CN113022313B - Vcu断电保护电路、断电控制方法、系统和工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明涉及VCU断电保护电路，为解决现有纯电动工程机械钥匙开关从HV挡直接到OFF挡时VCU没有足够时间响应执行整车高压下电程序的问题；提供一种VCU断电保护电路、断电控制方法、系统和工程机械，其中VCU断电保护电路包括中，继电器的线圈接线端分别与VCU供电电源和VCU的LS端口连接，继电器动静触点端子分别与VCU供电电源和VCU电源端口连接；VCU钥匙开关ON挡信号断开后VCU控制其LS端口使继电器处于闭合状态直至VCU判断各高压部件已关闭。本发明在ON挡信号丢失后延时至高压部件关闭后断电，使得VCU具有足够的时间响应执行整车高压下电程序，避免高压部件带负载切断高压。

Description

VCU断电保护电路、断电控制方法、系统和工程机械

技术领域

本发明涉及一种断电保护电路，更具体地说，涉及一种VCU断电保护电路、断电控制方法、系统和工程机械。

背景技术

纯电动工程机械是以动力电池为动力源，电机作为执行结构提供输出扭矩。VCU(整机控制器)作为纯电动工程机械的核心控制单元，控制整车所有高压部件的工作，关系到整车的安全及能效。对于电池系统的高压盒、电机、多合一高压配电箱等高压部件，必须遵循高压上下电的流程，按照程序设定的顺序依次接通或断开。

纯电动工程机械的VCU上电控制电路通常由钥匙开关控制，钥匙开关通常有三个挡位，分别是OFF挡、ON挡、HV挡，钥匙开关的ON挡与VCU的唤醒上电端口连接，钥匙开关的HV挡与VCU的启动端口连接，钥匙开关处于ON挡时，VCU的上电唤醒，钥匙开关处于HV挡时，VCU依据车况进入上高压流程。

纯电动工程机械的电压平台通常在300VDC以上，属于危险电压，很多操作者在不使用机器时，停机时习惯快速的将钥匙开关从高压挡(HV挡)直接拧到OFF挡对整车系统下电，此时VCU电源瞬间被切断，整车很多关键数据没法保存，且没有足够时间响应并执行整车高压下电程序，则无法控制多合一配电箱、BMS(电池管理系统)、电机控制器等高压部件按照程序定义的顺序进行下电。频繁的带负载切断高压，极易导致高压接触器发生粘连故障，影响高压接触器的使用寿命，同时也存在一定的安全隐患，整车控制系统的安全无法得到有效保障。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有纯电动工程机械钥匙开关从HV挡直接到OFF挡时VCU没有足够时间响应执行整车高压下电程序的问题，而提供一种VCU断电保护电路、断电控制方法和工程机械，使得钥匙开关从高压挡(HV挡)直接拧到OFF挡时VCU具有足够时间响应执行整车高压下电程序。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种VCU断电保护电路，包括VCU、VCU供电电源、与VCU供电电源连接的钥匙开关，所述钥匙开关的ON挡与VCU对应端口连接，其特征在于包括还包括继电器，所述继电器的线圈接线端分别与VCU供电电源和VCU的LS端口连接，所述继电器的动静触点端子分别与VCU供电电源和VCU的电源端口连接；所述VCU的钥匙开关ON挡信号断开后VCU控制其LS端口使继电器处于闭合状态直至VCU判断各高压部件已关闭。

在本发明中，当钥匙开关从HV挡直接转动至OFF挡位时，VCU并不立刻断电，而是根据高压部件的情况延时，在高压部件关闭后再对VCU断电，使得VCU具有足够的时间响应执行整车高压下电程序，避免高压部件带负载切断高压。

上述VCU断电保护电路中，所述钥匙开关的ON挡与所述VCU的钥匙开关ON挡信号端口连接，所述钥匙开关的ON挡同时经二级管与VCU的电源端口连接，钥匙开关的ON挡导通时VCU供电电源经所述二级管向VCU提供VCU唤醒电流。在本发明中，当钥匙开关转动至ON挡时，VCU从钥匙开关ON挡信号端口获取钥匙开关ON挡信号，并从VCU的电源端口获取较小的电流，用于VCU唤醒。当钥匙开关转动至HV挡时，VCU控制其LS端口使继电器处于闭合状态，VCU使能各高压部件。

上述VCU断电保护电路中，所述VCU包括主VCU、至少一个和主VCU通过CAN总线通讯连接的副VCU；所述钥匙开关的ON挡与主VCU的钥匙开关ON挡信号端口连接，各个VCU的电源端口各自通过一个继电器与所述VCU供电电源连接，各个继电器的线圈接线端分别与VCU供电电源和主VCU的LS端口连接；各VCU的电源端口各自经一个二级管与钥匙开关的ON挡连接。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种VCU断电控制方法，用于上述VCU断电保护电路，其特征在于VCU检测其钥匙开关ON挡信号；当钥匙开关ON挡信号丢失时VCU在其LS端口输出使继电器保持闭合的延时信号并检测各高压部件的状态，当各高压部件的按程序完成下电操作而关闭时VCU关闭其LS端口的延时信号。

