CN201721346U - 一种双系统集成式电动汽车控制器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种双系统集成式电动汽车控制器，本实用新型由12-车辆控制单元、11-双系统变频器单元、1-状态指示灯输出、2-主接触器及泵继电器驱动、3-电机位置传感器接口、4-电机温度接口、5-CAN通讯接口、6-串行通讯接口、7-司机操纵开关量输入、8-电子油门踏板及压力传感器输入、9-仪表盘输出、10-电机构成。双系统设计提供了目前电动汽车主流驱动电机的所有接口，并只需通过上位机软件即可配置永磁同步电机模式或交流异步电机模式。集成了车辆控制器及电机变频器，此高度集成大大优化了系统的成本，成为真正意义的电动汽车控制器。

Description

一种双系统集成式电动汽车控制器 
技术领域
本实用新型涉及一种电动汽车电机控制装置，尤其是涉及一种双系统集成式电动汽车控制器。 
背景技术
随着能源结构和燃油汽车空气污染方面的矛盾日益突出以及高能电池技术、现代电力电子与电机传动技术的发展，通过电动方式实现汽车中的传动、调节和操纵已成为汽车的一个重要的发展方向。因此研究效率高、响应快、调速范围广、安全可靠、高度集成、并具良好兼容性的电动汽车驱动系统已成为必然。 
作为电动汽车的核心部件，电机控制器，当今市场上的方案主要还存在以下几方面不足： 
1.市场现有的电动汽车的控制系统主要是由变频器单元和车辆控制单元两部分组成，一般为两个独立的部件，两者之间的数据交换是靠传统线束或CAN总线来执行，此类控制器系统方案成本高，系统复杂。 
2.现有的变频器单元多为单一种类的电机控制系统，即要么是交流异步电机变频器，要么是永磁同步电机变频器，用户选配灵活性不足，系统兼容性差。 
3.目前电动汽车控制器技术多数来自工业伺服电机变频器的方案。工业变频器技术虽已很成熟，但由于控制对象的不同，该种控制器的功能并没有真正考虑汽车的使用规范和人员的操作习惯。此类控制器适应性差又存在潜在的安全隐患。 
4.现有电动汽车控制器对产品接口的规划没有考虑汽车实际的布线及车身结构因素，如强干扰信号可能和敏感输入信号形成同一组线束。车身低 压线束和高压线束之间没有很好的隔离措施。 
实用新型内容
本实用新型为了克服现有技术中的不足，提供一种双系统集成式电动汽车控制器方案。 
本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：包括车辆控制单元、双系统变频器单元、状态指示灯输出、主接触器及泵继电器驱动、电机位置传感器接口、电机温度接口、CAN通讯接口、串行通讯接口、司机操纵开关量输入、电子油门踏板及压力传感器输入、仪表盘输出、电机构成。其中状态指示灯输出、仪表盘信号输出和车辆控制器单向连接，用于系统运行状态及参数的显示；司机操纵开关量输入和电子油门踏板同样是和车辆控制器单向连接，用于控制命令的输入；串行通讯接口和CAN通讯接口用于和上位机进行双向通信，主要是编程和参数显示；主接触器驱动和泵继电器驱动由车辆控制器控制，是大电和泵的开关控制部件；双系统变频器单元通过电机温度接口电机位置接口以及U、V、W相线和电机互联，是功率部分，其整体接受车辆控制器的控制。集成了车辆控制器及电机变频器，此高度集成大大优化了系统的成本，成为真正意义的电动汽车控制器。 
一种双系统集成式电动汽车控制器方案，所述的一种双系统集成式电动汽车控制器，其特征在于：所述控制器集成了车辆控制器及电机变频器。所述控制器的双系统电机位置传感器接口为复用接口。所述控制器与双系统电机位置传感器的接口连接，仅用6根线束实现了 双系统电机位置传感器的兼容。所述控制器将涉及的动力电源及大电流的电缆均设置在了控制器顶部的接线端子上。所述控制器接口设有司机操纵输入接口、刹车助力气泵驱动、仪表盘信号输出、状态指示等。所述控制器在接口设计上，PUMP传感器与制动踏板复用，一般应用只选其一；其中所有开关量输入均支持双电平，即可通过软件设置成高电平有效或低电平有效 
