CN2756488Y

CN2756488Y - 电动汽车自动断路控制器

Info

Publication number: CN2756488Y
Application number: CN 200320122957
Authority: CN
Inventors: 卓斌; 樊晓松; 陆珂伟; 郭海涛
Original assignee: Pan Asia Technical Automotive Center Co Ltd
Current assignee: Pan Asia Technical Automotive Center Co Ltd
Priority date: 2003-12-29
Filing date: 2003-12-29
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2013-12-29

Abstract

本实用新型涉及电动汽车自动断路控制器，其特征为：高压输入的正端分别与正端接触器的一端、预充电电路的一输入端及测量电路的一输入端连接；高压输入的负端分别与负端接触器的一端、测量电路的一输入端连接；正端接触器的输出端分别与测量电路的一输入端、预充电电路输出端及高压输出正端连接；负端接触器的输出端分别与测量电路的又一输入端及高压输出负端连接；逻辑控制电路分别连接两个接触器的控制端；测量电路的输出端连接逻辑控制电路输入端。控制命令连接逻辑控制电路的输入端。本实用新型提高了电动汽车的高压安全性，可实时监测电动车上高压电路运行状态和安全性能，当故障发生时，可自动或按控制命令要求切断高压电路，保护人员及车辆安全。

Description

电动汽车自动断路控制器

技术领域：

本实用新型涉及电动汽车的控制设备，具体的说是一种用于电动汽车的自动断路控制器。

背景技术：

随着环保意识的增强，电动汽车越来越受到重视。电动汽车上的蓄电池电压一般较高。因此高压电的安全性必须首先考虑，安全的使用高压电，要知道高压电的状态比如高压电对地的绝缘状态、高压电的电压等参数，并且，在出现危险状态的时候，应该能够迅速切断高压回路。经查国家标准中有关高压电安全的内容主要包括：车载储能装置(规定了动力蓄电池的绝缘电阻的测量和大小、爬电距离、过电流断开和储能装置碰撞等方面要求)、功能安全(主要要求车辆避免误动作、电气连接安全和过流切断)和故障保护及人员触电防护(主要规定了绝缘电阻的测量、遮挡要求和电位均衡等要求)等内容。而目前国内还没有一种用于监测电动车上高压电路运行状态和安全性能的自动断路控制器。

发明内容：

本实用新型的目的在于提供一种用于电动汽车的自动断路控制器，当电动汽车的高压电发生故障时它可自动或按控制命令要求切断高压电路，保护人员及车辆安全。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：电动汽车自动断路控制器，它主要包括壳体和装在壳体中的控制器，其特征在于：高压输入的正端分别与正端接触器的一端、预充电电路的一输入端及测量电路的一输入端连接；高压输入的负端分别与负端接触器的一端、测量电路的一输入端连接；正端接触器的输出端分别与测量电路的一输入端、预充电电路输出端及高压输出正端连接；负端接触器的输出端分别与测量电路的又一输入端及高压输出负端连接；逻辑控制电路分别连接两个接触器的控制端；测量电路的输出端连接逻辑控制电路输入端。控制命令连接逻辑控制电路的输入端。

本实用新型提高了电动汽车的高压电安全性，可实时监测电动车上高压电路运行状态和安全性能，当故障发生时，可自动或按控制命令要求切断高压电路，保护人员及车辆安全。本控制器解决了高压电路与车身的安全绝缘检测方法问题；高压电路中各连接部件的电气连接完整的检测方法问题；解决了当高压电路中存在较大容抗时的预充电方法问题，使断路器安全接通。本控制器体积小、电路简洁、功能较齐全。实时性强，动作快捷。制造成本较低，可普遍适用于各类电动汽车。

