CN206598745U - 电动车动力总成控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电动车动力总成控制器，包括：电池管理系统、电机控制单元、变速器控制单元、中心控制器；所述中心控制器采集电池组、牵引电机和变速器的工作参数，并判断其工作是否正常，并向电池管理系统、电机控制单元、变速器控制单元发送控制信号，控制其工作状态。本实用新型的电动车动力总成控制器监控电池组、牵引电动机和变速器，这不仅降低了控制器的成本，还简化了线束、减轻了重量、降低了空间要求、简化了系统、提高了系统的可靠性，实现了将动力总成的控制集中起来到一个控制中心，用一个动力总成中心控制器去综合监控动力总成中的电池包、牵引电机、变速器的目的，使电动汽车更加轻量化、低成本、高效率和高可靠性。

Description

电动车动力总成控制器

技术领域

本实用新型属于电动汽车控制技术领域，尤其涉及一种电动车动力总成控制器。

背景技术

随着电动汽车的运用普及越来越多，特别是为了缓解大气污染，政府在大力推进电动汽车的推广应用，未来电动汽车将在机动车中占据较大的比例，在电动汽车的现有技术中，电动汽车的管理系统如何高效管理电动汽车的各个功能部件是电动汽车发展过程中面临的一个关键问题。

在电动汽车技术领域，对于电池组的管理由电池管理系统（BMS）负责、牵引电机的管理由电机控制单元（MCU）负责、变速器的管理由变速器控制单元（TCU）负责，另外，为了提高汽车整体的工作状况，还有一个整车控制单元（VCU）用于对整个电动车进行管理。如图1所示，BMS、MCU、TCU这三个控制器各自完成各自的任务而又受VCU的控制而工作。

BMS的主要功能是从电池组的分布式控制器上读取电池单元电压、温度、电流等，根据这些信号判断故障和计算SOC、SOH、SOP等，在有故障的情况下，采取措施进行能量均衡，使电池组处于长期、短期和紧急的有效保护，BMS还要接收外界控制信号并发送信号至外部控制器，提供外界需要的电压和功率。

MCU的主要功能是在VCU的控制下，在BMS允许的范围内控制牵引电机向车轮及时准确地提供VCU所需的扭矩和转速。

TCU的主要功能是在VCU的控制下，根据驾驶员、车辆、电池、电机的即时状态决定最佳档位，如最佳档位和现有档位不合，就实施换档，在换档过程中，TCU控制电机转速和扭矩，目标档位也可由VCU指定。

VCU通过CAN总线与车辆的功能模块连接，主要功能根据驾驶员的需求、路况、车况、电机状况、变速器状况、电池状况，使所有参数在当前条件下实现最优化处理。

由于在实际运行中，VCU需要不断和BMS、MCU、TCU通过CAN总线进行信息传输和相互制约控制，这些信息的传输受到通讯线路的限制和时间的滞后，一旦CAN总线出故障，数据传输就可能中断，整个系统就可能瘫痪，现有技术中，为了防止这种情况发生，通过在每辆电动汽车动力总成设置四个控制器的方式解决，这种方式不仅增加了成本，还增加了线束数量、增加了控制器重量、增加了设备的空间需求、增加了系统的复杂程度、降低了系统的可靠性。

因此，现有技术需要改进。

实用新型内容

本实用新型公开了一种电动车动力总成控制器，用以解决现有技术存在的问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供的一种电动车动力总成控制器，包括：电池管理系统、电机控制单元、变速器控制单元、中心控制器；

所述电池管理单元用于控制电动车的电池组，负责对电池组的充放电管理、电池电压告警管理、电量亏损管理、电池充电信号交互管理；

所述电机控制单元用于控制牵引电机，负责电机的输出功率控制、工作状态控制；

所述变速器控制单元用于控制变速器，监控变速器的工作状态，控制变速器的工作；

所述中心控制器用于采集电池组、牵引电机和变速器的工作参数，并判断电池组、牵引电机和变速器的工作参数是否正常，向电池管理系统、电机控制单元、变速器控制单元发送控制信号，控制电池管理系统、电机控制单元、变速器控制单元的工作。

基于上述电动车动力总成控制器的另一个实施例中，所述中心控制器包括：中央处理单元、电源单元、信号采集单元、输出单元和通讯单元；

所述电源单元与中央处理单元的电源接口连接，用于向中央处理单元供电；

所述信号采集单元与中央处理单元的输入接口连接，用于采集电池组、牵引电机、变速器的工作参数信息，并对采集的参数信息进行量化、滤波和分析，并将处理后的数据发送至中央处理单元；

