,Battery Information Acquisition System)、电机驱动系统(MCS,Motor Control System)、其他附属器件四个主要部分。本发明中的VBU主要完成整车行驶控制、能量管理、附件管理、电池包管理等工作。电池包信息采集系统功能包括对单体信息的采集、均衡电路控制、电池包高压采集、绝缘电阻检测、接触器的驱动。电机驱动系统由电机及电机控制器组成，主要完成车辆的行驶扭矩执行及电机驱动。其它附属器件完成车辆必要系统辅助功能，如低压蓄电池充电，电池包充电，热管理等功能。

本发明提出一种电动汽车用动力域控制系统，包括动力域控制器、电池包信息采集系统、电机驱动系统和其他附属器件；

所述动力域控制器将电动汽车整车控制器和电池管理控制器集成为一体；包括主控芯片、集成驱动芯片、电子锁驱动芯片、RTC模块、Flash模块及相应的板载信号调理电路；所述主控芯片、集成驱动芯片、电子锁驱动芯片及相应的板载信号调理电路组成有电动汽车整车控制所需的硬件接口；所述硬件接口包括充电枪连接信号接口、充电枪脉冲信号接口、四路CAN总线、钥匙信号接口、踏板信号接口、档位信号接口、充电信号检测接口；所述主控芯片上还集成有5V模拟量采集通道、12V模拟量采集通道、温度采集通道、高/低数字量采集通道；所述集成驱动芯片集成有继电器驱动控制引脚和三极管驱动控制引脚；

所述电池包信息采集系统实现电池包信息采集及高压接触器驱动功能，所述电池包信息采集系统包括高压管理模块和单体信息采集模块，所述高压管理模块包括主控芯片，所述高压管理模块的主控芯片包括SPI通讯接口，所述高压管理模块和所述单体信息采集模块之间通过ISOSPI通讯；

所述电机控制系统包括电机控制器和驱动电机；

所述四路CAN总线分别为整车CAN总线，动力CAN总线，电池内网CAN总线和快充CAN总线；所述动力域控制器通过所述动力CAN总线与所述电机控制器通讯；所述动力域控制器通过所述整车CAN总线与仪表和车辆其他域控制器进行通讯，所述动力域控制器通过所述快充CAN总线与外部的快充桩通讯；所述动力域控制器通过所述电池内网CAN总线与所述电池包信息采集系统和充电机通讯，获取电池包的参数信息，至少包括单体电压和电池包节点温度，所述电池内网CAN总线将电池包内部接触器的控制命令发送给电池包内的管理系统，电池包内的管理系统按照指令直接控制接触器的动作执行。

进一步讲，本发明所述的电动汽车用动力域控制系统，其中，所述动力域控制器通过钥匙信号激活上电工作并进入行车模式；所述动力域控制器通过快充激活或者慢充激活上电工作并配合充电枪连接和脉冲信号判断进入充电模式；所述动力域控制器通过低压继电器分别控制电池包信息采集系统的供电工作、散热风扇、散热水泵和真空泵的工作/停止状态；所述动力域控制器利用PWM驱动输出引脚实现风扇调速和水泵调速；所述动力域控制器利用仪表LED驱动控制功能引脚，实现仪表充电连接指示灯、充电指示灯的控制；所述动力域控制器利用慢充电子锁驱动功能实现慢充枪充电锁止功能；所述动力域控制器通过内部的继电器驱动回路以硬线控制方式分别激活电机控制器、空调/暖风系统和DC/DC变换器；所述动力域控制器采集与驾驶需求相关的输入信号和与附属器件管理相关的输入信号。

所述5V模拟量采集通道由所述动力域控制器内的主控芯片ADC模块和模拟信号调理电路中的5V板级分压调理电路共同完成信号的输入采集；所述5V模拟量采集通道连接加速踏板开度信号输出端、制动踏板开度传感器信号输出端，以完成踏板开度采集，连接真空泵压力传感器信号输出端、大气压力传感器信号输出端，以获取制动罐和大气压力值，完成制动系统的控制；所述12V模拟量采集通道由所述动力域控制器内的主控芯片ADC模块和模拟信号调理电路中的12V板级分压调理电路共同完成信号的输入采集；所述12V模拟量采集通道连接鼓风机风量信号输出端、风门开度信号输出端，以获取驾驶室送风系统的当前状态，实现暖风和空调系统的控制策略；所述温度采集通道由所述动力域控制器内的主控芯片ADC模块和模拟信号调理电路中的电阻板级分压调理电路共同完成信号的输入采集；所述温度采集通道连接到环境温度热敏电阻的正极端、空调蒸发器温度热敏电阻的正极端和PTC温度热敏电阻的正极端，读取车辆空调暖风系统温度，实现车身空调及暖风控制策略；其中，所述热敏电阻负极端接地；所述高/低数字量采集通道由所述动力域控制器内的主控芯片GPIO驱动模块和数字量板级分压调理电路共同完成信号的输入采集；所述高/低数字量采集通道连接档位的信号输出端、钥匙点火信号输出端、暖风开关信号输出端、空调开关信号输出端、制动开关信号输出端和行驶模式信号输出端，用以完成来自驾驶员的输入控制请求信号的采集。