上述VCU断电控制方法中，当钥匙开关ON挡信号丢失且具有高压部件未关闭时，VCU判断各高压部件是否满足下高压的条件，若不满足则继续使能各高压部件，若各高压满足下高压条件时VCU则进入到下电的流程关闭各高压部件。

上述VCU断电控制方法中，VCU进入到下电的流程时先VCU关闭各高压部件的工作后再断开整车端高压接触器，将下高压指令和整车端高压接触器状态发送给BMS，BMS接收到整车端的下高压指令和高压接触器状态后，断开BMS端的高压接触器，VCU根据各高压部件发出的报文判断各高压部件是否已经完全关闭。

上述VCU断电控制方法中，当钥匙开关ON挡信号丢失后VCU进入到下电的流程时，若下电流程用时超过预定时间时VCU关闭其LS端口的延时信号。

一种控制系统，其特征在于具有前述的VCU断电保护电路。

一种工程机械，其特征在于其包前述的控制系统。

一种工程机械，其特征在于VCU包括存储器和处理器，所述存储器用于存储程序指令，所述程序指令用于所述处理器进行操作以执行前述的VCU断电控制方法。工程机械可以是纯电动装载机。

本发明与现有技术相比，本发明在钥匙开关从HV挡直接转动至OFF挡位时，VCU根据高压部件的情况延时，在高压部件关闭后再对VCU断电，使得VCU具有足够的时间响应执行整车高压下电程序，避免高压部件带负载切断高压。

附图说明

图1是本发明VCU断电保护电路的原理图。

图2是本发明工程机械控制系统的上下电控制流程图。

图中零部件名称及序号：

VCU断电保护电路10、VCU供电电源11、钥匙开关12、继电器13、二级管14、VCU 2、主VCU 21、副VCU22、显示器3、高压部件4。

具体实施方式

下面结合附图说明具体实施方案。

图1示出的VCU断电保护电路属于工程机械控制系统的一部分，用于工程机械VCU上下电控制。

如图1所示，VCU断电保护电路10包括VCU20、VCU供电电源11、与VCU供电电源连接的钥匙开关12、多个继电器13。VCU20包括主VCU(VCU A)21和副VCU(VCU B)22。VCU20用于控制BMS(电池管理系统)、MCU(电机控制器)、多合一高压配电箱等高压部件4。

主VCU21和副VCU22通过CAN总线通讯连接。在每个VCU上都设置有至少一个用于与VCU供电电源(通常是24伏蓄电池)连接的电源端口(+电源)，在主VCU21上还设置有用于与钥匙开关连接的对应端口和LS端口(延时信号)，钥匙开关连接的端口包括钥匙开关ON挡信号端口(钥匙信号)、钥匙开关HV挡信号端口(图中未示)。

钥匙开关12与VCU供电电源11连接，其ON挡接线端子与主VCU21的匙开关ON挡信号端口连接，HV挡与主VCU21的匙开关HV挡信号端口连接。

各个VCU的电源端口各自通过一个继电器13与VCU供电电源11，即对应于各个VCU的各电源端口都配置一个继电器13，继电器13的动静触点分别与VCU供电电源11和VCU的电源端口连接。各个继电器的电磁线圈的一端与VCU供电电源，另一端均与主VCU的LS端口连接。各个VCU的电源端口各自通过一个二级管14与匙开关的ON挡接线端子连接。充电状信号端子与主VCU的充电连接信号端口连接，并通过一个二级管与各VCU的电源端口连接。

本实施例中工程机械控制系统的控制原理如图2所示。VCU检测钥匙开关ON挡信号和充电连接信号，若检测到其中的一种，则启动系统，并根据检测到的信号做出相应的控制，例如当检测到CC2或者A+信号时，进入充电流程，若充电过程检测到故障，则VCU会唤醒显示器3或仪表。若检测到钥匙开关的ON挡信号，VCU供电电源通过钥匙开关的ON挡和二级管，给VCU提供一个较小的电流，用于唤醒VCU，VCU在LS端口输出LS(relay control)信号，使各继电器的电磁线圈通电，各继电器闭合，各VCU的电源端口各自通过对应的继电器与VCU供电电源接通，实现VCU通电，VCU通电后进行自检。

当钥匙开关由ON挡转动至HV挡时，VCU判断是否满足上高压的条件，如果满足上高压的条件，VCU会进入上高压的流程；如果不满足上高压的条件则提示上高压失败。若上高压电成功，VCU按照一定的逻辑顺序使能各高压部件，工程机械进入作业准备状态。

当钥匙开关由HV挡转动至ON挡时，VCU会先判断是否满足下高压的条件，若不满足，则会继续使能各高压部件继续工作，若满足下高压条件，VCU则进入到下电的流程，先关闭各高压部件的工作，断开整车端高压接触器，将下高压指令和整车端高压接触器状态发送给BMS，BMS接收到整车端的下高压指令和高压接触器状态后，断开BMS端的高压接触器。VCU根据MCU(电机控制器)和BMS等高压部件发出的报文判断电机和电池系统等是否已经完全关闭，若高压系统未完全关闭，VCU继续执行下电流程，直至电机和电池系统等高压系统完全关闭；如果高压系统经过一定时间后仍没能正常关闭，VCU会强制断开整车端高压接触器，保证高压系统处于断电状态。

