CN111267617A - 一种基于五合一电机控制器电源管理系统及控制方法 - Google Patents

一种基于五合一电机控制器电源管理系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于五合一电机控制器电源管理系统，包括高压电池、低压电池、高压备份电源和五合一电机控制器，所述的五合一电机控制器包括EPS驱动模块、ACM驱动模块、主电机驱动模块、DCDC模块，以及用于EPS驱动、ACM驱动、主电机驱动的主驱控制板；低压电池和高压备份电源为主驱控制板提供电源，所述的主驱控制板上包括分别与低压电池、EPS驱动模块、ACM驱动模块和主电机驱动模块电连接的主控芯片；分别与高压备份电源、PWM信号使能连接的从控芯片；所述的主控芯片和从控芯片通信连接。本发明能够提高电机控制器稳定性和可靠性，当低压供电系统失效时及时关闭PWM输出，保证硬件电路。

Description

一种基于五合一电机控制器电源管理系统及控制方法
技术领域
本发明涉及电源管理技术领域，具体涉及一种基于五合一电机控制器电源管理系统及控制方法。
背景技术
近年环保压力越来越大，世界各国对燃油车的限制越来越严。部分国家制定了燃油车禁售时间表，中国也在制定燃油车禁售时间表。同时中国已经制定了双积分制度，引导车企发展新能源汽车。汽车油改电是不可逆的发展趋势。随着新能源乘用车逐渐推广，市场对电机控制器的需求在持续增加。电机控制器是安全部件，需要导入功能安全设计流程和技术保证电子系统的安全功能在各种严酷条件下不失效，从而保证驾乘人员以及路人的安全。
五合一电机控制器是由主电机电机控制器、EPS转向电机控制器、ACM空气压缩机控制器、DC/DC、高压配等电器件构成，其主要功能就是将高压电池的高压直流电，转换为交流电，来驱动电机运行。随着五合一电机控制器设计复杂程度的提高，控制电路板供电的电路越来越多，导致电源低压系统的设计越来越复杂，所以就需要一个稳定地、安全地和高效地低压系统保证五合一电机控制器运行，保证汽车行驶过程中的舒适性和可靠性，必要时还要考虑到电源管理系统失效时的处理策略。
现有技术中，具有备份电源的低压供电系统由低压电池、高压备份电源、电机控制器主驱控制板MCU和二极管组成，如图1所示。
低压电池由两个12V蓄电池串联组成。MCU实时采集电池电压，再经过一介滤波处理通过计算公式得到电池电压值，根据采集的电压值按照不同范围分为欠压保护、低压工作、正常电压、过压工作、高压保护等五种状态。
高压备份电源经过二极管后传输到MCU上，并且MCU实时采集高压备份电源电压值。
其系统有如下特点：
a)正常情况下由低压电池作为低压供电系统。
b)车辆启动或者行驶时，附驱高压接触器闭合高压备份电源空载运行，当低压电池异常或者掉线时，切换到高压备份电源作为低压系统供电源，确保电池电压异常后电机控制器有充分的时间驱动车辆行驶到安全地带。
其系统的状态流程图如附图1所示，具有以下缺点：a)如果低压电池掉电且高压备份电源同时失效时，控制器彻底掉电，可能引起由于MCU立即关闭PWM导致的IGBT损坏。
b)高压备份电源通过硬件电路控制，电源的启动和关闭无法进行编程控制。
c)如果备份电源停止工作而不考虑EPS电机状态和主驱转速实际情况，可能导致电机锁死无法行驶的问题。
发明内容
为解决上述问题，提供一种基于五合一电机控制器电源管理系统及控制方法。
本发明的目的是以下述方式实现的：
一种基于五合一电机控制器电源管理系统，包括高压电池、低压电池、高压备份电源和五合一电机控制器，所述的五合一电机控制器包括EPS驱动模块、ACM驱动模块、主电机驱动模块、DCDC模块，以及用于EPS驱动、ACM驱动、主电机驱动的主驱控制板；低压电池和高压备份电源为主驱控制板提供电源，所述的主驱控制板上包括分别与低压电池、EPS驱动模块、ACM驱动模块和主电机驱动模块电连接的主控芯片；分别与高压备份电源、PWM信号使能连接的从控芯片；所述的主控芯片和从控芯片通信连接。
所述的高压电池通过接触器与高压备份电源连接，为高压备份电源提供能量。