所述动力域控制器中的所述充电枪连接信号接口和充电枪脉冲信号接口实现充电枪连接信号和充电枪脉冲信号的激活及检测，从而满足车辆启动激活和充电激活的功能。

所述动力域控制器中的所述继电器驱动控制引脚由所述集成驱动芯片内的mos管实现门控功能；所述继电器驱动控制引脚在整车上分别连接真空泵继电器线圈负极、水泵继电器线圈负极和风扇继电器线圈负极，实现整车低压附件供电驱动；所述三极管驱动控制引脚由所述集成驱动芯片内的驱动调理电路实现，所述主控芯片通过IO口直接控制三极管的通断状态实现输出引脚的程序可控；所述三极管驱动引脚包含Lamp灯驱动引脚和PWM输出驱动引脚，所述Lamp灯驱动引脚与仪表充电连接指示灯控制引脚和充电指示灯控制引脚相连；所述PWM输出驱动引脚与风扇PWM调速引脚和水泵PWM调速引脚相连。

所述电池包信息采集系统中的所述高压管理模块实现电池包的直流总电压采集、直流总电流采集、主正压接触器的驱动、预充接触器的驱动和主负接触器的驱动及与所述单体信息采集模块的通讯；所述高压管理模块控制所述单体信息采集模块采集单体信息并回读和解析所述单体信息采集模块返回的电池信息，对所述单体信息采集模块均衡命令的下达和回读解析均衡回路状态信息；所述高压管理模块利用其内部的接触器驱动芯片实现主正压接触器的驱动、预充接触器的驱动和主负接触器的驱动功能，所述继电器驱动控制引脚在整车上分别连接高压系统的高压总正接触器线圈负极、高压预充接触器线圈负极和高压总负接触器线圈负极，用于完成整车高压电源回路的控制；所述高压管理模块通过所述电池内网CAN总线与所述动力域控制器通讯；所述单体信息采集模块实现单体电压采集、电池包节点温度采集和均衡执行；所述单体信息采集模块响应所述高压管理模块的单体信息读取命令，并为所述高压管理模块回传单体电池信息，响应高压管理模块的均衡命令，并为高压管理模块回传均衡状态信息。

同时，本发明还提出了利用上述的电动汽车用动力域控制系统进行控制的方法，包括以下内容：

1)整车上电：当VBU激活后，动力域控制器上电，VBU进行初始化工作，之后启动信号采集，启动电池包信息采集；然后，VBU进行激活信号的判断，以确认VBU是否处于充电激活状态下，如果是，则进入充电模式；如果不是，则认定VBU处于钥匙激活状态，VBU进入整车上电流程；整车高压上电后，VBU监测钥匙Start信号，当整车档位处于N档时，检测到钥匙Start有效，则整车在此进行MCU是否有严重故障、电池包是否有严重故障、MCU预充是否完成、蓄电池电压是否大于等于11.5V，如果检测以上均正常，则VBU控制整车进入READY状态，随时等待行车；若MCU有严重故障和电池包有严重故障时，VBU会进入故障下高压工作状态；

2)整车下电：当VBU在上电完成开始工作后，持续对激活信号进行检测，当发现更高优先级的充电激活信号有效后，则进入到充电模式，执行整车充电模式；当VBU检测到钥匙激活和充电激活均无效后，开始执行整车下电流程；

3)整车充电模式：当VBU检测到充电激活信号后，判断车速是否小于5km/h，如果车速满足条件，则VBU进入充电管理模式，VBU禁止车辆行驶，然后持续检测充电枪状态，如果充电枪连接有效，则VBU继续识别充电枪功率容量；识别出充电枪容量后，VBU控制整车上高压，为电池包充电做好准备工作；当判断整车高压上电完成后，VBU根据电池包当前剩余电量计算充电功率，向充电机发送电流及电压请求信号，整车及电池包进入充电状态；

4)整车驱动模式：当VBU通过钥匙激活且进入行车READY状态后，VBU开始根据驾驶员操作进行车辆行驶控制，如果驾驶员进行有效挂档且踩加速踏板后，VBU控制电机旋转驱动车辆行驶；

5)电池包管理：当VBU激活后，开始上电工作，首先，VBU进行初始化工作，之后马上建立电池内网通讯，读取电池包采集系统的电池信息；然后执行接触器粘连检测程序、执行总正总负高压绝缘电阻计算、执行单体电池的故障判断、执行开路电压估算和超电势估算，并根据电池包静止状况选择性修正电池开路电压参数和超电势参数、进行荷电状态估算、执行剩余容量校准、计算电池包最大允许充/放电功率、执行电池包蓄电池健康状况估算、执行均衡估算子程序并下达均衡控制命令、执行电池包热管理模块。

进一步讲，电池包管理中，所述高压管理模块实现电池包信息采集及高压接触器驱动及与单体信息采集模块的通讯的过程如下：

所述高压管理模块上电后，首先进行系统初始化，然后启动电池内网CAN通讯接口、启动高压管理模块的主控芯片内部各个SPI通讯接口、向所述单体信息采集模块发送读单体电压命令、接收电池单体信息并进行单体电压数据解析、向单体信息采集模块发送读节点温度命令、接收节点温度信息并进行温度数据解析、读电池包总电压、总电流并进行数据解析、执行绝缘电阻计算、通过电池内网CAN总线向VBU发送电池信息及绝缘计算结果、接收来自电池内网CAN总线上的VBU接触器控制命令并解析、根据VBU命令执行接触器驱动、接收来自电池内网CAN总线上的VBU电池均衡命令并解析、根据VBU命令向单体信息采集模块发送均衡开启控制命令。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明改变原有纯电动汽车动力域三电系统架构，将原有整车控制器、电池管理系统架构优化为动力域核心控制器、电池信息采集系统。动力域系统将变为域控制器、电池包信息采集系统、电机驱动系统三大部分。本发明提高了动力域软件功能的集成度、精简了电池包系统的设计，将有益于动力域系统的软件集成开发，电池包系统设计趋于标准化，简化动力域系统的结构。