如果各高压部件已经完全关闭，VCU判断钥匙开关是否在ON挡，若不在ON挡(例如匙开关拧到OFF挡)，VCU切断LS端口的延时信号，VCU进入关机状态。若钥匙开关在ON挡，则LS端口的延时信号继续保持输出，通过VCU断电保护电路控制，使VCU的电源端(+BAT)通电，继续接通VCU电源电源，VCU处于唤醒状态。

若操作者将钥匙开关从HV挡直接扭到OFF挡，钥匙开关ON挡信号丢失，VCU电源不会立刻被切断，LS端口的延时信号会继续保持输出，VCU会先按照程序设定的下高压流程进行下电控制，直至所有高压部件都关闭后，延时断电保护电路才切断VCU的电源。若高压系统经过一定时间后仍无法关闭，VCU会强制断开整车端高压接触器，使高压系统处于断电状态，确保人和机器的安全。钥匙开关从HV挡直接扭到OFF挡时各高压部件的下高压流程与钥匙开关从HV挡直接扭到ON挡时的下高压流程相同。

在本实施例中，工程机械的VCU包括存储器和处理器，存储器用于存储程序指令，程序指令用于处理器进行操作以执行上述的控制系统的控制方法，包括执行其中的VCU断电控制方法。

在本实施例中，VCU的电源端口接入的电源与钥匙开关控制的电源完全独立，延时断电只延时切断VCU的电源端口接入的电源，而不是延时切断VCU的钥匙开关控制的电源，整车经过钥匙开关控制的电源不受影响。

本发明中，可以不考虑VCU的数据存储和高压系统关闭的时长，当操作者从整车高压状态直接关闭钥匙电源(钥匙开关从HV挡直接扭到OFF挡)，不影响VCU的供电，VCU在完成数据保存及高压部件下电后再关断VCU电源，确保整车不带负载切断高压电源，减少高压接触器粘连的风险。

Claims (9)

1.一种VCU断电保护电路，包括VCU、VCU供电电源、与VCU供电电源连接的钥匙开关，其特征在于还包括继电器，所述继电器的线圈接线端分别与VCU供电电源和VCU的LS端口连接，所述继电器的动静触点端子分别与VCU供电电源和VCU的电源端口连接；所述VCU的钥匙开关ON挡信号断开后VCU控制其LS端口使继电器处于闭合状态直至VCU判断各高压部件已关闭；所述钥匙开关的ON挡与所述VCU的钥匙开关ON挡信号端口连接，所述钥匙开关的ON挡同时经二级管与VCU的电源端口连接，钥匙开关的ON挡导通时VCU供电电源经所述二级管向VCU提供VCU唤醒电流且VCU在LS端口输出使各继电器闭合的信号。

2.根据权利要求1所述的VCU断电保护电路，其特征在于所述VCU包括主VCU、至少一个和主VCU通过CAN总线通讯连接的副VCU；

所述钥匙开关的ON挡与主VCU的钥匙开关ON挡信号端口连接，各个VCU的电源端口各自通过一个继电器与所述VCU供电电源连接，各个继电器的线圈接线端分别与VCU供电电源和主VCU的LS端口连接；各VCU的电源端口各自经一个二级管与钥匙开关的ON挡连接。

3.一种VCU断电控制方法，用于权利要求1中的VCU断电保护电路，其特征在于VCU检测其钥匙开关ON挡信号；当钥匙开关ON挡信号丢失时VCU在其LS端口输出使继电器保持闭合的延时信号并检测各高压部件的状态，当各高压部件的按程序完成下电操作而关闭时VCU关闭其LS端口的延时信号。

4.根据权利要求3所述的VCU断电控制方法，其特征在于当钥匙开关ON挡信号丢失且具有高压部件未关闭时，VCU判断各高压部件是否满足下高压的条件，若不满足则继续使能各高压部件，若各高压满足下高压条件时VCU则进入到下电的流程关闭各高压部件。

5.根据权利要求4所述的VCU断电控制方法，其特征在于VCU进入到下电的流程时先VCU关闭各高压部件的工作后再断开整车端高压接触器，将下高压指令和整车端高压接触器状态发送给BMS，BMS接收到整车端的下高压指令和高压接触器状态后，断开BMS端的高压接触器，VCU根据各高压部件发出的报文判断各高压部件是否已经完全关闭。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的VCU断电控制方法，其特征在于当钥匙开关ON挡信号丢失后VCU进入到下电的流程时，若下电流程用时超过预定时间时VCU关闭其LS端口的延时信号。

7.一种控制系统，其特征在于具有权利要求1至2中任一项所述的VCU断电保护电路。

8.一种工程机械，其特征在于其包含权利要求7中所述的控制系统。

9.一种工程机械，其特征在于，VCU包括存储器和处理器，所述存储器用于存储程序指令，所述程序指令用于所述处理器进行操作以执行根据权利要求3-6中任一项所述的VCU断电控制方法。

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