附图说明：

图1为本实用新型一实施例的电路框图

图2为图1中的绝缘监测电路框图

图3为绝缘监测电路的具体线路图

图4为绝缘监测电路的波形图

图5为图1中的高压互锁监测电路框图

图6为一高压互锁监测电路的具体线路图

图7为图1中的电压监测电路框图

图8为一电压监测电路的具体线路图

图9为图1中的预充电电路框图

图10为一预充电电路的具体线路图

图11为一预充电电路的相关波形图

图12为逻辑电路示意图

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。

本实用新型主要包括壳体和装在壳体中的控制器，该控制器由测量电路、逻辑控制电路、高压接触器、预充电电路组成，如图1，它区别于现有技术在于：高压输入的正端分别与正端接触器的一端、预充电电路的一输入端及测量电路的一输入端连接；高压输入的负端分别与负端接触器的一端、测量电路的一输入端连接；正端接触器的输出端分别与测量电路的一输入端、预充电电路输出端及高压输出正端连接；负端接触器的输出端分别与测量电路的又一输入端及高压输出负端连接；逻辑控制电路分别连接两个接触器的控制端；测量电路的输出端连接逻辑控制电路输入端，控制命令连接逻辑控制电路的输入端。

其中，测量电路包括：绝缘监测电路、高压互锁监测电路、预充电检测电路和电压监测电路，各监测电路相对独立工作。

绝缘监测电路由滤波器1、保护器2、运算放大器3以及电压基准4和电压比较电路5组成能够动态的监测电路的绝缘状况。当绝缘状态超出允许范围，产生绝缘故障信号。

所述的绝缘监测电路的连接关系为：滤波器的两个输入端与相应的高压输入端连接，滤波器的一个端接地，滤波器的两个输出端与保护器的两个输入端连接，保护器的两个输出端与放大器的两个输入端连接，放大器的输出端与电压比较电路的另一输入端连接；高压输入的一端经分压电路后，与电压比较电路的一输入端连接。

绝缘监测电路的高压正输入端Vi+连接滤波电路1正输入端，高压负输入端Vi_接滤波电路1负入端；滤波器的两个输出端通过保护器2，输出电压Vif+和Vif_分别连接放大器3的正负端；放大器的输出作为比较器的基准电压，连接比较器5的输入端；同时高压正输入端Vi+经过分压电路4，产生被监测电压，连接到比较器的另一输入端；比较器根据输入的电压信号，产生绝缘状态信号。

本监测电路的特点在于：1)高压电路和监测电路不共地，即高压电路浮地；2)将高压正输入端的电压分压，作为被监测电压。基于这两个特点，当高压电与车身地的绝缘电阻发生改变时，高压电正负端之间的电压差并不会因之改变，即放大器3的输出电压不变。因此，取其值作为基准电压。然而，此时由于绝缘电阻的变化，高压正端对地的电压却会变化，并与绝缘电阻变化的值成比例。因此，监测该电压的变化，即可获得高压电的绝缘状态。通过一个比较器电路即可实现要求的监测功能。

下面是较好的一实施例，所述的绝缘监测电路的连接关系为，高压负输入端分别与电容C1的一端、电阻R1的一端连接；电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接；高压的正输入端分别与电容C2的另一端、电阻R3的一端连接；电容C1的另一端、电容C2的一端均接地；电阻R3的另一端与电阻R4的一端连接；电阻R2的另一端分别与二极管D1的负端、二极管D2的正端、电阻R5的一端、运算放大器IC1的负输入端连接；电阻R4的另一端分别与二极管D1的正端、二极管D2的负端、电阻R6的一端、运算放大器IC1的正输入端连接；电阻R5的另一端分别与运算放大器IC1的输出端、电阻R7的一端、运算放大器IC2的正输入端连接；电阻R6的另一端接地；电阻R7的另一端分别与电阻R8的一端、运算放大器IC3的负输入端连接；电阻R9的一端与分压电路的输出端连接；电阻R9的另一端分别与运算放大器IC2的负输入端、运算放大器IC3的正输入端连接；电阻R8的另一端接地；电阻R10的一端与工作电源的正端连接；电阻R10的另一端分别与运算放大器IC2的输出端、运算放大器IC3的输出端连接。