本发明将动力域控制系统变为域控制器、电池包信息采集系统、电机驱动系统三大部分，提高了动力域软件的集成度、精简了电池包系统的设计，优化了动力域系统的结构。动力域控制系统有助于优化车辆控制系统的结构，减少车载ECU数量，降低汽车电子电气系统的复杂度，提高车辆控制系统开发的效率，降低整车CAN通讯的数据量，从而缩短整车开发周期，为车厂赢得抢占市场的先机。另一方面，以VBU为核心的整车动力域系统具有控制算法集中管理、系统易于扩展升级、硬件成本降低的优点。由于控制系统得以简化，未来同平台车型功能扩展及车型改款工作中，只需针对核心域控制器软硬件进行维护，在系统设计升级上的时间将大大缩短，产品更新换代将变的更简单和迅速。精简的电池包系统有助于未来市场上车辆的售后服务及维修，可以有效降低售后服务维修成本。

附图说明

图1是本发明的动力域控制系统的总体框图；

图2是本发明的动力域控制系统的详细架构；

图3是本发明中动力域控制器(VBU)实施例的结构示意图；

图4-1是图3左部的局部放大示意图；

图4-2是图3右部的局部放大示意图；

图5是本发明中电池包信息采集系统(BIAS)架构图；

图6是本发明中高压管理模块(HVMU)实施例的结构示意图；

图7-1和图7-2是本发明动力域控制系统实现整车上电的流程图；

图8是本发明动力域控制系统实现整车下电的流程图；

图9是本发明动力域控制系统实现整车充电的流程图；

图10是本发明动力域控制系统实现整车驱动的流程图；

图11是本发明动力域控制系统实现电池包管理的流程图；

图12是本发明中高压管理模块控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

如图1所示，本一种电动汽车用动力域控制系统，包括动力域控制器(VBU,VehicleBattery Unit)、电池包信息采集系统(BIAS,Battery Information AcquisitionSystem)、电机控制系统(MCS,Motor Control System)和其他附属器件。

如图2所示，所述动力域控制器将电动汽车整车控制器和电池管理控制器集成为一体；所述动力域控制器包括四路CAN总线，分别为整车CAN总线，动力CAN总线，电池内网CAN总线和快充CAN总线。VBU通过动力CAN总线与电机控制器通讯，VBU通过电池内网CAN与电池采集系统和充电机通讯，VBU通过快充CAN与外部的快充桩通讯，VBU通过整车CAN与仪表和车辆其他域控制器进行通讯(如车身域控制器，底盘域控制器)。

VBU是动力域的控制核心控制器，该控制器为其他控制器提供激活信号，并由逻辑控制各个控制器激活上电；VBU通过动力CAN总线与电机控制器通讯，VBU通过电池内网CAN与电池采集系统和充电机通讯，VBU通过快充CAN与外部的快充桩通讯，VBU通过整车CAN与仪表和车辆其他域控制器进行通讯。另外，VBU会采集整车输入的驾驶需求信号(钥匙信号，档位信号，踏板信号等)，并提供必要的输出控制功能(如散热风扇、散热水泵等)。

所述动力域控制器可以通过钥匙信号激活上电工作并进入行车模式，也通过快充激活或者慢充激活上电工作并配合充电枪连接和脉冲信号判断进入充电模式。通过低压继电器分别控制电池包信息采集系统的供电工作、散热风扇、散热水泵和真空泵的工作/停止状态；所述动力域控制器利用PWM驱动输出引脚实现风扇调速和水泵调速；所述动力域控制器利用仪表LED驱动控制功能引脚，实现仪表充电连接指示灯、充电指示灯的控制；所述动力域控制器利用慢充电子锁驱动功能实现慢充枪充电锁止功能。所述动力域控制器通过内部的继电器驱动回路以硬线控制方式分别激活电机控制器、空调/暖风系统和DC/DC变换器；所述动力域控制器采集与驾驶需求相关的输入信号和与附属器件管理相关的输入信号。

如图2所示，所述电池包信息采集系统实现电池包信息采集及高压接触器驱动功能，所述电池包信息采集系统包括高压管理模块(HVMU)和单体信息采集模块(VTBU)，所述高压管理模块包括主控芯片，所述高压管理模块的主控芯片包括SPI通讯接口，所述高压管理模块和所述单体信息采集模块之间通过ISOSPI通讯。

如图2所示，所述动力域控制系统中的电机控制系统实现车辆扭矩执行驱动车辆行驶功能，电机控制系统由电机控制器(MCU,Motor Control Unit)和驱动电机组成，电机控制器接收VBU的控制命令后控制电机进行运转，实现整车的驱动行驶。具体讲，电机控制器在接收到VBU的控制命令和扭矩命令后，逆变产生三项交流电(U,V,W三项交流电)，驱动电机转动。驱动电机输出轴连接车辆变速箱实现动力传动，驱动车轮转动。

