CN201385585Y - 电动汽车动力电池的断电控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电动汽车动力电池的断电控制装置。在本实用新型中电动汽车动力电池的断电控制装置包括串联于动力电池与电动汽车的牵引电机控制器之间的接触器，以及通过隔离器控制接触器的两触点导通或断开的整车控制器。这样，由于整车控制器能够获知电动汽车的各子系统是否出现故障，因而当电动汽车中的某个子系统出现故障、并影响电动汽车的正常运行时，整车控制器即可自动通过隔离器控制接触器的两触点断开，以切断动力电池组所输出的直流电。进一步地，本实用新型还可利用电动汽车中现有的安全气囊模块的输出来控制接触器的两触点断开。
Description
技术领域
本实用新型涉及工业控制技术，特别涉及一种电动汽车动力电池的断电控制装置。
背景技术
图1为现有电动汽车动力系统的示例性结构图。如图1所示，电动汽车、尤其是纯电动汽车的主要动力均来自牵引电机13；为了向牵引电机13提供必要的动能，动力电池组11向牵引电机控制器12提供直流电，该直流电经牵引电机控制器12逆变成三相交流电后，即可拖动牵引电机13运转。
此外，参见图1并结合图2，为了实现动力电池组11与牵引电机控制器12之间的通电和断电，现有技术将该动力电池组11和牵引电机控制器12通过接触器14的两触点串联，接触器14的两触点通常串联于动力电池11与电动汽车的牵引电机控制器12之间的正极线路；这样，由电动汽车的钥匙开关所产生信号，该信号通过继电器15来控制接触器14两触点的导通和断开。
上述方式虽然能够控制动力电池组11与牵引电机控制器12之间的通电和断电，但却存在如下问题：
当电动汽车中的某个子系统出现故障、并影响电动汽车的正常运行时，只能依靠驾驶员手动关闭钥匙开关来切断动力电池组11所输出的直流电，而无法自动切断动力电池组11所输出的直流电，进而容易导致已出现故障的子系统进一步产生短路等损害；
更为严重的是，当电动汽车发生碰撞时，容易导致车身前舱产生机械变形，进而导致动力电池组11与牵引电机控制器12之间的正负极线路短路、甚至是爆炸起火现象，由此，极有可能导致驾乘员触电、灼伤等危害发生。
可见，现有技术中动力电池组11与牵引电机控制器12之间的通电和断电控制方式的可靠性和安全性不高。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种电动汽车动力电池的断电控制装置，相较于现有断电控制方式具有较高的可靠性和安全性。
本实用新型提供的一种电动汽车动力电池的断电控制装置，包括：
串联于动力电池与电动汽车的牵引电机控制器之间的接触器；
通过隔离器控制所述接触器导通或断开的整车控制器。
所述整车控制器的输出为高电平时表示断电，且所述隔离器包括：光电耦合器和开关管，其中，
所述光电耦合器，其阳极通过第一限流电阻与第二电源相连；阴极与所述整车控制器表示接触器通断的一路输出相连、还通过阻值远大于第一限流电阻的上拉电阻与第二电源相连；集电极与第三电源相连；发射极通过第三限流电阻与开关管的栅极相连、还通过阻值远大于第三限流电阻的第四限流电阻接地；
所述开关管为PNP型MOS管，其漏极与所述接触器的线圈控制端负极相连，所述接触器的线圈控制端正极连接第一电源，所述漏极还通过第五限流电阻与第三电源相连，且其源极接地。
所述开关管的源极进一步与电动汽车的安全气囊模块在电动汽车碰撞时输出低电平的输出端相连。
所述开关管的漏极进一步通过滤波电容接地。
进一步具有二极管串联于所述开关管的漏极与第三电源之间。
进一步具有第一发光二极管串联于第三电源与所述光电耦合器的集电极之间。
所述第一、三、四电源的电压为12伏；
所述第二电源电压为3.3伏；
所述第一、三限流电阻的阻值为1千欧姆；
所述上拉电阻、以及所述第四、五限流电阻的阻值为10千欧姆。
所述整车控制器进一步具有可令牵引电机停止运行的指令的输出、并通过控制器局域网总线与所述牵引电机控制器的输入端相连。
由上述技术方案可见，本实用新型中电动汽车动力电池的断电控制装置包括串联于动力电池与电动汽车的牵引电机控制器之间的接触器，以及通过隔离器控制接触器的两触点导通或断开的整车控制器。这样，由于整车控制器能够获知电动汽车的各子系统是否出现故障，因而当电动汽车中的某个子系统出现故障、并影响电动汽车的正常运行时，整车控制器即可自动通过隔离器控制接触器的两触点断开，以切断动力电池组所输出的直流电，进而能够避免已出现故障的子系统进一步产生短路等损害。
进一步地，本实用新型还可利用电动汽车中现有的安全气囊模块的输出来控制接触器的两触点断开。这样，当电动汽车发生碰撞时，安全气囊模块会自动输出一信号、并通过隔离器来控制接触器的两触点自动断开，从而即便车身前舱由于碰撞而产生机械变形，也不会导致动力电池组与牵引电机控制器之间的正负极短路、更不会导致爆炸起火现象。
