CN116039381A - 一种电动汽车电源系统的上下电控制电路以及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车电源系统的上下电控制电路以及控制方法，所述电动汽车电源系统包括电机控制器、高压动力电池和低压蓄电池，所述电机控制器包括控制单元和所述上下电控制电路，所述上下电控制电路包括低压供电电路和高压供电电路，所述低压蓄电池通过所述低压供电电路分别与低压负载和所述控制单元相连，所述高压动力电池通过所述高压供电电路与电机相连；根据所述控制单元的控制指令控制所述低压供电电路和所述高压供电电路选择性地接通或关断进行电动汽车电源系统的上下电。本发明在控制单元的控制下实现电源系统的上下电过程，相比于现有的电池管理系统(BMS)和电机控制器协同控制的方式，上下电过程更为简单，降低了系统复杂度以及成本。

Description

一种电动汽车电源系统的上下电控制电路以及控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种电动汽车电源系统的上下电控制电路以及控制方法。

背景技术

现有电动汽车电源系统由高压动力电池、电池管理系统(BMS)、充电机等多个控制子系统构成，系统上下电控制由电池管理系统(BMS)、电机控制器协同方式实现高压控制，上下电过程较为复杂，系统复杂度高，大大增加了电源系统集成成本。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种上下电过程简单、降低系统复杂度以及成本的上下电控制电路以及控制方法。

为实现上述目的，本发明的电动汽车电源系统的上下电控制电路，所述电动汽车电源系统包括电机控制器、高压动力电池和低压蓄电池，所述电机控制器包括控制单元和所述上下电控制电路，所述上下电控制电路包括低压供电电路和高压供电电路，所述低压蓄电池通过所述低压供电电路分别与低压负载和所述控制单元相连，所述高压动力电池通过所述高压供电电路与电机相连；根据所述控制单元的控制指令控制所述低压供电电路和所述高压供电电路选择性地接通或关断进行电动汽车电源系统的上下电。

进一步，所述低压供电电路包括第一供电支路和第二供电支路，所述低压蓄电池通过所述第一供电支路与所述控制单元相连，所述低压蓄电池通过所述第二供电支路与所述低压负载相连。

进一步，所述第一供电支路包括ON档开关和电源控制芯片，所述低压蓄电池依次经所述开关和所述电源控制芯片与所述控制单元相连。

进一步，所述第二供电支路包括电源芯片组，所述低压蓄电池依次经过电源芯片组与低压负载相连。

进一步，所述高压供电电路包括预充接触器K4、预充电阻R1、总正接触器K5、总负接触器K6、母线电容C1、放电接触器K3和放电电阻R2，所述高压动力电池经总正接触器K5和总负接触器K6与高压负载相连，所述高压动力电池经预充接触器K4、预充电阻R1和K5总正接触器并联后与母线电容C1相连，所述母线电容C1并联于预充电阻后端动力电源正负侧，所述母线电容C1的输出侧与放电接触器K3、放电电阻R2相连。

进一步，电动汽车电源系统上电时控制所述低压供电电路导通，通过所述低压蓄电池向所述控制单元供电，所述控制单元发出控制指令控制所述高压供电电路导通，通过所述高压动力电池向所述母线电容C1预充电，在母线电容C1预充完成后高压部分完成上电；电源系统下电时控制所述低压供电电路关断，使所述低压蓄电池与所述控制单元以及低压负载之间断开掉电、控制所述高压供电电路关断，使所述高压动力电池与电机之间断开，所述母线电容C1经放电接触器K3与放电电阻R2进行放电。

进一步，还包括充电电路，所述充电电路包括DCDC模块、继电器K2、K1，所述高压动力电池经所述DCDC模块、继电器K2、K1与所述低压蓄电池相连；电动汽车电源系统上电时如果所述低压蓄电池需要充电，所述控制单元发出控制指令控制继电器K2、K1导通由高压动力电池向低压蓄电池充电。