如图2所示，动力系统域的其他附属器件包含空调/暖风系统、DC/DC、仪表显示系统、充电机、散热水泵、散热风扇等。

如图3所示，本发明中的动力域控制器是将电动汽车整车控制器和电池管理控制器集成为一体。该动力域控制器包括主控芯片、集成驱动芯片、电子锁驱动芯片、RTC模块、Flash模块及相应的板载信号调理电路；所述主控芯片、集成驱动芯片、电子锁驱动芯片及相应的板载信号调理电路组成有电动汽车整车控制所需的硬件接口；所述硬件接口包括充电枪连接信号接口、充电枪脉冲信号接口、四路CAN总线通讯接口、钥匙信号接口、踏板信号接口、档位信号接口、充电信号检测接口；所述主控芯片上还集成有5V模拟量采集通道、12V模拟量采集通道、温度采集通道、高/低数字量采集通道；所述集成驱动芯片集成有继电器驱动控制引脚和三极管驱动控制引脚。

所述充电枪连接信号接口和充电枪脉冲信号接口实现充电枪连接信号和充电枪脉冲信号的激活及检测，从而满足车辆启动激活和充电激活的功能；如图4-1所示，

所述动力域控制器通过所述动力CAN总线与所述电机控制器通讯；所述动力域控制器通过所述整车CAN总线与仪表和车辆其他域控制器进行通讯，所述动力域控制器通过所述快充CAN总线与外部的快充桩通讯；所述动力域控制器通过所述电池内网CAN总线与所述电池包信息采集系统和充电机通讯，获取电池包的参数信息，至少包括单体电压和电池包节点温度，所述电池内网CAN总线将电池包内部接触器的控制命令发送给电池包内的管理系统，电池包内的管理系统按照指令直接控制接触器的动作执行。

所述动力域控制器为动力域系统其它控制器提供激活信号，该动力域控制器通过低压继电器1控制电池采集系统的供电工作；通过内部的继电器驱动回路以硬线控制方式MCU激活，通过内部的继电器驱动回路以硬线控制方式空调/暖风系统激活；通过内部的继电器驱动回路以硬线控制方式DCDC激活。

所述动力域控制器既采集整车输入的钥匙信号、档位信号、踏板信号等与驾驶需求相关的输入信号，又采集空调请求、暖风请求、鼓风机风量、环境温度、空调蒸发器温度、大气压力和真空泵压力等与附件管理相关的输入信号。

所述动力域控制器通过输出引脚驱动低压继电器2开启和关闭使散热风扇工作和停止，利用PWM驱动输出引脚实现风扇调速；通过输出引脚驱动低压继电器3开启和关闭使散热水泵控制工作和停止，利用PWM驱动输出引脚实现水泵调速；通过输出引脚驱动低压继电器4开启和关闭使真空泵工作和停止；另外动力域控制器利用仪表LED驱动控制功能引脚，实现仪表充电连接指示灯、充电指示灯的控制；利用慢充电子锁驱动功能，实现慢充枪充电锁止功能。

所述继电器驱动控制引脚由所述集成驱动芯片内的mos管实现门控功能；所述继电器驱动控制引脚在整车上分别连接真空泵继电器线圈负极、水泵继电器线圈负极和风扇继电器线圈负极，实现整车低压附件供电驱动，如图4-1所示。

所述三极管驱动控制引脚由所述集成驱动芯片内的驱动调理电路实现，所述主控芯片通过IO口直接控制三极管的通断状态实现输出引脚的程序可控；所述三极管驱动引脚包含Lamp灯驱动引脚和PWM输出驱动引脚，所述Lamp灯驱动引脚与仪表充电连接指示灯控制引脚和充电指示灯控制引脚相连；所述PWM输出驱动引脚与风扇PWM调速引脚和水泵PWM调速引脚相连，如图4-1所示。

所述5V模拟量采集通道由所述动力域控制器内的主控芯片ADC模块和模拟信号调理电路中的5V板级分压调理电路共同完成信号的输入采集；所述5V模拟量采集通道连接加速踏板开度信号输出端、制动踏板开度传感器信号输出端，以完成踏板开度采集，连接真空泵压力传感器信号输出端、大气压力传感器信号输出端，以获取制动罐和大气压力值，完成制动系统的控制，如图4-2所示。

所述12V模拟量采集通道由动力域控制器内的主控芯片ADC模块和模拟信号调理电路中的12V板级分压调理电路共同完成信号的输入采集；所述12V模拟量采集通道连接鼓风机风量信号输出端、风门开度信号输出端，以获取驾驶室送风系统的当前状态，实现暖风和空调系统的控制策略，如图4-2所示。

所述温度采集通道由动力域控制器内的主控芯片ADC模块和模拟信号调理电路中的电阻板级分压调理电路共同完成信号的输入采集；所述温度采集通道连接到环境温度热敏电阻的正极端、空调蒸发器温度热敏电阻的正极端和PTC温度热敏电阻的正极端，读取车辆空调暖风系统温度，实现车身空调及暖风控制策略；其中，所述热敏电阻负极端接地，如图4-2所示。

所述高/低数字量采集通道由动力域控制器内的主控芯片GPIO驱动模块和数字量板级分压调理电路共同完成信号的输入采集；所述高/低数字量采集通道连接档位的信号输出端、钥匙点火信号输出端、暖风开关信号输出端、空调开关信号输出端、制动开关信号输出端和行驶模式信号输出端，用以完成来自驾驶员的输入控制请求信号的采集，如图4-2所示。

