CN203358376U - 用于电动汽车的控制系统及电动汽车 - Google Patents

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张君鸿
鲁连军
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Abstract

本实用新型提出一种用于电动汽车的控制系统，包括：整车控制器，其包括监控芯片；电池管理系统和电机控制器均与监控芯片相连，且监控芯片用于对电池管理系统和电机控制器进行检测和控制；信号接插件，分别与整车控制器、电池管理系统和电机控制器相连，其中，整车控制器、电池管理系统和电机控制器集成在同一电路板上。本实用新型能够最大限度的实现整车控制器、电机控制器和电池管理系统的集成，提高了集成度，降低生产成本，节省整车空间。此外，整车控制器中集成电池管理系统和电机控制器的安全监控模块，实现对电池管理系统和电机控制器的监控，从而实现多控制器的成本最优化。本实用新型还提出了一种电动汽车。

Description

用于电动汽车的控制系统及电动汽车
技术领域
本实用新型涉及汽车制造技术领域，特别涉及一种用于电动汽车的控制系统及电动汽车。
背景技术
电动汽车的高节能、低污染的优点，使其成为了当代汽车发展的主要方向，所以对电动汽车关键技术进行开发和研究具有非常重要的意义。整车控制器、电机控制器、电池管理系统等作为电动汽车电控系统的核心零部件，已成为电动汽车技术的一个重要研究内容。电动汽车的整车控制器、电机控制器、电池管理系统等承担整个电动汽车的综合控制，其可靠性直接影响整车电动汽车的可靠性，关系到电动汽车的安全性。随着各种控制器的开发技术趋于成熟，在电动车上不同功能控制器的集成已成为一种必然的趋势，这样将为电动车的零部件布置及系统成本带来更多的益处。
一般情况下，整车控制器、电机控制器、电池管理系统控制器都是独立安装在车上不同的位置，近年来，随着电动车整车系统方案日趋明确，为更加高效的利用车上的空间并更好的控制系统成本，有部分电动车厂把不同功能的控制器集成到一个箱体中，可以节省某些功能控制器的外壳，同时有效的减小控制器的总体体积并减少整车零部件的装配数量，提高了整车空间利用率并提高生产效率，不同功能控制器的集成布置对电动车的系统成本优化有很大帮助。也有部分电动车厂商开始考虑将不同功能的控制器集成到一块电路板上，然而上述方法仅仅是实现了简单层面的集成，以及在集成度深入方面和集成后控制器的功能安全等级上仍需要进一步研究。
专利号为200610155957.9的实用新型中提出了一种集成在同一块电路板上的双功能控制集成技术，但是在集成后控制器的功能安全等级方面并没有涉及，对于目前汽车功能安全等级的要求越来越高，并不是能够很好满足安全要求的。
综上所述，目前的三种应用方案是：方案一：电动车中的整车控制器VMS、电机控制器MCU、电池管理系统BMS独立安装在车上使用，存在集成度低、成本高问题；方案二：部分已采用的控制器集成方案是将不同功能的控制器布置在同一个箱体中，虽然在整车空间利用率、整车装配效率和成本优化方面有一定改善，但集成度仍不够高，且不能深层次的实现多个控制器的集成，在成本节约上没能做到更优；方案三：现有的电动车厂商已经采用的把不同功能控制器简单的放在同一块电路板上的集成方案，虽然一定程度上克服了前述集成方案的不足，但是在功能安全等级方面仍需要独立考虑才能达到原有的等级，在集成度上和成本优化上仍没有达到更优水平。
实用新型内容
本实用新型旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本实用新型的一个目的在于提出一种集成度高、成本低，且能实现电动汽车多控制器的成本最优化的用于电动汽车的控制系统。
本实用新型的另一个目的在于提出一种电动汽车。
为了实现上述目的，本实用新型第一方面提出了一种用于电动汽车的控制系统，包括：整车控制器，所述整车控制器包括监控芯片；电池管理系统和电机控制器，所述电池管理系统和所述电机控制器均与所述监控芯片相连，其中，所述监控芯片用于对所述电池管理系统和所述电机控制器进行监测和控制；以及信号接插件，所述信号接插件分别与所述整车控制器、所述电池管理系统和所述电机控制器相连，其中，所述整车控制器、所述电池管理系统和所述电机控制器集成在同一电路板上。
根据本实用新型的电动汽车的控制系统，利用电气及软件的集成方式，能够最大限度的实现整车控制器、电机控制器和电池管理系统的集成，从而提高了集成度，降低生产成本，节省整车空间。此外，在整车控制器中设置电池管理系统和电机控制器的安全监控模块，可实现在集成后也能够达到原来独立功能控制器的功能安全等级，从而实现多控制器的成本最优化。另外，本实用新型的控制系统在整车上装配使用时，也可起到优化生产工艺减少控制器装配数量的效果。
另外，根据本实用新型上述的用于电动汽车的控制系统还可以具有如下附加的技术特征：
在本实用新型中，所述监控芯片包括第一监控芯片和第二监控芯片，其中，所述电池管理系统与所述第一监控芯片相连，所述电机控制器与所述第二监控芯片相连。
在本实用新型中，所述电池管理系统与所述第一监控芯片通过第一串行外围接口SPI相连，所述电机控制器与所述第二监控芯片通过第二串行外围接口SPI相连。
在本实用新型中，所述监控芯片与电源相连，所述电源用于为所述电池管理系统和电机控制器供电。
在本实用新型中，所述电源包括第一电源和第二电源，所述第一电源与所述第一监控芯片相连，所述第二电源与所述第二监控芯片相连，其中，所述第一电源用于为所述电池管理系统供电，所述第二电源用于为所述电机控制器供电。
在本实用新型中，所述电池管理系统和所述电机控制器均通过内部CAN通讯接口与所述整车控制器相互通讯。
在本实用新型中，所述整车控制器、所述电池管理系统和所述电机控制器均通过各自的外围电路与所述信号接插件相连。
本实用新型另一方面还提出了一种电动汽车，包括：本实用新型第一方面提出的用于电动汽车的控制系统。
根据本实用新型的电动汽车，其利用电气及软件的集成方式，能够最大限度的实现整车控制器、电机控制器和电池管理系统的集成，从而提高了集成度，降低生产成本，节省整车空间。此外，在整车控制器中设置电池管理系统和电机控制器的安全监控模块，可实现在集成后也能够达到原来独立功能控制器的功能安全等级，从而实现多控制器的成本最优化。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本实用新型实施例的用于电动汽车的控制装置的结构图；和