本发明的第二方面提供一种电动汽车电源系统的上下电控制方法，利用如上述的上下电控制电路，该上下电控制方法包括如下步骤：

在电动汽车电源系统上电时通过所述低压供电电路控制低压蓄电池与控制单元导通并向其供电；

根据控制单元的控制指令控制所述高压控制电路选择性地接通进行母线电容预充电、高压负载的上电、低压负载的上电以及低压蓄电池的充电；

在电动汽车电源系统下电时通过ON档开关断开，使低压蓄电池与控制单元之间关断，通过硬件电路主动放电；

控制单元掉电使所述高压供电电路选择性地断开进行高压负载的下电、低压负载的下电以及母线电容放电。

进一步，根据控制单元的控制指令控制所述高压供电电路选择性地接通进行母线电容预充电、高压负载的上电、低压负载的上电以及低压蓄电池的充电包括：

所述控制单元发出控制指令控制所述高压供电电路的预充接触器K4和总负接触器K6导通通过充电回路进行母线电容预充电；

所述控制单元发出控制指令控制继电器K2导通，通过低压上电回路进行低压负载的上电；

在母线电容C1预充电完成后控制所述高压供电电路的预充接触器K4、放电接触器K3关断、总正接触器K5和总负接触器K6导通通过高压上电回路进行高压负载的上电；

系统检测到低压蓄电池需要充电时，控制单元发出控制指令控制充电电路的继电器K2、K1导通由高压动力电池向低压蓄电池充电。

进一步，控制单元掉电使所述高压供电电路选择性地断开进行高压负载的下电、低压负载的下电以及母线电容放电包括：

所述控制单元掉电，使预充接触器K4、总正接触器K5、总负接触器K6、继电器K2、继电器K1均关断，进行高压负载的下电和低压负载的下电；

所述控制单元掉电，使预充接触器K4、总正接触器K5、总负接触器K6、继电器K2和继电器K1均关断，放电接触器K3导通进行母线电容C1放电。

本发明在电机控制器的控制下实现电源系统的上下电过程，相比于现有的电池管理系统(BMS)和电机控制器协同控制的方式，上下电过程更为简单，降低了系统复杂度以及成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本发明一实施例电动汽车电源系统的上下电控制电路的示意图；

图2为本发明一实施例电动汽车电源系统的上电控制流程示意图；

图3为本发明一实施例电动汽车电源系统的下电控制流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明的电动汽车电源系统的上下电控制电路，所述电动汽车电源系统包括电机控制器、高压动力电池和低压蓄电池，所述电机控制器包括控制单元1和所述上下电控制电路，所述上下电控制电路包括低压供电电路2和高压供电电路3，所述低压蓄电池通过所述低压供电电路分别与低压负载和所述控制单元1相连，所述高压动力电池通过所述高压供电电路3与电机相连；根据所述控制单元1的控制指令控制所述低压供电电路2和所述高压供电电路3选择性地接通或关断进行电动汽车电源系统的上下电。

在本发明一实施例中，所述低压供电电路2包括第一供电支路21和第二供电支路22，所述低压蓄电池通过所述第一供电支路21与所述控制单元1相连，所述低压蓄电池通过所述第二供电支路22与所述低压负载相连。

所述第一供电支路21包括ON档开关、电源控制芯片，所述低压蓄电池依次经所述ON档开关和所述电源控制芯片与所述控制单元1相连。在实际应用中，第一供电支路21负责电源控制芯片以及MCU与其外围电路供电，控制单元1实现电机控制器整体输入信号处理、决策判断以及控制信号输出，由低压蓄电池供电。当驾驶员按下车辆启动按开关，ON档开关导通，低压蓄电池通过电源控制芯片LM2596-3.3输出3.3V电压，MCU实现供电。

所述第二供电支路22包括电源芯片组，所述低压蓄电池依次经过电源芯片组与低压负载相连。在实际应用中，第二供电支路22负责电压传感器、电流传感器、逆变电路功率器件、旋转变压器激励、旋转变压器输入信号处理、控制器通讯电路等部分供电。正负15V由URA-15芯片输出，正12V由LM2596-12输出，正5V由LM2596-5输出，正3.3V由AS1117-3.3输出。当控制单元MCU上电后，由MCU控制继电器K2导通，低压集成电路电源部分上电，低压部分上电完成。