所述动力域控制器内的电子锁驱动芯片采用TLE9201电子锁驱动芯片，所述动力域控制器内的主控芯片通过其内部SPI驱动模块1与所述TLE9201电子锁驱动芯片通讯。所述动力域控制器内的RTC模块与所述主控芯片以SPI方式通讯，所述动力域控制器内的主控芯片利用其内部SPI驱动模块2模块获取RTC模块当前的时间信息，用于完成电池SOC估算和电池包采集信息的时间记录；所述动力域控制器内的Flash模块与所述主控芯片以SPI方式通讯，用于电池包信息存储功能，所述动力域控制器内的主控芯片利用其内部SPI驱动模块3模块实现Flash模块数据的读取和写入，所述Flash存储容量配置为128M；所述动力域控制器内的主控芯片利用其SPI驱动模块4向所述动力域控制器内的集成驱动芯片发送控制命令并回读集成驱动芯片的执行状态和故障信息；所述动力域控制器内的主控芯片利用其SPI驱动模块4向所述动力域控制器内的集成驱动芯片发送配置寄存器命令并回读集成驱动芯片的执行状态和看门狗状态，完成电源管理和监控的功能，如图3所示。

本发明中的硬件构架具有较广泛的硬件资源，例如，动力系统域控制器可以选用汽车级高性能单片机AurixTC234L作为其主控芯片，选用Infineon TLE8888芯片作为集成驱动芯片，由TLE9201电子锁驱动芯片实现电子锁驱动控制功能。所述AurixTC234L单片机通过SPI通讯向所述集成驱动芯片Infineon TLE8888发送控制命令。本发明中涉及到的主控芯片、集成驱动芯片、电子锁驱动芯片及相应的板载信号调理电路的具体选型不受限制，包括本领域技术人员在本发明提供的技术方案的启示下的多种选型方案。该动力系统域控制器包含钥匙(KeyOn)信号、快/慢充(Charge)激活信号，充电器连接信号(ChargegunConnect,CC)信号、充电枪脉冲信号(Chargegun Pulse,CP)激活及检测功能，以满足车辆启动激活和充电激活的功能。

动力系统域控制器具有多路数字量采集和模拟量采集功能，满足整车信号采集功能，且具备多路驱动输出功能，满足整车输出控制功能，具有电子锁控制功能，实现充电枪锁止功能，具有外置FLASH及RTC(Real-Time Clock)功能，满足域控制器电池包数据记录和响应时间管理功能。

本发明中的动力域控制器完成系统内的核心控制功能，包括驾驶员信号采集、整车状态机管理、高低压附件管理、驱动扭矩计算、整车能量管理、整车热管理、SOX(SOC，SOP，SOH，SOE等相关参数)估算、电池包绝缘检测、电池包均衡管理、电池包参数管理、整车系统故障检测及处理、与子板通讯及电池包信息采集/解析、接触器粘连检测、RTC管理、Flash数据存储管理、续驶里程计算、累计里程计算等等。从而可以实现整车控制器和电池管理系统的元资源以及功能的复用目标。主要复用的功能包括所有底层接口驱动功能(包括模拟量采集，数字量采集，驱动输出，EEPROM读写，调度系统，CAN通讯功能等等)、附件管理功能(如继电器、接触器控制、整车热管理策略等)、高压上/下电管理、CAN通讯数据处理功能、故障诊断及处理功能、网络管理、在线配置和维护等。

图5所示，本发明中，动力系统域控制器与电池包信息采集系统之间通过CAN总线进行通讯，VBU控制电池包信息采集系统的供电电源，电池包信息采集系统的上电和下电由VBU通过供电继电器驱动控制。电池信息采集系统包括高压管理单元和电池信息采集单元。高压管理单元实现电池包总电压采集、总电流采集，绝缘电阻计算，高压接触器驱动等。电池信息采集单元实现单体电压采集、电池包节点温度采集、均衡执行等。电池包内高压管理单元(HVMU)和电池信息采集单元(VTBU)之间通过总线方式通讯。HVMU通过总线获取VTBU采集的单体电压、节点温度等信息，VTBU执行HVMU的均衡回路控制命令。所述VTBU实现单体电压采集、电池包节点温度采集和均衡执行等功能，作为ISOSPI总线通讯的从机，所述VTBU响应所述高压管理模块的单体信息读取命令，并为HVMU回传单体电池信息，响应HVMU的均衡命令，并为HVMU回传均衡状态信息。单个VTBU可以实现12路单体电压采集和4路节点温度采集，ISOSPI总线上可以挂接20台VTBU，最大支持240节单体电压采集和60路温度采集。VTBU内每节单体均具有均衡耗散回路。

如图6所示，本发明中，HVMU内的主控芯片采用英飞凌XC2321高性能16位单片机，XC2321利用高压模拟信号调理电路采集电池包总正电压，利用板载CS5463采集分流器的差分电压信号，HVMU的主芯片通过SPI驱动模块1驱动CS5463的电池包总电流值。HVMU通过板载LTC6820芯片实现与从机VTBU的ISOSPI通讯。XC2321芯片通过SPI驱动模块2与LTC6820通讯，实现SPI通讯转ISOSPI通讯功能。HVMU通过控制两片板载TLE8102芯片实现高压接触器控制功能，所述两片板载TLE8102芯片，其中一片为MosDrive_V芯片，另外一片为MosDrive_C芯片；XC2321芯片通过SPI驱动模块3与MosDrive_V芯片进行通讯，实现总正接触器控制和预充接触器控制功能，并回读两个接触器的驱动信号故障信息。XC2321芯片通过SPI驱动模块3与MosDrive_C芯片进行通讯，实现总负接触器控制控制功能，并回读总负接触器的驱动信号故障信息。HVMU具有一路CAN通讯，与动力域系统相连，组成系统的电池内网CAN网络。

