CN111746348A - 一种电池管理系统接触器控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池管理系统接触器控制系统及方法，其中系统包括系统基础芯片、微控制器、电路保持电路模块、接触器高边驱动模块、接触器低边驱动模块以及接触器，与现有技术相比，通过基于本发明系统各模块结合得到的控制方法，能够实现电池管理系统微控制器在非预期故障状态下，实现复位处理并重新接管接触器控制的能力，同时在车辆行驶的情况下，能够保持车辆动力输出，防止动力丢失造成事故发生，满足功能安全定义中故障安全处理的要求。

Description

一种电池管理系统接触器控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电动汽车电池技术领域，尤其是涉及一种电池管理系统接触器控制系统及方法。

背景技术

电池管理系统是电动汽车电池包管理控制器，能够吸合和断开电池包内接触器，从而给车辆其它部件如：电机提供高电压和电流和接收外部提供的电流如车载充电机等。

如果接触器非预期的吸合和断开会给电机控制器等车辆部件造成损害，如车辆在高速行驶过程中断开继电器会造成动力丢失情况。所以需要对电池包内接触器进行安全的控制，目前国内没有控制器非预期复位情况下满足功能安全的接触器控制电路，本发明提供一种功能安全等级很高的控制电路，避免接触器非预期的控制操作。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电池管理系统接触器控制系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种电池管理系统接触器控制系统，该系统包括系统基础芯片、微控制器、电路保持电路模块、接触器高边驱动模块、接触器低边驱动模块以及接触器，其中：

所述系统基础芯片，采用满足汽车安全要求的多输出电源集成芯片，用于向所述微控制器供电并与其进行看门狗通讯，提供诊断保护功能来保护自身或者告知系统进行系统级诊断保护；

所述微控制器，设有用于让所述微控制器上报紧急状态以使得外部安全设备进入到安全状态的安全管理模块以及端口FSP[0]fault signaling protocol，用于与所述系统基础芯片进行看门狗通讯，产生与所述接触器高边驱动模块和所述接触器低边驱动模块相对应的高边以及低边驱动信号；

所述电路保持电路模块，用于将来自所述微控制器的高边以及低边驱动信号保持并输出至所述接触器高边驱动模块和所述接触器低边驱动模块；

所述接触器高边驱动模块，用于根据来自所述电路保持电路模块的保持输出信号与所述接触器低边驱动模块协同控制所述接触器；

所述接触器低边驱动模块，用于根据来自所述电路保持电路模块的保持输出信号与所述接触器高边驱动模块协同控制所述接触器；

所述接触器，用于根据驱动模块的控制指令控制电池管理系统以满足车俩需求。

进一步地，所述的接触器包括设置于纯电动或混合动力汽车电池包上的用于控制所述电池包的正极负极的主正接触器和主负接触器、用于提供对外部高压器件预充功能的预充接触器以及用于提供电池包快充的快充正接触器和快充负接触器。

进一步地，所述的电路保持电路模块的输出端经过与门电路模块将保持输出信号分别输出至所述接触器高边驱动模块和所述接触器低边驱动模块。

进一步地，所述的接触器高边驱动模块的供电电压为12V。

进一步地，该系统还包括用于控制对于所述系统基础芯片的电源质量的防反滤波电路模块。

进一步地，所述的防反滤波电路模块的供电电压为12V。

进一步地，所述的接触器低边驱动模块包括用于与所述微控制器进行SPI通讯的低边预驱动模块和与所述低边预驱动模块输出端相连接的用于控制输出给所述接触器的信号的MOSFET开关管。

进一步地，所述的MOSFET开关管采用N沟道增强型MOSFET开关管。

进一步地，所述的微控制器的供电电压为5V。

本发明还提供一种基于所述的电池管理系统接触器控制系统的控制方法，该控制方法具体包括：

当电池管理系统没有故障时，所述系统基础芯片的功能安全输出使能端FS1B为高电平，此时所述微控制器发出的高边以及低边驱动信号与经过所述电路保持电路模块后的信号保持一致；

当所述微控制器发生故障无法正确应答所述系统基础芯片的问答式看门狗，或所述微控制器诊断出自身出现与功能安全定义相应的非预期硬件故障时，此时所述微控制器的使能端FSP[0]fault signaling protocol信号为低电平，经过所述电路保持电路模块后的信号仍为之前正常运行的信号状态，此时所述系统基础芯片已通过SPI通讯获知驱动控制端的状态，经过t时间后所述功能安全输出使能端FS1B为低电平，与所述电路保持电路模块输出的信号相与并输出低电平，通过所述接触器高边驱动模块和所述接触器低边驱动模块，触发强制关断所述接触器，t时间段内所述系统基础芯片强制复位所述微控制器后，所述微控制器自我检测排除故障后重新恢复所述使能端FSP[0]fault signaling protocol，同时所述功能安全输出使能端FS1B输出高电平，并通过所述电路保持电路模块、所述接触器高边驱动模块和所述接触器低边驱动模块相配合以重新控制吸合所述接触器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明提供一种电池管理系统接触器控制系统，该系统包括系统基础芯片、微控制器、电路保持电路模块、接触器高边驱动模块、接触器低边驱动模块以及接触器，通过本发明技术方案，能够实现电池管理系统微控制器在非预期故障状态下,实现复位处理并重新接管接触器控制的能力。