所述输出单元与中央处理单元的输出接口连接，中央处理单元根据信号采集单元采集的车辆运行参数，分析的车辆运行状况并发出相应的控制指令，由输出单元将控制信号输出至相应的车辆控制设备；

所述通讯单元与中央处理单元的通讯接口连接，用于与电池组、牵引电机、变速器之间进行数据传输。

基于上述电动车动力总成控制器的另一个实施例中，所述信号采集单元包括：模拟量信号采集单元、数字量信号采集单元、旋变及正交解码信号采集单元和载波量信号采集单元；

所述模拟量信号采集单元用于采集车辆驾驶、电池组的模拟量信号，并将模拟量信号发送至中央处理单元；

所述数字量信号采集单元用于采集车辆驾驶的开关量数字信号，并将数字信号发送至中央处理单元；

所述旋变及正交解码信号采集单元电机和转子的正交位置信号，并将采集的信号发送至中央处理单元；

所述载波量信号采集单元用于采集车辆的转速信号，并将信号发送至中央处理单元。

基于上述电动车动力总成控制器的另一个实施例中，所述输出单元包括：模拟量输出单元、开关量输出单元、变速器电机控制输出单元、主电源开关控制单元、牵引电机逆变输出单元；

中央处理单元对采集的模拟信号处理以后，分析对应车辆部件的工作状态，并发出相应的控制指令至模拟量输出单元，所述模拟量输出单元将相应的控制信号发送至指定的车辆部件；

所述开关量输出单元与中央处理单元连接，用于将中央处理单元发送的开关量控制信号发送至相应的车辆开关部件；

所述变速器电机控制输出单元用于将中央处理单元发送的变速器电机控制信号输出至变速器电机，控制变速器电机的工作；

所述主电源开关控制单元用于将中央处理单元发送的主电源开关控制信号发送至主电源开关，并控制主电源开关的工作；

所述牵引电机逆变输出单元用于将中央处理单元发送的牵引电机逆变控制信号发送至牵引电机，并控制牵引电机工作。

与现有技术相比较，本实用新型具有以下优点：

本实用新型的电动车动力总成控制器通过中心控制器监控电池组、牵引电动机和变速器，这不仅降低了控制器的成本，还简化了线束、减轻了重量、降低了空间要求、简化了系统、提高了系统的可靠性，实现了将动力总成的控制集中起来到一个控制中心，用一个中心控制器去综合监控动力总成中的电池包、牵引电机、变速器的目的，使电动汽车更加轻量化、低成本、高效率和高可靠性。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所使用的附图做一简单地介绍。

图1是现有技术中电动汽车动力总成控制方式示意图；

图2是本实用新型的一种电动车动力总成控制器的一个实施例的结构示意图。

图3是本实用新型的一种电动车动力总成控制器的另一个实施例的结构示意图。

图中：1电池管理系统、2电机控制单元、3变速器控制单元、4中心控制器、41中央处理单元、42电源单元、43信号采集单元、431模拟量信号采集单元、432数字量信号采集单元、433旋变及正交解码信号采集单元、434载波量信号采集单元、44输出单元、441模拟量输出单元、442开关量输出单元、443变速器电机控制输出单元、444主电源开关控制单元、445牵引电机逆变输出单元、45通讯单元。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图2是本实用新型的一种电动车动力总成控制器的一个实施例的结构示意图，图3是本实用新型的一种电动车动力总成控制器的另一个实施例的结构示意图，如图2、图3所示，所述电动车动力总成包括：电池管理系统1、电机控制单元2、变速器控制单元3、中心控制器4；

所述电池管理单元1用于控制电动车的电池组，负责对电池组的充放电管理、电池电压告警管理、电量亏损管理、电池充电信号交互管理；

所述电机控制单元2用于控制牵引电机，负责电机的输出功率控制、工作状态控制；

所述变速器控制单元3用于控制变速器，监控变速器的工作状态，控制变速器的工作；

所述中心控制器4用于采集电池组、牵引电机和变速器的工作参数，并判断电池组、牵引电机和变速器的工作参数是否正常，向电池管理系统1、电机控制单元2、变速器控制单元3发送控制信号，控制电池管理系统1、电机控制单元2、变速器控制单元3的工作。