所述的主驱控制板上包括CAN模块和EEPROM，所述CAN模块包括整车CAN和升级CAN，所述的整车CAN引出到对外接口，升级CAN 用于远程升级、本地升级和调试。
所述的主控芯片为MCU。
所述的从控芯片为MCU、FPGA、CPLD或英飞凌芯片。
一种控制方法，所述控制方法包括：正常情况下由低压电池为五合一电机控制器供电；五合一电机控制器上电，主控芯片实时采集低压电池的电压信息，同时主控芯片收集EPS驱动模块、ACM驱动模块及主电机驱动模块的转速信息并且把信息共享给从控芯片，从控芯片根据低压电池电压和EPS驱动模块使能信息及主电机转速来控制高压备份电源工作和PWM使能。
所述的从控芯片根据低压电池电压和EPS驱动模块使能信息及主电机转速来控制高压备份电源工作和PWM使能，具体为：主控芯片实时采集检测低压电池电压，根据采集的电压值按照不同的范围分为欠压保护、低压工作、正常电压、过压工作和过压保护状态；
当车辆启动/运行时，若低压电池电压为过压保护状态，则车辆停止运行；
若低压电池电压为过压工作状态，禁止控制器读写EERPROM和本地升级；
若低压电池电压为低压状态、高压备份电源正常且EPS使能信号为高或者电机转速大于设定值时，车辆继续工作一定预设时间后高压备份电源接触器断开，低压电池为24V欠压故障，禁止本地升级，车辆停止运行；
若低压电池电压低压状态、高压备份电源故障，则从控芯片关闭PWM使能；
若低压电池电压为欠压状态、高压备份电源故障，则从控芯片关闭PWM使能；
若低压电池电压为欠压状态、高压备份电源正常且EPS使能信号为高或者电机转速大于设定值时，车辆继续工作一定预设时间后高压备份电源接触器断开，低压电池为24V欠压故障和CAN通信故障，车辆停止运行。
当低压电池电压和高压备份电源同时失效时，从控芯片关闭PWM使能信号，保护电机控制器不受到损害。
本发明的有益效果：相对于现有技术，本发明能够提高电机控制器稳定性和可靠性，当低压供电系统失效时及时关闭PWM输出，保证硬件电路。
当系统过压或者欠压时，禁止本地升级，防止在升级过程中由于电压不稳定造成升级失败的问题。
通过编程控制高压备份电源工作，当EPS使能信号无效并且主驱电机转速小于50rpm时，不允许高压备份电源工作。
更好反馈低压供电系统状态，保证各模块的稳定、高效运行。
附图说明
图1是现有技术中低压供电系统结构示意图。
图2是现有技术低压系统状态流程图。
图3是本发明的系统的结构示意图。
图4是本发明工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
应该指出，以下详细说明都是例式性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的技术含义相同。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
一种基于五合一电机控制器电源管理系统，包括高压电池、低压电池、高压备份电源和五合一电机控制器，所述的五合一电机控制器包括EPS驱动模块、ACM驱动模块、主电机驱动模块、DCDC模块，以及用于EPS驱动、ACM驱动、主电机驱动的主驱控制板；低压电池和高压备份电源为主驱控制板提供电源，所述的主驱控制板上包括分别与低压电池、EPS驱动模块、ACM驱动模块和主电机驱动模块电连接的主控芯片；分别与高压备份电源、PWM信号使能连接的从控芯片；所述的主控芯片和从控芯片通信连接。
所述的高压电池通过接触器与高压备份电源连接，为高压备份电源提供能量。
所述的主驱控制板上包括CAN模块和EEPROM，所述CAN模块包括整车CAN和升级CAN，所述的整车CAN引出到对外接口，升级CAN 用于远程升级、本地升级和调试。
所述的主控芯片为MCU。
所述的从控芯片为MCU、FPGA、CPLD或英飞凌芯片。
一种控制方法，应用所述的电源管理系统，所述控制方法包括：正常情况下由低压电池为五合一电机控制器供电；五合一电机控制器上电，主控芯片实时采集低压电池的电压信息，同时主控芯片收集EPS驱动模块、ACM驱动模块及主电机驱动模块的转速信息并且把信息共享给从控芯片，从控芯片根据低压电池电压和EPS驱动模块使能信息及主电机转速来控制高压备份电源工作和PWM使能。