附图说明
图1为现有电动汽车动力系统的示例性结构图；
图2为现有动力电池断电控制电路的结构示意图；
图3为本实用新型实施例中的一种断电控制装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型进一步详细说明。
图3为本实用新型实施例中的一种断电控制装置的结构示意图。如图3所示，在本实施例中，断电控制装置包括：
串联于动力电池与电动汽车的牵引电机控制器之间的与现有技术相同的接触器14；
以及，通过隔离器30控制接触器14的两触点导通或断开的整车控制器31。
在图3中，整车控制器31可以为现有任意一种电动汽车中的整车控制器，且该整车控制器31的输入端与电动汽车中的各子系统相连(图3中并未示出)、以获知各子系统是否出现故障。这样，当电动汽车中的某个子系统出现故障、并影响电动汽车的正常运行时，整车控制器31即可通过隔离器30控制接触器14的两触点断开，以自动切断如图1所示动力电池组11所输出的直流电，同时还可进一步通过控制器局域网(Controller AreaNetwork，CAN)总线向如图1所示的牵引电机控制器12发送令牵引电机13停止运行的指令，进而能够避免已出现故障的子系统进一步产生短路等损害。
此外，还可利用电动汽车中现有的安全气囊(Supplemental RestrgintSystem，SRS)模块33的输出来控制接触器14的两触点导通和断开。这样，当电动汽车发生碰撞时，SRS模块33会自动输出一信号、并通过隔离器30来控制接触器14的两触点自动断开，从而即便车身前舱由于碰撞而产生机械变形，也不会导致动力电池组11与牵引电机控制器12之间的正负极短路、更不会导致爆炸起火现象。
下面，对如图3所示的结构进行详细说明。
整车控制器31表示接触器通断的一路输出为低电平有效，隔离器30包括光电耦合器U1和开关管Q1。
在图3中，光电耦合器U1包括发光二极管和光电三极管，下文中称该发光二极管的阳极和阴极为光电耦合器U1的阳极和阴极，称光电三极管的集电极和发射极为光电耦合器U1的集电极和发射极。光电耦合器U1的阳极和阴极即可看作是隔离器30的控制端。
光电耦合器U1的阳极U1-1通过第一限流电阻R01与3.3V的第二电源VCC2相连；
光电耦合器U1的阴极U1-2与整车控制器31的输出相连，且该阴极U1-2还通过阻值远大于第一限流电阻R01的上拉电阻R02与第二电源VCC2相连；
光电耦合器U1的集电极U1-3与12V的第三电源VDD3相连；
光电耦合器U1的发射极U1-4通过第三限流电阻R03与开关管Q1的栅极Q1-1相连，且该发射极U1-4还通过阻值远大于第三限流电阻R03的第四限流电阻R04接地。
可选地，可进一步具有表示接触器14导通或断开状态的另一发光二极管LED1，该发光二极管LED1的阳极与第三电源VDD3相连、阴极与光电耦合器U1的集电极U1-3相连，从而串联于第三电源VDD3与光电耦合器U1的集电极U1-3之间。
在图3中，开关管Q1为N沟道(PNP)型金属氧化物半导体场效应晶体(Metal-Oxid-Field-Effect Transistor，MOS)管，其漏极Q1-2与接触器14的线圈控制端负极相连，接触器14的线圈控制端正极连接12V的第一电源VCC1，漏极Q1-2还通过第五限流电阻R05与第三电源VDD3相连；源极Q1-3接地。
可选地，开关管Q1的漏极Q1-2可进一步通过滤波电容C1接地；且，还可进一步具有二极管D1，该二极管D1的阳极与开关管Q1的漏极Q1-2相连、阴极与第三电源VDD3相连，从而串联于开关管Q1的漏极Q1-2与第三电源VDD3之间。
上述结构中，由于隔离器30两端的电源电压不一致，因而在隔离器30中选用光耦合器U1能够实现隔离器30两端不同电源电压的两部分电路之间的连接、且避免隔离器30两端的两部分电路之间的干扰；各限流电阻的作用是防止光耦合器损坏，较佳地，选取R01、03的阻值为1千欧姆，选取R02、04、05的阻值为10千欧姆。
1)、当电动汽车中的所有子系统均正常时，整车控制器31即可将其输出置为表示通电有效的低电平。
此时，光耦合器U1的阴极U1-2电平被拉低，且光耦合器U1的阳极通过上拉电阻R2保持稳定的高电平，因而有较强电流经阳极U1-1流向阴极U1-2，使得光耦合器U1内的发光二极管产生的光能驱动光电三极管，从而使得光耦合器U1的集电极U1-3与发射极U1-4导通，并将发射极U1-4的电平拉高、同时发光二极管LED1点亮；发射极U1-4的电平拉高即会使得开关管Q1的栅极Q1-1电平也被拉高，从而使得开关管Q1的栅极Q1-1与源极Q1-3之间的电压升高，那么对于PNP的开关管Q1来说，其漏极Q1-2与源极Q1-3就会导通，从而使得漏极Q1-2电平被拉低，进而将接触器14的线圈控制端负极置低。