所述高压供电电路3包括预充接触器K4、预充电阻R1、总正接触器K5、总负接触器K6、母线电容C1、放电接触器K3和放电电阻R2，所述高压动力电池经总正接触器K5和总负接触器K6与高压负载相连，所述高压动力电池经预充接触器K4、预充电阻R1和K5总正接触器并联后与母线电容C1相连，所述母线电容C1并联于预充电阻后端动力电源正负侧，所述母线电容C1的输出侧与放电接触器K3、放电电阻R2相连。在实际应用中，高压控制电路3实现对高压动力电池输出控制，由车载充电机、预充接触器K4、总正接触器K5、总负接触器K6、预充电阻R1、母线电容C1、放电接触器K3、放电电阻R2组成。当车辆充电时由车载充电机向高压动力电池充电，由预充接触器K4与预充电阻R1实现预充，放电接触器K3与放电电阻R2实现电机控制器高压部分与高压动力电池断电后母线电容主动放电。三相桥逆变电路在MCU控制下向驱动电机供电，实现对电机的控制。

电动汽车电源系统上电时控制所述低压供电电路2导通，通过所述低压蓄电池向所述控制单元1供电，所述控制单元1发出控制指令控制所述高压供电电路3导通，通过所述高压动力电池向所述母线电容C1预充电，在母线电容C1预充完成后高压部分完成上电；电源系统下电时控制所述低压供电电路2关断，使所述低压蓄电池与所述控制单元1以及低压负载之间断开掉电、控制所述高压供电电路3关断，使所述高压动力电池与电机之间断开，所述母线电容C1经放电接触器K3与放电电阻R2进行放电。

在本发明一实施例中，上下电控制电路还包括充电电路4，所述充电电路4包括DCDC模块、继电器K2、K1，所述高压动力电池经所述DCDC模块、继电器K2、K1与所述低压蓄电池相连；电动汽车电源系统上电时如果所述低压蓄电池需要充电，所述控制单元1发出控制指令控制继电器K2、K1导通由高压动力电池向低压蓄电池充电。

本发明电动汽车电机控制器电源整体系统进行集成，对系统高低压上下电过程进行简化，实现由电机控制器完成对高低压电源的控制，系统整体结构更加紧凑，降低硬件了成本，减小了系统体积。

如图2所示，电动汽车电源系统上电由控制单元MCU进行控制，电源系统上电包括以下步骤：

1)电动汽车电源系统上电时第一供电支路的ON档开关导通使所述低压蓄电池与所述控制单元接通向其供电。

2)控制单元发出控制指令控制低压继电器K2导通，电机控制器内部集成电路上电工作。

3)控制单元控制预充接触器K4、总负接触器K6导通，控制常闭放电接触器K3关断。高压动力电池与控制器母线电容C1接通，开始预充。

4)检测母线电容C1两端电压，电压达到额定电压90％时，MCU控制预充接触器K4关断，同时控制总正接触器K5导通。预充完成，高压动力电池通过总正接触器K5、总负接触器K6连接到母线电容C1。

5)检测低压蓄电池是否需要充电，需要充电时则控制继电器K1闭合导通，不需要则不导通。

6)上电完成。

如图3所示，电动汽车电源系统下电由硬件自动实现，电源系统下电包括以下步骤：

1)电动汽车电源系统下电时第一供电支路的ON档开关关断，控制单元下电。

2)各继电器以及接触器控制信号变为低电平状态，常开接触器K4、K5、K6断开，高压供电电路与高压动力电池连接断开。

3)常开继电器K1、K2断开，低压供电电路下电，同时低压蓄电池停止充电。

4)常闭放电接触器K3导通，母线电容储存的电能开始通过放电电阻放电，电压逐渐下降到安全电压。

5)下电完成。

本发明放电接触器K3为常闭接触器，在没有控制信号时为接通状态。K4预充接触器、K5总正接触器、K6总负接触器为常开接触器，在没有控制信号时保持关断状态。利用继电器与接触器在没有控制信号时保持常开与常闭状态的特性，可以实现ON档关断后高低压自行完成下电与放电的工作，简化了下电流程。

综上，本发明在电机控制器的控制下实现电源系统的上下电过程，相比于现有的电池管理系统(BMS)和电机控制器协同控制的方式，上下电过程更为简单，降低了系统复杂度以及成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动汽车电源系统的上下电控制电路，其特征在于，所述电动汽车电源系统包括电机控制器、高压动力电池和低压蓄电池，所述电机控制器包括控制单元和所述上下电控制电路，所述上下电控制电路包括低压供电电路和高压供电电路，所述低压蓄电池通过所述低压供电电路分别与低压负载和所述控制单元相连，所述高压动力电池通过所述高压供电电路与电机相连；根据所述控制单元的控制指令控制所述低压供电电路和所述高压供电电路选择性地接通或关断进行电动汽车电源系统的上下电。