(2)本发明提供一种电池管理系统接触器控制系统，该系统包括系统基础芯片、微控制器、电路保持电路模块、接触器高边驱动模块、接触器低边驱动模块以及接触器，通过本发明技术方案，能够实现在车辆行驶的情况下，能够保持车辆动力输出，防止动力丢失造成事故发生，满足功能安全定义中故障安全处理的要求。

附图说明

图1为与本发明系统及方法配套的电动汽车电池包架构图；

图2为本发明电池管理系统接触器控制系统的电路示意图；

图3为本发明电池管理系统接触器控制系统中的接触器低边驱动模块的局部详细电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

一般电动汽车电池包，如图1所示，包含主正接触器，主负接触器，控制电池包的正极和负极，预充接触器，提供对外部高压器件预充功能，通过主正，主负接触器的吸合可以对外提供高压和电流满足电机驱动车辆行驶使用，由于电池包需要充电，另外提供接触器满足快充和慢充；

电池管理系统负责控制接触器的吸合与断开，满足车辆需求，可以看出接触器控制涉及到车辆安全行驶的重要功能。

如图2所示为本发明电池管理系统接触器控制系统的电路示意图，包括系统基础芯片、微控制器、电路保持电路模块、接触器高边驱动模块、接触器低边驱动模块以及接触器，其中：

系统基础芯片a，是满足汽车安全要求的多输出电源集成芯片，向所述微控制器供电并与其进行看门狗通讯，提供诊断保护功能用于保护自己或者告知系统进行系统级诊断保护功能；

微控制器b，用于与所述系统基础芯片进行看门狗通讯，产生与所述接触器高边驱动模块和所述接触器低边驱动模块相对应的高边以及低边驱动信号，同时微控制器具有安全管理模块以及端口FSP[0]fault signaling protocol，能够让微控制器上报紧急状态以外部安全设备进入到安全状态；

电路保持电路模块c，用于将来自微控制器的高边以及低边驱动信号保持并输出至接触器高边驱动模块和接触器低边驱动模块；

接触器高边驱动模块d，用于根据来自电路保持电路模块的保持输出信号与接触器低边驱动模块协同控制接触器；

接触器低边驱动模块e，用于根据来自电路保持电路模块的保持输出信号与接触器高边驱动模块协同控制接触器；

接触器f，用于根据驱动模块的控制指令控制电池管理系统以满足车俩需求。

系统基础芯片提供供电给微控制器并与微控制器进行看门狗通讯，系统基础芯片除了提供窗口式看门狗外还提供问答式看门狗监控微控制器的程序流是否允许正常；

微控制器提供高边和低边驱动信号驱动高边驱动IC和低边驱动IC；

高边驱动信号和低边驱动信号数字信号需要经过保持电路处理；

系统基础芯片和微控制器芯片需选择ASIL D等级，实现功能安全故障操作能力；

基于本发明系统实现故障操作的方式如下：

当电池管理系统没有故障时，所述系统基础芯片的功能安全输出使能端FS1B为高电平，此时所述微控制器发出的高边以及低边驱动信号与经过所述电路保持电路模块后的信号保持一致；

当所述微控制器发生故障无法正确应答所述系统基础芯片的问答式看门狗，或所述微控制器诊断出自身出现与功能安全定义相应的非预期硬件故障时，此时所述微控制器的使能端FSP[0]fault signaling protocol信号为低电平，经过所述电路保持电路模块后的信号仍为之前正常运行的信号状态，此时所述系统基础芯片已通过SPI通讯获知驱动控制端的状态，经过t时间后所述功能安全输出使能端FS1B为低电平，与所述电路保持电路模块输出的信号相与并输出低电平，通过所述接触器高边驱动模块和所述接触器低边驱动模块，触发强制关断所述接触器，t时间段内所述系统基础芯片强制复位所述微控制器后，所述微控制器自我检测排除故障后重新恢复所述使能端FSP[0]fault signaling protocol，同时所述功能安全输出使能端FS1B输出高电平，并通过所述电路保持电路模块、所述接触器高边驱动模块和所述接触器低边驱动模块相配合以重新控制吸合所述接触器。

具体逻辑如下所示：

在车辆行驶过程中如果发生电池管理系统非预期的故障失去控制时，能够通过该电路保持接触器吸合一段时候如2S，提醒车辆其它控制器，并将电池管理系统进行复位，是车辆能够正常行驶，防止动力丢失问题发生。

如图3所示为本发明电池管理系统接触器控制系统中的接触器低边驱动模块的局部详细电路示意图，接触器低边驱动模块包括用于与微控制器进行SPI通讯的低边预驱动模块和与低边预驱动模块输出端相连接的用于控制输出给接触器的信号的MOSFET开关管。