所述中心控制器包括：中央处理单元41、电源单元42、信号采集单元43、输出单元44和通讯单元45；

所述电源单元42与中央处理单元41的电源接口连接，用于向中央处理单元41供电；

所述信号采集单元43与中央处理单元41的输入接口连接，用于采集电池组、牵引电机、变速器的工作参数信息，并对采集的参数信息进行量化、滤波和分析，并将处理后的数据发送至中央处理单元41；

所述输出单元44与中央处理单元41的输出接口连接，中央处理单元41根据信号采集单元43采集的车辆运行参数，分析的车辆运行状况并发出相应的控制指令，由输出单元44将控制信号输出至相应的车辆控制设备；

所述通讯单元45与中央处理单元41的通讯接口连接，用于与电池组、牵引电机、变速器之间进行数据传输。

中心控制器4通过采集驾驶员操作、车身控制器、车身稳定性控制系统和车辆行驶等有关数据后，对信号进行硬件滤波后进行量化、再滤波和进行分析处理，然后对驾驶员所需求的扭矩进行评估，参照电池允许和电动机允许、路况允许、车况允许等因素来决定变速器最佳档位，并执行换档控制，控制牵引电机的逆变器的输出电压、电流、频率使牵引电机输出最佳输出扭矩或转速以满足经济性、动力性、安全性、持续性。

所述信号采集单元43包括：模拟量信号采集单元431、数字量信号采集单元432、旋变及正交解码信号采集单元433和载波量信号采集单元434；

所述模拟量信号采集单元431用于采集车辆驾驶、电池组的模拟量信号，并将模拟量信号发送至中央处理单元41，模拟量信号采集单元431采集的模拟量信号主要包括：驾驶员操控的加速踏板位置、制动踏板位置、方向盘角度、各有关点的温度、制动压力、蓄电池电压、自动换档机构位置、换档机构电机电流、坡度信号，以及直流母线电流、动力电机驱动电流等；

所述数字量信号采集单元432用于采集车辆驾驶的开关量数字信号，并将数字信号发送至中央处理单元41，数字量信号采集单元432采集的数字开关量输入信号主要包括手刹信号、制动信号、换档操纵杆信号、继电器反馈信号等；

所述旋变及正交解码信号采集单元433电机和转子的正交位置信号，并将采集的信号发送至中央处理单元41，旋变及正交解码信号采集单元433采集的旋变及正交解码信号包括动力电机的旋变磁场位置信号和转子的正交位置信号；

所述载波量信号采集单元434用于采集车辆的转速信号，并将信号发送至中央处理单元41，载波量信号采集单元434采集的载波量输入信号包括变速器输入轴转速、输出轴转速、车轮转速等。

所述输出单元44包括：模拟量输出单元441、开关量输出单元442、变速器电机控制输出单元443、主电源开关控制单元444、牵引电机逆变输出单元445；

中央处理单元41对采集的模拟信号处理以后，分析对应车辆部件的工作状态，并发出相应的控制指令至模拟量输出单元44，所述模拟量输出单元441将相应的控制信号发送至指定的车辆部件；

所述开关量输出单元442与中央处理单元41连接，用于将中央处理单元41发送的开关量控制信号发送至相应的车辆开关部件；

所述变速器电机控制输出单元443用于将中央处理单元41发送的变速器电机控制信号输出至变速器电机，控制变速器电机的工作；

所述主电源开关控制单元444用于将中央处理单元41发送的主电源开关控制信号发送至主电源开关，并控制主电源开关的工作；

所述牵引电机逆变输出单元445用于将中央处理单元41发送的牵引电机逆变控制信号发送至牵引电机，并控制牵引电机工作。

本实用新型的电动车动力总成控制器的信号量很大，它具有通常BMS、GCU、TCU等控制单元所需的所有变量，又有整车控制所需的所有变量，在现有技术中，所有变量通过CAN总线与相关控制单元连接获得，本实用新型的电动车动力总成控制器获取这些变量不再通过CAN通讯，而是在同一个环境下直接使用，中央处理单元1的主控芯片采用BGA封装，满足大量的扇入扇出数，避免VCU和TCU单独控制时对不少信号的重复取样、重复计算、重复诊断，避免CAN通讯速度和容量限制的矛盾。