图2为根据本使用新型另一个实施例的用于电动汽车的控制装置的结构图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
以下结合附图描述根据本实用新型实施例的用于电动汽车的控制系统。
图1为根据本实用新型一个实施例的用于电动汽车的控制系统的结构图。
如图1所示，根据本实用新型一个实施例的用于电动汽车的控制系统100，包括：整车控制器110、电池管理系统120、电机控制器130和信号接插件140。其中：
整车控制器110包括监控芯片111。电池管理系统120和电机控制器130均与监控芯片111相连，其中，监控芯片111用于对电池管理系统120和电机控制器130进行检测和控制。
如图2所示，监控芯片111进一步包括第一监控芯片（即图2中的SCU1）和第二监控芯片（即图2中的SCU2），其中，电池管理系统120与第一监控芯片相连，电机控制器130与第二监控芯片相连。具体而言，电池管理系统120与第一监控芯片（SCU1）通过第一串行外围接口SPI（Serial PeripheralInterface，简称SPI接口）相连，第一串行外围接口SPI用于完成电池管理系统120和第一监控芯片之间的安全监控信息的交互，电机控制器130与第二监控芯片（SCU2）通过第二串行外围接口SPI相连，第二串行外围接口SPI用于完成电机控制器130和第二监控芯片之间的安全监控信息的交互。
结合图2所示，两个监控芯片均与电源相连，且电源用于为电池管理系统120和电机控制器130供电。具体言之，电源包括第一电源和第二电源，第一电源分别与SCU1和电池管理系统120相连，用于为电池管理系统120供电；第二电源分别与SCU2和电机控制器130相连，用于为电机控制器130供电。
信号接插件140分别与整车控制器110、电池管理系统120和电机控制器130相连，以完成整车控制器110、电池管理系统120和电机控制器130与整车线束之间的电气连接，即整车控制器110、电池管理系统120和电机控制器130均通过信号接插件140实现与整车线束之间的电气功能上的连接。且整车控制器110、电池管理系统120和电机控制器130集成在统一电路板上。具体而言，整车控制器110、电池管理系统120和电机控制器130均通过各自的外围电路与信号接插件140相连。换言之，如图2所示，即整车控制器110通过VMS外围处理电路（即整车控制器外围电路）与信号接插件140相连，电池管理系统120通过BMS外围处理电路（即电池管理系统外围电路）与信号接插件140相连，电机控制器130通过MCU外围处理电路（即电机控制器外围电路）与信号接插件相连。
进一步结合图2，电池管理系统120与电机控制器130均通过内部CAN通讯接口与整车控制器110相互通讯。
如图2所示，在上述示例中，主要包含VMS（整车控制器）、MCU（电机控制器）、BMS（电池管理系统）三部分，以及三个控制器共用的电动车用集成车辆控制单元信号接插件（即信号接插件140）。其中，VMS部分主要包括整车控制器140、SBC（系统基础单元：包含芯片供电、CAN、安全监控等）单元、VMS外围处理电路；MCU部分主要包括电机控制器130、MCU外围处理电路和内置在整车控制器110中的第二监控芯片SCU2；BMS部分主要包括电池管理系统120、BMS外围处理电路、CAN通讯和内置在整车控制器110中的第一监控芯片SCU1。
具体而言，对于VMS部分，主要是实现传统意义上的VMS功能，除此之外，整车控制器110在硬件端口和软件功能上设置了集成车辆控制单元中MCU部分的功能安全监控模块SCU2和BMS部分的功能安全监控模块SCU1，用于实现对MCU部分和BMS部分的系统安全监控、供电电源控制、严重故障硬件处理等功能。当集成车辆控制单元中的MCU（电机控制器130）或BMS（电池管理系统120）运行中出现严重故障，整车控制器110中的SCU2芯片或SCU1芯片将会切断为MCU或BMS供电的第二电源或第一电源，同时输出硬件信号至MCU外围处理电路或BMS外围处理电路进行故障安全输出控制，保证MCU系统或BMS系统的安全并进行必要的故障安全处理。
另一方面，在集成车辆控制单元电路板上，设置一组内部CAN，用于VMS（整车控制器110）、MCU、BMS三个控制器之间的CAN通讯，可以替代了传统通过线束连接方式的CAN通讯。电动车动力组成部分的三大核心系统VMS、MCU、BMS与整车仪表等部件的通讯将通过如图2中的VMS CAN实现数据传输。而考虑到BMS需要与动力电池系统采集板进行CAN通讯，因此，给BMS部分单独设置一组CAN通讯，实现BMS与动力电池系统采集板的专用CAN通讯。
需要说明的是，本实用新型实施例的控制系统的整车控制器110对电池管理系统120和电机控制器130的安全监控信息传递分别通过两个功能控制器之间的SPI通讯端口实现的，在该实例中，两个功能控制器的功能及安全监控性能均可达到现有的独立的控制器的功能安全等级。
根据本实用新型的电动汽车的控制系统，利用电气及软件的集成方式，能够最大限度的实现整车控制器、电机控制器和电池管理系统的集成，从而提高了集成度，降低生产成本，节省整车空间。此外，在整车控制器中设置电池管理系统和电机控制器的安全监控模块，可实现在集成后也能够达到原来独立功能控制器的功能安全等级，从而实现多控制器的成本最优化。另外，本实用新型的控制系统在整车上装配使用时，也可起到优化生产工艺减少控制器装配数量的效果。
本实用新型第二方面的实施例还提出了一种电动汽车，包括：本实用新型第一方面实施例提出的用于电动汽车的控制系统100。
根据本实用新型的电动汽车，其利用电气及软件的集成方式，能够最大限度的实现整车控制器、电机控制器和电池管理系统的集成，从而提高了集成度，降低生产成本，节省整车空间。此外，在整车控制器中设置电池管理系统和电机控制器的安全监控模块，可实现在集成后也能够达到原来独立功能控制器的功能安全等级，从而实现多控制器的成本最优化。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (8)