所述的从控芯片根据低压电池电压和EPS驱动模块使能信息及主电机转速来控制高压备份电源工作和PWM使能，具体为：主控芯片实时采集检测低压电池电压，根据采集的电压值按照不同的范围分为欠压保护、低压工作、正常电压、过压工作和过压保护状态；
当车辆启动/运行时，若低压电池电压为过压保护状态，则车辆停止运行；
若低压电池电压为过压工作状态，禁止控制器读写EERPROM和本地升级；
若低压电池电压为低压状态、高压备份电源正常且EPS使能信号为高或者电机转速大于设定值（比如50rpm）时，车辆继续工作一定预设时间（比如继续工作60min）后高压备份电源接触器断开，低压电池为24V欠压故障，禁止本地升级，车辆停止运行；
若低压电池电压低压状态、高压备份电源故障，则从控芯片关闭PWM使能；
若低压电池电压为欠压状态、高压备份电源故障，则从控芯片关闭PWM使能；
若低压电池电压为欠压状态、高压备份电源正常且EPS使能信号为高或者电机转速大于设定值（比如50rpm）时，车辆继续工作一定预设时间后高压备份电源接触器断开，低压电池为24V欠压故障和CAN通信故障，车辆停止运行。
当低压电池电压和高压备份电源同时失效时，从控芯片关闭PWM使能信号，保护电机控制器不受到损害。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种基于五合一电机控制器电源管理系统，包括高压电池、低压电池、高压备份电源和五合一电机控制器，所述的五合一电机控制器包括EPS驱动模块、ACM驱动模块、主电机驱动模块、DCDC模块，以及用于EPS驱动、ACM驱动、主电机驱动的主驱控制板；低压电池和高压备份电源为主驱控制板提供电源，其特征在于：所述的主驱控制板上包括分别与低压电池、EPS驱动模块、ACM驱动模块和主电机驱动模块电连接的主控芯片；分别与高压备份电源、PWM信号使能连接的从控芯片；所述的主控芯片和从控芯片通信连接。
2.如权利要求1所述的基于五合一电机控制器电源管理系统，其特征在于：所述的高压电池通过接触器与高压备份电源连接，为高压备份电源提供能量。
3.如权利要求1所述的基于五合一电机控制器电源管理系统，其特征在于：所述的主驱控制板上包括CAN模块和EEPROM，所述CAN模块包括整车CAN和升级CAN，所述的整车CAN引出到对外接口，升级CAN 用于远程升级、本地升级和调试。
4.如权利要求1所述的基于五合一电机控制器电源管理系统，其特征在于：所述的主控芯片为MCU。
5.如权利要求1所述的基于五合一电机控制器电源管理系统，其特征在于：所述的从控芯片为MCU、FPGA、CPLD或英飞凌芯片。
6.一种控制方法，其特征在于：应用如权利要求1-5中任一项所述的电源管理系统，所述控制方法包括：正常情况下由低压电池为五合一电机控制器供电；五合一电机控制器上电，主控芯片实时采集低压电池的电压信息，同时主控芯片收集EPS驱动模块、ACM驱动模块及主电机驱动模块的转速信息并且把信息共享给从控芯片，从控芯片根据低压电池电压和EPS驱动模块使能信息及主电机转速来控制高压备份电源工作和PWM使能。
7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于：所述的从控芯片根据低压电池电压和EPS驱动模块使能信息及主电机转速来控制高压备份电源工作和PWM使能，具体为：主控芯片实时采集检测低压电池电压，根据采集的电压值按照不同的范围分为欠压保护、低压工作、正常电压、过压工作和过压保护状态；
当车辆启动/运行时，若低压电池电压为过压保护状态，则车辆停止运行；
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8.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于：当低压电池电压和高压备份电源同时失效时，从控芯片关闭PWM使能信号，保护电机控制器不受到损害。
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