本实用新型与现有技术相比，其有益效果表现如下： 
1.集成了车辆控制器及电机变频器，高度集成大大优化了系统的成本，成为真正意义的电动汽车控制器； 
2.双系统设计提供了目前电动汽车主流驱动电机的所有接口，并只需通过上位机软件即可配置永磁同步电机模式或交流异步电机模式； 
3.在控制器接口的规划上完全根据电动汽车特点设有司机操纵输入接 口、刹车助力气泵驱动、仪表盘信号输出、状态指示等； 
4.在操作逻辑及控制方式上严格按照传统汽车模式考虑； 
5.在系统接口布线上严格考虑不同信号的隔离与高压电缆的安全防护处理。 
附图说明
图1是本实用新型的双系统集成式电动汽车控制器系统原理图； 
图2是本实用新型的双系统电机位置传感器接口图； 
图3是本实用新型的高压大电流接线图； 
图4是本实用新型的操纵控制原理图； 
图5是本实用新型的控制端子引线分布图； 
图6是本实用新型的双系统集成式电动汽车控制器完整接线图。 
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本实用新型进一步描述： 
如图1，粗线框代表了该系统将车辆控制器和变频器单元均集成在了一起，3中的电机位置传感器接口可支持永磁同步电机及交流异步电机的多种位置传感器输入方式。 
如图2，双系统电机位置传感器接口为复用接口，节省了接口资源，简化了布线。当电动汽车上使用永磁同步电机(PMSM)作为驱动电机时，其位置传感器(旋转变压器)接口对应控制器的EXC+、EXC-、SIN-H、COS-H、旋变-GND五芯线缆，旋转变压器上SIN-L、COS-L、SHIELD三根线束与旋变-GND共用，大大简少了电机位置传感器与控制器之间的线束量，节约了成本，降低了系统故障率。当电动汽车上使用交流异步电机(ACIM)作为驱动电机时，其位置传感器(正交编码器)接口对应控制器的码盘电源、PHASE-A、PHASE-B、码盘-GND四芯线缆，由图中可以看出，SIN-H与PHASE-A复用，COS-H与PHASE-B复用， 旋变-GND、码盘-GND和SHIELD复用，这种设计方便的实现了仅用6根线束实现了双系统电机位置传感器的兼容。 
如图3，控制器上将涉及动力电源及大电流的电缆均设置在了控制器顶部的接线端子上，很好的避免了控制信号线上有大电流及高压的串入，提高了系统的EMC特性及排除了高压和低压短路的隐患。这些端子包括B+、B-、U、V、W、POWER六个，动力电池提供的高压通过熔断器分成两路，一路为大电流端子电池正，经过直流主接触器去控制器B+端子上，另一路为系统控制电源通过保险、控制电源继电器去控制器POWER端子上，电机U、V、W三相线直接接于控制器顶部大电流端子上。工作原理：来自汽车钥匙开关的车载12V电瓶电压施加在K2(控制电源继电器)上，K2闭合，POWER得电，系统内部开关电源工作，控制电路接通内部的预充电电阻，POWER上的电流通过内部预充电电阻对B+、B-间的直流支撑电容充电，控制电路同时检测B+上的电压，当B+上充到接近于POWER上电压时，控制器驱动直流主接触器K1吸合，此时动力电池电压直接施加于B+端上，系统完成预充电过程，处于待机状态。 