1.一种用于电动汽车的控制系统，其特征在于，包括：
整车控制器，所述整车控制器包括监控芯片；
电池管理系统和电机控制器，所述电池管理系统和所述电机控制器均与所述监控芯片相连，其中，所述监控芯片用于对所述电池管理系统和所述电机控制器进行监测和控制；以及
信号接插件，所述信号接插件分别与所述整车控制器、所述电池管理系统和所述电机控制器相连，
其中，所述整车控制器、所述电池管理系统和所述电机控制器集成在同一电路板上。
2.根据权利要求1所述的用于电动汽车的控制系统，其特征在于，所述监控芯片包括第一监控芯片和第二监控芯片，其中，所述电池管理系统与所述第一监控芯片相连，所述电机控制器与所述第二监控芯片相连。
3.根据权利要求2所述的用于电动汽车的控制系统，其特征在于，所述电池管理系统与所述第一监控芯片通过第一串行外围接口SPI相连，所述电机控制器与所述第二监控芯片通过第二串行外围接口SPI相连。
4.根据权利要求3所述的用于电动汽车的控制系统，其特征在于，所述监控芯片与电源相连，所述电源用于为所述电池管理系统和电机控制器供电。
5.根据权利要求4所述的用于电动汽车的控制系统，其特征在于，所述电源包括第一电源和第二电源，所述第一电源与所述第一监控芯片相连，所述第二电源与所述第二监控芯片相连，其中，所述第一电源用于为所述电池管理系统供电，所述第二电源用于为所述电机控制器供电。
6.根据权利要求1所述的用于电动汽车的控制系统，其特征在于，所述电池管理系统和所述电机控制器均通过内部CAN通讯接口与所述整车控制器相互通讯。
7.根据权利要求1所述的用于电动汽车的控制系统，其特征在于，其中，所述整车控制器、所述电池管理系统和所述电机控制器均通过各自的外围电路与所述信号接插件相连。
8.一种电动汽车，其特征在于，包括：
如权利要求1-7任一项所述的用于电动汽车的控制系统。
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