CN111055687A - 一种控制器安全预充系统，方法及新能源汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种控制器安全预充系统，方法及新能源汽车，包括预充电阻、预充继电器、主继电器组成基本预充回路。增加预充回路电流传感器、预充回路前后端电压传感器、预充电阻温度传感器，以上传感器连接到整车控制器。系统执行预充时，整车控制器开始计时，同时采集预充回路前端电压和后端电压，采集预充电阻在预充过程的温差，采集电流信号，在规定的时间内电压差值、电流值、温升值应满足预充程序设计值，判断为预充成功。本发明根据回路电流、电压、预充电阻温升和预充时间实现智能控制预充过程。实现安全预充。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种控制器安全预充系统，方法及新能源汽车。
背景技术
新能源汽车采用高压电池供电，控制直流母线侧一般会设计稳压电容，包括电机控制器、燃料电池大功率DCDC、辅驱DCAC控制器等。在这类控制器接通高压电源时要对稳压电容进行预先充电，预充的控制原理基本采用预充电阻节流的方式。
多数预充系统的控制较为简单，仅控制主继电器的通断或增加预充继电器，控制逻辑仅判断预充前后的电压差值，其值小于一定阀值即为预充完成。这种粗略的控制较为简单，但是若出现被预测的设备内部短路、生产时正负母线接反等问题，将直接导致预充回路烧损，并且损坏预充电路临近的器件。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种控制器安全预充系统，包括：动力蓄电池，电流传感器，电压传感器，主继电器，预充继电器，预充电阻，负载端以及整车控制器；
动力蓄电池正极端通过电流传感器分别与电压传感器第一端，主继电器第一端以及预充继电器第一端连接；
预充继电器第二端与预充电阻第一端连接，预充电阻第二端和主继电器第二端分别与负载端连接；
负载端上设有温度传感器；
整车控制器分别与电流传感器，电压传感器，主继电器，预充继电器以及温度传感器连接；
整车控制器通过电流传感器获取系统的电流数据，通过电压传感器获取系统的电压数据，通过温度传感器获取系统的温度数据，并对获取的数据进行判定是否超范围；还分别控制主继电器和预充继电器动作。
进一步需要说明的是，还包括：计时器；
计时器与整车控制器连接，整车控制器通过计时器获取计时时长。
进一步需要说明的是，计时器包括：电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻 R4，电阻R5，电容C1，电容C2，计时芯片U1，发光二极管LED以及光电隔离器；
计时芯片U1一脚，光电隔离器第一输入端以及电容C1第二端分别接地；计时芯片U1二脚通过电容C2接地；电容C1第一端分别连接电阻R3第二端，电阻R3滑动端，计时芯片U1二脚和六脚；电阻R3第一端分别连接计时芯片U1七脚和电阻R2第一端；电阻R2第二端分别连接电阻R4第一端，计时芯片U1八脚以及电源；电阻R4第二端通过发光二极管LED分别与计时芯片 U1三脚和电阻R5第一端连接；电阻R5第二端与光电隔离器第一输入端连接；光电隔离器输出端连接整车控制器；整车控制器还与电阻R1第一端和计时芯片U1四脚连接；电阻R1第二端接地。
进一步需要说明的是，还包括：输入输出装置；
输入输出装置与整车控制器连接，整车控制器通过输入输出装置获取用户输入的控制指令，以及通过输入输出装置显示系统当前的状态信息。
进一步需要说明的是，整车控制器通过温度传感器获取系统的温度数据，温度值超过185℃时，则判断为系统故障状态。
进一步需要说明的是，整车控制器通过温度传感器获取系统的温度数据，在预设的时长内，温度传感器获取的温升值超过20℃时，判断为系统故障状态。
进一步需要说明的是，整车控制器通过CAN通讯线连接电流传感器，电压传感器，主继电器，预充继电器以及温度传感器；
负载端设有稳压电容。
本发明还提供一种控制器安全预充方法，方法包括：