本发明中，VTBU以凌力尔特LTC6811芯片为主芯片，实现单体电压采集、电池包节点温度采集、均衡执行等功能。

本发明所述的一种电动汽车用动力域控制系统的控制方法的具体内容如下：

1)整车(动力域控制器)上电：

如图7-1和图7-2所示，当电动汽车VBU激活后，开始上电工作；

首先，VBU进行初始化工作，之后启动信号采集，启动电池包信息采集(单体电压、温度采集、电池包总电压、总电流采集)。

然后VBU进行激活信号的判断，以确认VBU是否处于充电激活状态下，如果是，则进入充电模式。如果不是，则可以认定VBU处于钥匙激活状态，VBU进入整车上电流程。

VBU进入上电流程后，首先进行系统检测，查找是否系统有零部件出现严重异常情况，如果无则继续进行上电控制，否则终止上电，进入故障状态。

VBU在控制整车上高压前先要判断电池包内是否有四级严重故障(通过采集到的电池包信息按照故障上报阈值进行判断)，和MCU(MCU，Motor Control Unit电机控制器)的四级严重故障(MCU通过总线发送给VBU)。如果系统无严重故障，则可以转入正式预充上高压的流程，否则，系统终止上高压。

在预充控制流程中，VBU首先控制总负和预充闭合，如果5s内MCU电压上升到电池包电压的90％以上后，可以闭合总正接触器，并延时100ms断开预充接触器，整个高压上电过程完成。

整车高压上电后，VBU会监测钥匙Start信号，当整车档位处于N档时，检测到钥匙Start有效，则整车在此进行MCU是否有严重故障、电池包是否有严重故障、MCU预充是否完成、蓄电池电压是否大于等于11.5V，如果检测以上正常，则VBU控制整车进入READY状态，随时等待行车。MCU有严重故障和电池包有严重故障时，VBU会进入故障下高压工作状态。

2)整车(动力域控制器)下电：

如图8所示，当VBU在上电完成开始工作后，持续对激活信号进行检测，当发现更高优先级的充电激活信号有效后，则进入到充电模式，执行充电管理程序。

当VBU检测到钥匙激活和充电激活均无效后，开始执行下电流程。首先，VBU下发扭矩为0的请求指令，使车辆停止动力输出，然后执行水泵关闭的动作，将水泵继电器断开，水循环停止，执行完关水泵工作后，VBU会监测水泵是否已正常关闭，如果是则VBU进入控制MCU使能状态为非使能，否则VBU持续判断水泵是否停止运转，直到5min限定时间到，则VBU强制进入后续下电流程为非使能。其次，VBU执行下高压指令，控制断开总正、总负接触器，当总正、总负接触器断开后，VBU进入休眠，如果总正、总负为断开，则VBU等待1min后强制进入休眠。

3)整车充电模式：

如图9所示，当VBU检测到充电枪激活信号后，首先判断车速是否小于5km/h，如果车速满足条件，则VCU进入充电管理模式，VBU禁止车辆行驶，然后持续检测充电枪状态，如果充电枪连接有效，则VCU继续识别充电枪功率容量。识别出充电枪容量后，VBU控制整车上高压，为电池包充电做好准备工作。

当判断整车高压上电完成后，VBU根据电池包当前剩余电量计算充电功率，向充电机发送电流及电压请求信号，整车及电池包进入充电状态。

4)整车驱动模式：

如图10所示，当VBU通过钥匙激活且进入行车READY状态后，VBU开始根据驾驶员操作进行车辆行驶控制，如果驾驶员进行有效挂档且踩加速踏板后，VBU控制电机旋转驱动车辆行驶；

行驶过程中，VBU执行如下工作，当车辆处于驱动状态时，VBU执行计算当前电池包最大放电功率，根据当前车辆可放电能力及加速踏板开度、档位信息向MCU发送驱动控制命令和驱动扭矩。当车辆处于制动能量回收过程中，VBU根据当前电池包电量、电池包单体信息及电池包温度信息，执行计算当前电池包最大充电电功率，VBU向MCU发送制动控制命令和制动回馈扭矩。如果车辆行驶过程中出现限功率(非严重故障)，VBU在进行最大功率计算的同时，会考虑车辆实际能够输出的功率对加速踏板开度进行适当的修正，最终将修正后的踏板开度转换成输出扭矩发送给MCU，使车辆以较低的车速行驶，保证车辆及人员的安全。

5)动力域控制器电池包管理：

如图11所示，当VBU激活后，开始上电工作。首先，VBU进行初始化工作，之后马上建立电池内网通讯，读取电池包采集系统的电池信息(单体电压、温度采集、电池包总电压、总电流采集)。然后执行接触器粘连检测程序(当VBU检测出接触器粘连故障后，会将此故障上报给故障处理模块，故障处理模块会对此故障进行等级分类)、执行总正总负高压绝缘电阻计算、执行单体电池的故障判断、执行开路电压(OCV)估算和超电势估算，并根据电池包静止状况选择性修正电池开路电压参数和超电势参数、进行荷电状态(SOC)估算、执行剩余容量校准、计算电池包最大允许充/放电功率、执行电池包蓄电池容量(SOH)估算、执行均衡估算子程序并下达均衡控制命令、执行电池包热管理模块等。VBU对电池包的管理和参数估算是循环周期执行的，循环周期为250ms。