如图4，司机搬动汽车钥匙至ACC档，汽车电器供电(如音响等)，继续搬动汽车钥匙至ON档，如前面所述，此过程系统完成预充电并处于待机状态，同时控制器开始对各输入量进行检测，发现故障时通过图1中状态指示灯输出，具体为图4中所示，控制器上接有两只LED，LED阳极接在钥匙开关ON端，另一端接在控制器上。当司机欲启动车辆时只需向传统汽车一样将钥匙开关搬到START档，此时控制器系统启动接口接收到高电平触发信号，系统进入启动准备状态，拨动方向开关，控制器前进信号和倒车信号接口接收到有效电平后控制电机的旋转方向，司机开始踩下电子脚踏油门，车辆由电机驱动行驶，油门互锁开关的闭合，代表油门输入有效，此功能大大提高了车辆由于安全性，当刹车信号、充电互锁开关任何一个有效时，驱动均被禁止。根据电动汽车的特点该控制器上为电动刹车助力泵提供驱动信号。控制器上PUMP传感器接口实时监测电动刹车助力泵内的气压，当压力低于某值时控制器上泵继电器驱动接口 输出低电平，驱动泵继电器闭合，车载12V电瓶通过泵继电器触点使电动刹车助力泵工作加压，当泵内压力维持正常值时系统停止泵继电器驱动，达到节能目的。 
如图5，在该系统接口设计上，PUMP传感器与制动踏板复用，因为一般应用只选其一，节省了接口资源。其中所有开关量输入均支持双电平，即可通过软件设置成高电平有效或低电平有效，这样大大方便了不同整车厂的接口兼容问题，使系统的可兼容性进一步提高。仪表接口接有电量表及脉速表，可对车辆运行状态下的实时车速和电池电量进行检测。该控制控制信号线统一由AMP35PIN汽车连接器引出，通过上述接口规划，35PIN的接口数满足该系统的所有功能，并在PIN脚排布上根据信号的特征予以分类，使线束的走线上、抗干扰、安全性上均有所提高。 
利用本实用新型所述的技术方案，或本领域的技术人员在本实用新型技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述的技术效果的，均是落入本实用新型的保护范围。 

Claims (6)

1.一种双系统集成式电动汽车控制器，其特征在于：所述双系统集成式电动汽车控制器由车辆控制单元(12)、双系统变频器单元(11)、状态指示灯输出(1)、主接触器及泵继电器驱动(2)、电机位置传感器接口(3)、电机温度接口(4)、CAN通讯接口(5)、串行通讯接口(6)、司机操纵开关量输入(7)、电子油门踏板及压力传感器输入(8)、仪表盘输出(9)、电机构成(10)；其中状态指示灯输出(1)、仪表盘信号输出(9)和车辆控制器(12)单向连接，用于系统运行状态及参数的显示；司机操纵开关量输入(7)和电子油门踏板(8)同样是和车辆控制器单向连接，用于控制命令的输入；串行通讯接口(6)和CAN通讯接口(5)用于和上位机进行双向通信，主要是编程和参数显示；主接触器驱动和泵继电器驱动(2)由车辆控制器控制，是大电和泵的开关控制部件；双系统变频器单元(11)通过电机温度接口(4)电机位置接口(4)以及U、V、W相线和电机互联，是功率部分，其整体接受车辆控制器的控制。
2.根据权利要求1所述的一种双系统集成式电动汽车控制器，其特征在于：所述控制器集成了车辆控制器及电机变频器。
3.根据权利要求2所述的一种双系统集成式电动汽车控制器，其特征在于：所述控制器的双系统电机位置传感器接口为复用接口。
4.根据权利要求2所述的一种双系统集成式电动汽车控制器，其特征在于：所述控制器与双系统电机位置传感器的接口连接，用6根线束实现了双系统电机位置传感器的兼容。
5.根据权利要求1所述的一种双系统集成式电动汽车控制器， 其特征在于：所述控制器将涉及的动力电源及大电流的电缆均设置在了控制器顶部的接线端子上。
6.根据权利要求1所述的一种双系统集成式电动汽车控制器，其特征在于：所述控制器接口设有司机操纵输入接口、刹车助力气泵驱动、仪表盘信号输出、状态指示。 
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