当车辆的高压系统需要上高压时，整车控制器检测电流传感器的电流数据，检测电压传感器的电压数据，检测温度传感器的数据，以上传感器数据在整车控制器规定的范围内时，整车控制器9判断预充回路无故障；
开始发继电器吸合指令给预充继电器，同时开始计时，检测电压传感器所测量的预充回路前端电压即电池的电压和预充回路后端电压，即负载端的电压，检测电流传感器的电流值；
在预充期间，电流由动力蓄电池经过电流传感器、预充继电器、预充电阻给负载端充电，电流传感器所测量的电流值应为下降的RC曲线，电压传感器所测量的负载端的电压值应为上升的曲线；
当动力蓄电池的电压和负载端的电压差值在预设阈值时，且负载端电压是动力蓄电池电压的98％以上时，判断为预充成功；
整车控制器向主继电器发送吸合指令，经过预设时长后，向预充继电器发送断开指令，完成预充过程。
进一步需要说明的是，开始发继电器吸合指令给预充继电器，同时开始计时，检测电压传感器所测量的预充回路前端电压即电池的电压和预充回路后端电压，即负载端的电压，检测电流传感器的电流值，检测温度传感器的温升值。
本发明还提供一种新能源汽车，包括：控制器安全预充系统。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供的系统包括了预充电阻、预充继电器、主继电器组成基本预充回路。增加预充回路电流传感器、预充回路前后端电压传感器、预充电阻温度传感器，以上传感器连接到整车控制器。系统执行预充时，整车控制器开始计时，同时采集预充回路前端电压和后端电压，采集预充电阻在预充过程的温差，采集电流信号，在规定的时间内电压差值、电流值、温升值应满足预充程序设计值，判断为预充成功。本发明根据回路电流、电压、预充电阻温升和预充时间实现智能控制预充过程。实现安全预充。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为控制器安全预充系统示意图；
图2为计时器电路图。
图中：1、动力蓄电池，2、电流传感器，3、电压传感器，4、主继电器， 5、预充继电器，6、预充电阻，7、稳压电容，8、温度传感器，9、采集模块，11、计时器，13、光电隔离器。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本具体实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，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它实施例，都属于本专利保护的范围。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本发明的各方面。
本发明提供了一种控制器安全预充系统，如图1和图2所示，包括：动力蓄电池1，电流传感器2，电压传感器3，主继电器4，预充继电器5，预充电阻6，负载端7以及整车控制器9；
动力蓄电池1正极端通过电流传感器2分别与电压传感器3第一端，主继电器4第一端以及预充继电器5第一端连接；预充继电器5第二端与预充电阻6第一端连接，预充电阻6第二端和主继电器4第二端分别与负载端7 连接；负载端7上设有温度传感器8；整车控制器9分别与电流传感器2，电压传感器3，主继电器4，预充继电器5以及温度传感器8连接；整车控制器 9通过电流传感器获取系统的电流数据，通过电压传感器获取系统的电压数据，通过温度传感器获取系统的温度数据，并对获取的数据进行判定是否超范围；还分别控制主继电器4和预充继电器5动作。
在附图1中，虚线内为负载部分，点划线为低压控制和信号采集部分，实线为高压连续部分。
整车控制器9为VCU整车控制器。整车控制器9通过CAN通讯线连接电流传感器2，电压传感器3，主继电器4，预充继电器5以及温度传感器8；负载端7设有稳压电容。
本发明还包括：输入输出装置；输入输出装置与整车控制器9连接，整车控制器9通过输入输出装置获取用户输入的控制指令，以及通过输入输出装置显示系统当前的状态信息。输入输出装置可以设置在驾驶室内，可以采用触摸屏，显示屏和控制按键组合等等。
本发明中，还包括：计时器11；计时器11与整车控制器9连接，整车控制器9通过计时器11获取计时时长。