如图12所示，本发明的电池包信息采集系统中的HVMU通过编写完成其自身功能，具体如下：HVMU上电后首先进行系统初始化，然后启动电池内网CAN通讯接口、启动HVMU主控芯片XC2321内部各个SPI通讯接口、向VTBU发送读单体电压命令、接收电池单体信息并进行单体电压数据解析、向VTBU发送读节点温度命令、接收节点温度信息并进行温度数据解析、读电池包总电压、总电流并进行数据解析、执行绝缘电阻计算、通过电池内网CAN向VBU发送电池信息及绝缘计算结果、接收来自电池内网CAN上的VBU接触器控制命令并解析、根据VBU命令执行接触器驱动、接收来自电池内网CAN上的VBU电池均衡命令并解析、根据VBU命令项VTBU发送均衡开启控制命令。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种电动汽车用动力域控制系统，包括动力域控制器、电池包信息采集系统、电机控制系统和其他附属器件；其特征在于，

所述动力域控制器将电动汽车整车控制器和电池管理控制器集成为一体；包括主控芯片、集成驱动芯片、电子锁驱动芯片、RTC模块、Flash模块及相应的板载信号调理电路；所述主控芯片、集成驱动芯片、电子锁驱动芯片及相应的板载信号调理电路组成有电动汽车整车控制所需的硬件接口；所述硬件接口包括充电枪连接信号接口、充电枪脉冲信号接口、四路CAN总线、钥匙信号接口、踏板信号接口、档位信号接口、充电信号检测接口；所述主控芯片上还集成有5V模拟量采集通道、12V模拟量采集通道、温度采集通道、高/低数字量采集通道；所述集成驱动芯片集成有继电器驱动控制引脚和三极管驱动控制引脚；

所述电池包信息采集系统实现电池包信息采集及高压接触器驱动功能，所述电池包信息采集系统包括高压管理模块和单体信息采集模块，所述高压管理模块包括主控芯片，所述高压管理模块的主控芯片包括SPI通讯接口，所述高压管理模块和所述单体信息采集模块之间通过ISOSPI通讯；

所述电机控制系统包括电机控制器和驱动电机；

所述四路CAN总线分别为整车CAN总线，动力CAN总线，电池内网CAN总线和快充CAN总线；所述动力域控制器通过所述动力CAN总线与所述电机控制器通讯；所述动力域控制器通过所述整车CAN总线与仪表和车辆其他域控制器进行通讯，所述动力域控制器通过所述快充CAN总线与外部的快充桩通讯；所述动力域控制器通过所述电池内网CAN总线与所述电池包信息采集系统和充电机通讯，获取电池包的参数信息，至少包括单体电压和电池包节点温度，所述电池内网CAN总线将电池包内部接触器的控制命令发送给电池包内的管理系统，电池包内的管理系统按照指令直接控制接触器的动作执行。

2.根据权利要求1所述电动汽车用动力域控制系统，其特征在于，所述动力域控制器通过钥匙信号激活上电工作并进入行车模式；

所述动力域控制器通过快充激活或者慢充激活上电工作并配合充电枪连接和脉冲信号判断进入充电模式；

所述动力域控制器通过低压继电器分别控制电池包信息采集系统的供电工作、散热风扇、散热水泵和真空泵的工作/停止状态；所述动力域控制器利用PWM驱动输出引脚实现风扇调速和水泵调速；所述动力域控制器利用仪表LED驱动控制功能引脚，实现仪表充电连接指示灯、充电指示灯的控制；所述动力域控制器利用慢充电子锁驱动功能实现慢充枪充电锁止功能；

所述动力域控制器通过内部的继电器驱动回路以硬线控制方式分别激活电机控制器、空调/暖风系统和DC/DC变换器；

所述动力域控制器采集与驾驶需求相关的输入信号和与附属器件管理相关的输入信号。

3.根据权利要求1所述电动汽车用动力域控制系统，其特征在于，所述5V模拟量采集通道由所述动力域控制器内的主控芯片ADC模块和模拟信号调理电路中的5V板级分压调理电路共同完成信号的输入采集；所述5V模拟量采集通道连接加速踏板开度信号输出端、制动踏板开度传感器信号输出端，以完成踏板开度采集，连接真空泵压力传感器信号输出端、大气压力传感器信号输出端，以获取制动罐和大气压力值，完成制动系统的控制；

所述12V模拟量采集通道由所述动力域控制器内的主控芯片ADC模块和模拟信号调理电路中的12V板级分压调理电路共同完成信号的输入采集；所述12V模拟量采集通道连接鼓风机风量信号输出端、风门开度信号输出端，以获取驾驶室送风系统的当前状态，实现暖风和空调系统的控制策略；

所述温度采集通道由所述动力域控制器内的主控芯片ADC模块和模拟信号调理电路中的电阻板级分压调理电路共同完成信号的输入采集；所述温度采集通道连接到环境温度热敏电阻的正极端、空调蒸发器温度热敏电阻的正极端和PTC温度热敏电阻的正极端，读取车辆空调暖风系统温度，实现车身空调及暖风控制策略；其中，所述热敏电阻负极端接地；

所述高/低数字量采集通道由所述动力域控制器内的主控芯片GPIO驱动模块和数字量板级分压调理电路共同完成信号的输入采集；所述高/低数字量采集通道连接档位的信号输出端、钥匙点火信号输出端、暖风开关信号输出端、空调开关信号输出端、制动开关信号输出端和行驶模式信号输出端，用以完成来自驾驶员的输入控制请求信号的采集。

4.根据权利要求1所述电动汽车用动力域控制系统，其特征在于，所述充电枪连接信号接口和充电枪脉冲信号接口实现充电枪连接信号和充电枪脉冲信号的激活及检测，从而满足车辆启动激活和充电激活的功能。