2.如权利要求1所述的上下电控制电路，其特征在于，所述低压供电电路包括第一供电支路和第二供电支路，所述低压蓄电池通过所述第一供电支路与所述控制单元相连，所述低压蓄电池通过所述第二供电支路与所述低压负载相连。

3.如权利要求2所述的上下电控制电路，其特征在于，所述第一供电支路包括ON档开关和电源控制芯片，所述低压蓄电池依次经所述开关和所述电源控制芯片与所述控制单元相连。

4.如权利要求2所述的上下电控制电路，其特征在于，所述第二供电支路包括电源芯片组，所述低压蓄电池依次经过电源芯片组与低压负载相连。

5.如权利要求1所述的上下电控制电路，其特征在于，所述高压供电电路包括预充接触器K4、预充电阻R1、总正接触器K5、总负接触器K6、母线电容C1、放电接触器K3和放电电阻R2，所述高压动力电池经总正接触器K5和总负接触器K6与高压负载相连，所述高压动力电池经预充接触器K4、预充电阻R1和K5总正接触器并联后与母线电容C1相连，所述母线电容C1并联于预充电阻后端动力电源正负侧，所述母线电容C1的输出侧与放电接触器K3、放电电阻R2相连。

6.如权利要求5所述的上下电控制电路，其特征在于，电动汽车电源系统上电时控制所述低压供电电路导通，通过所述低压蓄电池向所述控制单元供电，所述控制单元发出控制指令控制所述高压供电电路导通，通过所述高压动力电池向所述母线电容C1预充电，在母线电容C1预充完成后高压部分完成上电；电源系统下电时控制所述低压供电电路关断，使所述低压蓄电池与所述控制单元以及低压负载之间断开掉电、控制所述高压供电电路关断，使所述高压动力电池与电机之间断开，所述母线电容C1经放电接触器K3与放电电阻R2进行放电。

7.如权利要求1所述的上下电控制电路，其特征在于，还包括充电电路，所述充电电路包括DCDC模块、继电器K2、K1，所述高压动力电池经所述DCDC模块、继电器K2、K1与所述低压蓄电池相连；电动汽车电源系统上电时如果所述低压蓄电池需要充电，所述控制单元发出控制指令控制继电器K2、K1导通由高压动力电池向低压蓄电池充电。

8.一种电动汽车电源系统的上下电控制方法，其特征在于，利用如权利要求1-7任一项所述的上下电控制电路，该上下电控制方法包括如下步骤：

在电动汽车电源系统上电时通过所述低压供电电路控制低压蓄电池与控制单元导通并向其供电；

根据控制单元的控制指令控制所述高压控制电路选择性地接通进行母线电容预充电、高压负载的上电、低压负载的上电以及低压蓄电池的充电；

在电动汽车电源系统下电时通过ON档开关断开，使低压蓄电池与控制单元之间关断，通过硬件电路主动放电；

控制单元掉电使所述高压供电电路选择性地断开进行高压负载的下电、低压负载的下电以及母线电容放电。

9.如权利要求8所述的上下电控制方法，其特征在于，根据控制单元的控制指令控制所述高压供电电路选择性地接通进行母线电容预充电、高压负载的上电、低压负载的上电以及低压蓄电池的充电包括：

所述控制单元发出控制指令控制所述高压供电电路的预充接触器K4和总负接触器K6导通通过充电回路进行母线电容预充电；

所述控制单元发出控制指令控制继电器K2导通，通过低压上电回路进行低压负载的上电；

在母线电容C1预充电完成后控制所述高压供电电路的预充接触器K4、放电接触器K3关断、总正接触器K5和总负接触器K6导通通过高压上电回路进行高压负载的上电；

系统检测到低压蓄电池需要充电时，控制单元发出控制指令控制充电电路的继电器K2、K1导通由高压动力电池向低压蓄电池充电。

10.如权利要求8所述的上下电控制方法，其特征在于，控制单元掉电使所述高压供电电路选择性地断开进行高压负载的下电、低压负载的下电以及母线电容放电包括：

所述控制单元掉电，使预充接触器K4、总正接触器K5、总负接触器K6、继电器K2、继电器K1均关断，进行高压负载的下电和低压负载的下电；

所述控制单元掉电，使预充接触器K4、总正接触器K5、总负接触器K6、继电器K2和继电器K1均关断，放电接触器K3导通进行母线电容C1放电。

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