计时器11包括：电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5，电容 C1，电容C2，计时芯片U1，发光二极管LED以及光电隔离器13；
计时芯片U1一脚，光电隔离器13第一输入端以及电容C1第二端分别接地；计时芯片U1二脚通过电容C2接地；电容C1第一端分别连接电阻R3第二端，电阻R3滑动端，计时芯片U1二脚和六脚；电阻R3第一端分别连接计时芯片U1七脚和电阻R2第一端；电阻R2第二端分别连接电阻R4第一端，计时芯片U1八脚以及电源；电阻R4第二端通过发光二极管LED分别与计时芯片U1三脚和电阻R5第一端连接；电阻R5第二端与光电隔离器13第一输入端连接；光电隔离器13输出端连接整车控制器9；整车控制器9还与电阻 R1第一端和计时芯片U1四脚连接；电阻R1第二端接地。计时芯片U1，R2、电阻R3、电容C1组成计时器11的无稳态多谐振荡组块，振荡频率＝1.443/(R2+ 电阻R3)电容C1。整车控制器9与计时芯片U1四脚连接，可以起到控制计时芯片U1的开关。光电隔离器13可以起到对信号的过滤及杂波的隔离。
基于上述系统本发明还提供具体的实现方式，预充过程：当车辆的高压系统需要上高压时，整车控制器9检测电流传感器2的电流数据，检测电压传感器3的电压数据，检测温度传感器8的数据，以上传感器数据在整车控制器规定的范围内，整车控制器9判断预充回路无故障，开始发继电器吸合指令给预充继电器5，同时整车控制器9开始计时，检测电压传感器3所测量的预充回路前端电压即电池1的电压和预充回路后端电压即稳压电容7的电压，检测电流传感器2的电流值，检测温度传感器8的温升值。在预充期间，电流由动力蓄电池1经过电流传感器2、预充继电器5、预充电阻6给稳压电容7充电，电流传感器2所测量的电流值应为下降的RC曲线，电压传感器3 所测量的稳压电容7的电压值应为上升的曲线。当预充回路前端电压即电池1 的电压和预充回路后端电压即稳压电容7的电压差值在10Vdc，且后端电压是前端电压的98％以上时，判断为预充成功，此时整车控制器9开始发继电器吸合指令给主继电器4，1秒后，发送发继电器断开指令给预充继电器5，完成预充过程。
故障过程：第一，当车辆的高压系统需要上高压时，整车控制器9检测电流传感器2的电流数据，若有电流值，则判断为故障状态；第二，检测电压传感器3的电压数据，若动力蓄电池1电压为0或小于规定值，则判断为故障状态；第三，检测温度传感器8的数据，若温度值超过185℃，则判断为故障状态；第四，预充过程开始后，在规定的时间内，若电流传感器2所测量的电流值为非下降的RC曲线，且保持较大值，则判断为故障状态；第五，预充过程开始后，在规定的时间内，若电压传感器3所测量的稳压电容7的电压值为非上升的曲线，且电压值保持较低的值，则判断为故障状态；第六，预充过程开始后，在规定的时间内，温度传感器8的温升值超过20℃，则判断为故障状态。这样解决了预充回路的安全控制技术问题。当被预充的控制器出现内部短路，或对控制器进行连接线束时正负母线接反等问题，将直接导致预充回路烧损，并且损坏预充电路临近的器件。
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。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等如果存在是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
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 (10)
1.一种控制器安全预充系统，其特征在于，包括：动力蓄电池(1)，电流传感器(2)，电压传感器(3)，主继电器(4)，预充继电器(5)，预充电阻(6)，负载端(7)以及整车控制器(9)；
动力蓄电池(1)正极端通过电流传感器(2)分别与电压传感器(3)第一端，主继电器(4)第一端以及预充继电器(5)第一端连接；