在本实施例中，为了实现接触器控制更加安全，不限于提供冗余1路12V接触器供电，不限于提供冗余1路12V控制器供电，不限于提供接触器高边驱动对地，对电源，开路诊断，不限于提供接触器低边驱动对地，对电源，开路诊断，系统基础芯片以及为控制器需要对5V供电进行诊断，微控制器如果接收外部接触器吸合请求,需要对请求进行诊断处理如E2E，live counter等，接触器低边驱动方式不限于提供直接驱动mosfet。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电池管理系统接触器控制系统，其特征在于，该系统包括系统基础芯片、微控制器、电路保持电路模块、接触器高边驱动模块、接触器低边驱动模块以及接触器，其中：

所述系统基础芯片，采用满足汽车安全要求的多输出电源集成芯片，用于向所述微控制器供电并与其进行看门狗通讯，提供诊断保护功能来保护自身或者告知系统进行系统级诊断保护；

所述微控制器，设有用于让所述微控制器上报紧急状态以使得外部安全设备进入到安全状态的安全管理模块以及端口FSP[0]fault signaling protocol，用于与所述系统基础芯片进行看门狗通讯，产生与所述接触器高边驱动模块和所述接触器低边驱动模块相对应的高边以及低边驱动信号；

所述电路保持电路模块，用于将来自所述微控制器的高边以及低边驱动信号保持并输出至所述接触器高边驱动模块和所述接触器低边驱动模块；

所述接触器高边驱动模块，用于根据来自所述电路保持电路模块的保持输出信号与所述接触器低边驱动模块协同控制所述接触器；

所述接触器低边驱动模块，用于根据来自所述电路保持电路模块的保持输出信号与所述接触器高边驱动模块协同控制所述接触器；

所述接触器，用于根据驱动模块的控制指令控制电池管理系统以满足车俩需求。

2.根据权利要求1所述的一种电池管理系统接触器控制系统，其特征在于，所述的接触器包括设置于纯电动或混合动力汽车电池包上的用于控制所述电池包的正极负极的主正接触器和主负接触器、用于提供对外部高压器件预充功能的预充接触器以及用于提供电池包快充的快充正接触器和快充负接触器。

3.根据权利要求1所述的一种电池管理系统接触器控制系统，其特征在于，所述的电路保持电路模块的输出端经过与门电路模块将保持输出信号分别输出至所述接触器高边驱动模块和所述接触器低边驱动模块。

4.根据权利要求1所述的一种电池管理系统接触器控制系统，其特征在于，所述的接触器高边驱动模块的供电电压为12V。

5.根据权利要求1所述的一种电池管理系统接触器控制系统，其特征在于，该系统还包括用于控制对于所述系统基础芯片的电源质量的防反滤波电路模块。

6.根据权利要求5所述的一种电池管理系统接触器控制系统，其特征在于，所述的防反滤波电路模块的供电电压为12V。

7.根据权利要求1所述的一种电池管理系统接触器控制系统，其特征在于，所述的接触器低边驱动模块包括用于与所述微控制器进行SPI通讯的低边预驱动模块和与所述低边预驱动模块输出端相连接的用于控制输出给所述接触器的信号的MOSFET开关管。

8.根据权利要求7所述的一种电池管理系统接触器控制系统，其特征在于，所述的MOSFET开关管采用N沟道增强型MOSFET开关管。

9.根据权利要求1所述的一种电池管理系统接触器控制系统，其特征在于，所述的微控制器的供电电压为5V。

10.一种基于如权利要求1至9任一项所述的电池管理系统接触器控制系统的控制方法，其特征在于，该控制方法具体包括：

当电池管理系统没有故障时，所述系统基础芯片的功能安全输出使能端FS1B为高电平，此时所述微控制器发出的高边以及低边驱动信号与经过所述电路保持电路模块后的信号保持一致；

当所述微控制器发生故障无法正确应答所述系统基础芯片的问答式看门狗，或所述微控制器诊断出自身出现与功能安全定义相应的非预期硬件故障时，此时所述微控制器的使能端FSP[0]fault signaling protocol信号为低电平，经过所述电路保持电路模块后的信号仍为之前正常运行的信号状态，此时所述系统基础芯片已通过SPI通讯获知驱动控制端的状态，经过t时间后所述功能安全输出使能端FS1B为低电平，与所述电路保持电路模块输出的信号相与并输出低电平，通过所述接触器高边驱动模块和所述接触器低边驱动模块，触发强制关断所述接触器，t时间段内所述系统基础芯片强制复位所述微控制器后，所述微控制器自我检测排除故障后重新恢复所述使能端FSP[0]fault signaling protocol，同时所述功能安全输出使能端FS1B输出高电平，并通过所述电路保持电路模块、所述接触器高边驱动模块和所述接触器低边驱动模块相配合以重新控制吸合所述接触器。

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