本实用新型的电动车动力总成控制器能对驾驶员所需求的扭矩进行更有效评估，在电池电量、路况、车况等多因素条件下决定电动机最佳输出扭矩。传统发动机控制器只根据驾驶员的需求决定发动机输出扭矩，而驾驶员的需求只是通过踩加速踏板的深度来确定。而电动车动力总成控制器可以借助电动机及变速器同时控制的优势，考虑目前档位和是否准备切换档位等来确定电动机的最佳输出扭矩，变速器的档位切换也可根据发动机的工作情况来实时确定。在换档时，电动机的输出扭矩不等于驾驶员需要的扭矩，而要满足变速器的特殊需要以增加驾驶员的驾驶舒适性，在不同的路面上，电动机的输出扭矩也可以进行有效优化，在制动时，最大可能地回收能源在于分配摩擦消耗和发电回收车辆动能的比例，发电越多，摩擦消耗的就越小，摩擦消耗和发电回收动能更能缩短制动距离以提高安全性，所以相应时间很重要。整车的时间延迟更短，比如现有技术的整车控制器收到制动信号后再通过CAN总线告诉MCU，MCU收到信号后才采取行动，就有一次延时。如果TCU在换档之中通过CAN总线通知VCU，VCU收到信号后再通过CAN通知MCU，MCU收到信号后再采取行动，就有二次延时。在有紧急故障的情况下，延时也会带来风险。而电动车动力总成控制器就没有任何延时，从而保证了系统的快速性和可靠性。

以上对本实用新型所提供的一种电动车动力总成控制器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电动车动力总成控制器，其特征在于，包括：电池管理系统、电机控制单元、变速器控制单元、中心控制器；

所述电池管理单元用于控制电动车的电池组，负责对电池组的充放电管理、电池电压告警管理、电量亏损管理、电池充电信号交互管理；

所述电机控制单元用于控制牵引电机，负责电机的输出功率控制、工作状态控制；

所述变速器控制单元用于控制变速器，监控变速器的工作状态，控制变速器的工作；

所述中心控制器用于采集电池组、牵引电机和变速器的工作参数，并判断电池组、牵引电机和变速器的工作参数是否正常，向电池管理系统、电机控制单元、变速器控制单元发送控制信号，控制电池管理系统、电机控制单元、变速器控制单元的工作。

2.根据权利要求1所述的电动车动力总成控制器，其特征在于，所述中心控制器包括：中央处理单元、电源单元、信号采集单元、输出单元和通讯单元；

所述电源单元与中央处理单元的电源接口连接，用于向中央处理单元供电；

所述信号采集单元与中央处理单元的输入接口连接，用于采集电池组、牵引电机、变速器的工作参数信息，并对采集的参数信息进行量化、滤波和分析，并将处理后的数据发送至中央处理单元；

所述输出单元与中央处理单元的输出接口连接，中央处理单元根据信号采集单元采集的车辆运行参数，分析的车辆运行状况并发出相应的控制指令，由输出单元将控制信号输出至相应的车辆控制设备；

所述通讯单元与中央处理单元的通讯接口连接，用于与电池组、牵引电机、变速器之间进行数据传输。

3.根据权利要求2所述的电动车动力总成控制器，其特征在于，所述信号采集单元包括：模拟量信号采集单元、数字量信号采集单元、旋变及正交解码信号采集单元和载波量信号采集单元；

所述模拟量信号采集单元用于采集车辆驾驶、电池组的模拟量信号，并将模拟量信号发送至中央处理单元；

所述数字量信号采集单元用于采集车辆驾驶的开关量数字信号，并将数字信号发送至中央处理单元；

所述旋变及正交解码信号采集单元电机和转子的正交位置信号，并将采集的信号发送至中央处理单元；

所述载波量信号采集单元用于采集车辆的转速信号，并将信号发送至中央处理单元。

4.根据权利要求2所述的电动车动力总成控制器，其特征在于，所述输出单元包括：模拟量输出单元、开关量输出单元、变速器电机控制输出单元、主电源开关控制单元、牵引电机逆变输出单元；

中央处理单元对采集的模拟信号处理以后，分析对应车辆部件的工作状态，并发出相应的控制指令至模拟量输出单元，所述模拟量输出单元将相应的控制信号发送至指定的车辆部件；

所述开关量输出单元与中央处理单元连接，用于将中央处理单元发送的开关量控制信号发送至相应的车辆开关部件；

所述变速器电机控制输出单元用于将中央处理单元发送的变速器电机控制信号输出至变速器电机，控制变速器电机的工作；

所述主电源开关控制单元用于将中央处理单元发送的主电源开关控制信号发送至主电源开关，并控制主电源开关的工作；

所述牵引电机逆变输出单元用于将中央处理单元发送的牵引电机逆变控制信号发送至牵引电机，并控制牵引电机工作。