预充继电器(5)第二端与预充电阻(6)第一端连接，预充电阻(6)第二端和主继电器(4)第二端分别与负载端(7)连接；
负载端(7)上设有温度传感器(8)；
整车控制器(9)分别与电流传感器(2)，电压传感器(3)，主继电器(4)，预充继电器(5)以及温度传感器(8)连接；
整车控制器(9)通过电流传感器获取系统的电流数据，通过电压传感器获取系统的电压数据，通过温度传感器获取系统的温度数据，并对获取的数据进行判定是否超范围；还分别控制主继电器(4)和预充继电器(5)动作。
2.根据权利要求1所述的控制器安全预充系统，其特征在于，
还包括：计时器(11)；
计时器(11)与整车控制器(9)连接，整车控制器(9)通过计时器(11)获取计时时长。
3.根据权利要求2所述的控制器安全预充系统，其特征在于，
计时器(11)包括：电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5，电容C1，电容C2，计时芯片U1，发光二极管LED以及光电隔离器(13)；
计时芯片U1一脚，光电隔离器(13)第一输入端以及电容C1第二端分别接地；计时芯片U1二脚通过电容C2接地；电容C1第一端分别连接电阻R3第二端，电阻R3滑动端，计时芯片U1二脚和六脚；电阻R3第一端分别连接计时芯片U1七脚和电阻R2第一端；电阻R2第二端分别连接电阻R4第一端，计时芯片U1八脚以及电源；电阻R4第二端通过发光二极管LED分别与计时芯片U1三脚和电阻R5第一端连接；电阻R5第二端与光电隔离器(13)第一输入端连接；光电隔离器(13)输出端连接整车控制器(9)；整车控制器(9)还与电阻R1第一端和计时芯片U1四脚连接；电阻R1第二端接地。
4.根据权利要求1或2所述的控制器安全预充系统，其特征在于，
还包括：输入输出装置；
输入输出装置与整车控制器(9)连接，整车控制器(9)通过输入输出装置获取用户输入的控制指令，以及通过输入输出装置显示系统当前的状态信息。
5.根据权利要求1或2所述的控制器安全预充系统，其特征在于，
整车控制器(9)通过温度传感器获取系统的温度数据，温度值超过185℃时，则判断为系统故障状态。
6.根据权利要求1或2所述的控制器安全预充系统，其特征在于，
整车控制器(9)通过温度传感器获取系统的温度数据，在预设的时长内，温度传感器获取的温升值超过20℃时，判断为系统故障状态。
7.根据权利要求1或2所述的控制器安全预充系统，其特征在于，
整车控制器(9)通过CAN通讯线连接电流传感器(2)，电压传感器(3)，主继电器(4)，预充继电器(5)以及温度传感器(8)；
负载端(7)设有稳压电容。
8.一种控制器安全预充方法，其特征在于，方法包括：
当车辆的高压系统需要上高压时，整车控制器检测电流传感器的电流数据，检测电压传感器的电压数据，检测温度传感器的数据，以上传感器数据在整车控制器规定的范围内时，整车控制器9判断预充回路无故障；
开始发继电器吸合指令给预充继电器，同时开始计时，检测电压传感器所测量的预充回路前端电压即电池的电压和预充回路后端电压，即负载端的电压，检测电流传感器的电流值；
在预充期间，电流由动力蓄电池经过电流传感器、预充继电器、预充电阻给负载端充电，电流传感器所测量的电流值应为下降的RC曲线，电压传感器所测量的负载端的电压值应为上升的曲线；
当动力蓄电池的电压和负载端的电压差值在预设阈值时，且负载端电压是动力蓄电池电压的98％以上时，判断为预充成功；
整车控制器向主继电器发送吸合指令，经过预设时长后，向预充继电器发送断开指令，完成预充过程。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
开始发继电器吸合指令给预充继电器，同时开始计时，检测电压传感器所测量的预充回路前端电压即电池的电压和预充回路后端电压，即负载端的电压，检测电流传感器的电流值，检测温度传感器的温升值。
10.一种新能源汽车，其特征在于，包括：如权利要求1至7任一所述的控制器安全预充系统。
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