5.根据权利要求1所述电动汽车用动力域控制系统，其特征在于，所述继电器驱动控制引脚由所述集成驱动芯片内的mos管实现门控功能；所述继电器驱动控制引脚在整车上分别连接真空泵继电器线圈负极、水泵继电器线圈负极和风扇继电器线圈负极，实现整车低压附件供电驱动；

所述三极管驱动控制引脚由所述集成驱动芯片内的驱动调理电路实现，所述主控芯片通过IO口直接控制三极管的通断状态实现输出引脚的程序可控；所述三极管驱动控制 引脚包含Lamp灯驱动引脚和PWM输出驱动引脚，所述Lamp灯驱动引脚与仪表充电连接指示灯控制引脚和充电指示灯控制引脚相连；所述PWM输出驱动引脚与风扇PWM调速引脚和水泵PWM调速引脚相连。

6.根据权利要求1所述电动汽车用动力域控制系统，其特征在于，所述高压管理模块实现电池包的直流总电压采集、直流总电流采集、主正压接触器的驱动、预充接触器的驱动和主负接触器的驱动及与所述单体信息采集模块的通讯；

所述高压管理模块控制所述单体信息采集模块采集单体信息并回读和解析所述单体信息采集模块返回的电池信息，对所述单体信息采集模块均衡命令的下达和回读解析均衡回路状态信息；

所述高压管理模块利用其内部的接触器驱动芯片实现主正压接触器的驱动、预充接触器的驱动和主负接触器的驱动功能，所述继电器驱动控制引脚在整车上分别连接高压系统的高压总正接触器线圈负极、高压预充接触器线圈负极和高压总负接触器线圈负极，用于完成整车高压电源回路的控制；

所述高压管理模块通过所述电池内网CAN总线与所述动力域控制器通讯；

所述单体信息采集模块实现单体电压采集、电池包节点温度采集和均衡执行；所述单体信息采集模块响应所述高压管理模块的单体信息读取命令，并为所述高压管理模块回传单体电池信息，响应高压管理模块的均衡命令，并为高压管理模块回传均衡状态信息。

7.一种电动汽车用动力域控制系统的控制方法，其特征在于，采用如权利要求1至6任一所述的电动汽车用动力域控制系统，并包括以下内容：

1)整车上电：

当VBU激活后，动力域控制器上电，VBU进行初始化工作，之后启动信号采集，启动电池包信息采集；然后，VBU进行激活信号的判断，以确认VBU是否处于充电激活状态下，如果是，则进入充电模式；如果不是，则认定VBU处于钥匙激活状态，VBU进入整车上电流程；

整车高压上电后，VBU监测钥匙Start信号，当整车档位处于N档时，检测到钥匙Start有效，则整车在此进行MCU是否有严重故障、电池包是否有严重故障、MCU预充是否完成、蓄电池电压是否大于等于11.5V，如果检测以上均正常，则VBU控制整车进入READY状态，随时等待行车；若MCU有严重故障和电池包有严重故障时，VBU会进入故障下高压工作状态；

2)整车下电：

当VBU在上电完成开始工作后，持续对激活信号进行检测，当发现更高优先级的充电激活信号有效后，则进入到充电模式，执行整车充电模式；当VBU检测到钥匙激活和充电激活均无效后，开始执行整车下电流程；

3)整车充电模式：

当VBU检测到充电激活信号后，判断车速是否小于5km/h，如果车速满足条件，则VBU进入充电管理模式，VBU禁止车辆行驶，然后持续检测充电枪状态，如果充电枪连接有效，则VBU继续识别充电枪功率容量；识别出充电枪容量后，VBU控制整车上高压，为电池包充电做好准备工作；

当判断整车高压上电完成后，VBU根据电池包当前剩余电量计算充电功率，向充电机发送电流及电压请求信号，整车及电池包进入充电状态；

4)整车驱动模式：

当VBU通过钥匙激活且进入行车READY状态后，VBU开始根据驾驶员操作进行车辆行驶控制，如果驾驶员进行有效挂档且踩加速踏板后，VBU控制电机旋转驱动车辆行驶；

5)电池包管理：

当VBU激活后，开始上电工作，首先，VBU进行初始化工作，之后马上建立电池内网通讯，读取电池包采集系统的电池信息；然后执行接触器粘连检测程序、执行总正总负高压绝缘电阻计算、执行单体电池的故障判断、执行开路电压估算和超电势估算，并根据电池包静止状况选择性修正电池开路电压参数和超电势参数、进行荷电状态估算、执行剩余容量校准、计算电池包最大允许充/放电功率、执行电池包蓄电池健康状况估算、执行均衡估算子程序并下达均衡控制命令、执行电池包热管理模块。

8.根据权利要求7所述的电动汽车用动力域控制系统的控制方法，其特征在于，电池包管理中，所述高压管理模块实现电池包信息采集及高压接触器驱动及与单体信息采集模块的通讯的过程如下：

所述高压管理模块上电后，首先进行系统初始化，然后启动电池内网CAN通讯接口、启动高压管理模块的主控芯片内部各个SPI通讯接口、向所述单体信息采集模块发送读单体电压命令、接收电池单体信息并进行单体电压数据解析、向单体信息采集模块发送读节点温度命令、接收节点温度信息并进行温度数据解析、读电池包总电压、总电流并进行数据解析、执行绝缘电阻计算、通过电池内网CAN总线向VBU发送电池信息及绝缘计算结果、接收来自电池内网CAN总线上的VBU接触器控制命令并解析、根据VBU命令执行接触器驱动、接收来自电池内网CAN总线上的VBU电池均衡命令并解析、根据VBU命令向单体信息采集模块发送均衡开启控制命令。

Images