这样，接触器14的线圈控制端负极置低、且接触器14的线圈控制端正极接第四电源VCC4，因而接触器14的两个触点导通，以使得如图1所示的动力电池组11与牵引电机控制器12之间通电。
2)、当电动汽车中的某个子系统出现故障、并影响电动汽车的正常运行时，整车控制器31即可将其输出置为表示通电无效、即表示断电的高电平。
此时，光耦合器U1的阴极U1-2电平被拉高，有微弱电流、甚至无电流经阳极U1-1流向阴极U1-2，使得光耦合器U1内的发光二极管无法产生足以驱动光电三极管的光能，从而使得光耦合器U1的集电极U1-3与发射极U1-4断开，并将发射极U1-4的电平拉低、同时发光二极管LED1熄灭；发射极U1-4的电平拉低即会使得开关管Q1的栅极Q1-1电平也被拉低，从而使得开关管Q1的栅极Q1-1与源极Q1-3之间的电压降低，那么对于PNP的开关管Q1来说，其漏极Q1-2与源极Q1-3就会断开，从而使得漏极Q1-2电平被第三电源VDD3拉高，进而将接触器14的线圈控制端负极置高。
这样，接触器14的线圈控制端负极置高、且接触器14的线圈控制端正极接第四电源VCC4，因而接触器14的两个触点断开，以使得如图1所示的动力电池组11与牵引电机控制器12之间断电。
3)、当电动汽车发生碰撞、SRS模块33输出表示电动汽车碰撞的低电平时，即便整车控制器31即可将其输出置为表示通电有效的低电平、使光耦合器U1的集电极U1-3与发射极U1-4导通，但SRS模块33输出的表示电动汽车碰撞的低电平，仍会将开关管Q1的栅极Q1-1电平拉低，从而使得开关管Q1的栅极Q1-1与源极Q1-3之间的电压降低，那么对于PNP的开关管Q1来说，其漏极Q1-2与源极Q1-3就会断开，从而使得漏极Q1-2电平被第三电源VDD3拉高，进而将接触器14的线圈控制端负极置高。
这样，接触器14的线圈控制端负极置高、且接触器14的线圈控制端正极接第四电源VCC4，因而接触器14的两个触点断开，以使得如图1所示的动力电池组11与牵引电机控制器12之间断电。
当然，在实际应用中，整车控制器30的输出也可连接至光耦合器U1的阳极，并将光耦合器U1的阴极接地，那么此时，当电动汽车中的所有子系统均正常时，整车控制器31即可将其输出置为表示通电有效的高电平；当电动汽车中的某个子系统出现故障、并影响电动汽车的正常运行时，整车控制器31即可将其输出置为表示通电无效、即表示断电的低电平。
另外，开关管Q1也可以用P沟道(NPN)型MOS管来实现，那么此时，本领域技术人员可以依据图3的原理适当调整NPN型MOS管的连接方式，在此不再赘述。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1、一种电动汽车动力电池的断电控制装置，其特征在于，该控制装置包括：
串联于动力电池与电动汽车的牵引电机控制器之间的接触器；
通过隔离器控制所述接触器导通或断开的整车控制器。
2、如权利要求1所述的断电控制装置，其特征在于，所述整车控制器的输出为高电平时表示断电，且所述隔离器包括：光电耦合器和开关管，其中，
所述光电耦合器，其阳极通过第一限流电阻与第二电源相连；阴极与所述整车控制器表示接触器通断的一路输出相连、还通过阻值远大于第一限流电阻的上拉电阻与第二电源相连；集电极与第三电源相连；发射极通过第三限流电阻与开关管的栅极相连、还通过阻值远大于第三限流电阻的第四限流电阻接地；
所述开关管为PNP型MOS管，其漏极与所述接触器的线圈控制端负极相连，所述接触器的线圈控制端正极连接第一电源，所述漏极还通过第五限流电阻与第三电源相连，且其源极接地。
3、如权利要求2所述的断电控制装置，其特征在于，所述开关管的源极进一步与电动汽车的安全气囊模块在电动汽车碰撞时输出低电平的输出端相连。
4、如权利要求3所述的断电控制装置，其特征在于，所述开关管的漏极进一步通过滤波电容接地。
5、如权利要求4所述的断电控制装置，其特征在于，进一步具有二极管串联于所述开关管的漏极与第三电源之间。
6、如权利要求5所述的断电控制装置，其特征在于，进一步具有第一发光二极管串联于第三电源与所述光电耦合器的集电极之间。
7、如权利要求2至6中任一项所述的断电控制装置，其特征在于，
所述第一、三、四电源的电压为12伏；
所述第二电源电压为3.3伏；
所述第一、三限流电阻的阻值为1千欧姆；
所述上拉电阻、以及所述第四、五限流电阻的阻值为10千欧姆。
8、如权利要求1所述的断电控制装置，其特征在于，所述整车控制器进一步具有可令牵引电机停止运行的指令的输出、并通过控制器局域网总线与所述牵引电机控制器的输入端相连。
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