高压互锁电路包括：激励信号产生电路6、信号变换电路7、电压基准电路8和比较电路9。高压互锁电路能够判断高压回路各部件连接是否完好，并产生相应电路状态信号。高压互锁电路的连接关系为：激励信号随高压回路走线，并连接信号变换电路的输入端；信号变换电路的输出端与比较电路的一输入端连接，电压基准电路的输出端与比较电路的另一输入端连接。实施中高压互锁电路的连接关系为，三极管VT1的发射极与电阻R17的一端、电阻R11的一端、电阻R16的一端连接，并连接工作电源正端；三极管VT1的基极分别与电阻R17的另一端、三极管VT2的发射极连接；三极管VT1的集电极与三极管VT2的基极连接；三极管VT2的集电极与二极管D3的一端连接；D3的另一端连接滤波器；滤波器的另一端与电阻R13的一端连接；电阻R11的另一端分别与电阻R12的一端、运算放大器IC4的正输入端连接；电阻R12的另一端分别与电阻R15的一端、运算放大器IC5的负输入端连接；电阻R13的另一端分别与运算放大器IC4的负输入端、运算放大器IC5的正输入端连接；电阻R16的另一端分别与运算放大器IC4、运算放大器IC5的输出端连接。

电压监测电路如图7，包括运算放大器电路3(如前所述)、绝对电压基准电路10和比较电路11。高压监测电路的连接关系为，比较电路分别与运算放大器电路、绝对电压基准电路相连接。电压监测电路的功能是判断当前电压是否高于或低于设定值时，相应产生欠压或过压故障状态信号。实施中高压监测电路的连接关系为，电阻R21的一端与电阻R22的一端连接工作电源的正端；电阻R22的另一端分别稳压二极管D4的一端、电阻R18的一端、运算放大器IC6的正输入端连接；稳压二极管D4的另一端接地；电阻R18的另一端分别与电阻R20的一端、运算放大器IC7的负输入端连接；电阻R19的另一端分别与运算放大器IC6的负输入端、运算放大器IC7的正输入端连接；电阻R21的另一端分别与运算放大器IC6的输出端、运算放大器IC7的输出端连接。

预充电电路由预充电产生电路12，充电监测电路13和比较电路14组成，能够根据高压电接通指令在接通前进行预充电，判断负载电路状态并设置相应状态信号。当负载电路电压预充电达到规定电压值，两个接触器同时接通。预充电监测电路的连接为：高压输入的正端分别与预充电电路的输入端、正端接触器的一输入端连接；高压输入的负端与负端接触器的输入端连接，正端接触器的输出端分别与预充电电路的输出端、充电监测电路的一输入端连接；负端接触器的输出端与充电监测电路的另一输入端连接；充电监测电路的输出端与比较器电路的输入端连接；比较器电路的输出端与逻辑控制电路的一输入端连接；逻辑控制电路的一输出端与预充电电路的输入端连接。

实施中预充电监测电路的连接为：高压输出的负端与电阻R23的一端连接；电阻R23的另一端与电阻R24的一端连接；高压输出的正端与电阻R25的一端连接；电阻R25的另一端与电阻R26连接；电阻R24的另一端分别与运算放大器IC8的负输入端、电阻R30的一端连接；电阻R26的另一端分别与电阻R27的一端、运算放大器IC8的正输入端连接；，电阻R27的另一端接地；电阻R30的另一端与运算放大器IC8的输出端、电阻R29的一端连接；电阻R29的另一端与运算放大器IC9的负输入端连接；电阻R28一端连接工作电源正端，电阻R28的另一端分别与稳压二极管的一端、运算放大器IC9的正输入端连接；稳压二极管的另一端接地。

逻辑控制电路根据测量电路的输出值，按照预先设定的控制逻辑，判断车辆的高压安全性，并控制接触器的工作。逻辑控制电路采用可编程逻辑器件，可以根据需要，方便的改变控制逻辑。

本控制器可方便地与电动汽车的高压电路连接，实现对高压电路的状态监测和通断控制。例如连接在蓄电池堆的出口，连接在燃料电池发动机的出口等。

本实用新型中的高压电绝缘监测的过程为，根据基尔霍夫电压定律，电路中任一回路内个段电压的代数和为零。设高压电总电压为VA，对于任意参考点p，高压电正端与电压参考点p之间电压为V+p，高压电负端与电压参考点p之间电压为Vp_，则VA＝V+p+Vp_。我们们选择这个参考点p为工作电路的地。高压电正负端信号通过滤波和保护电路送入放大器进行比例运算，得到高压电路的基准电压。同时对高压正端通过电阻分压得到V+p，作为被监测电压。根据虚短和虚地理论，正常绝缘状态下，我们可以认为高压电的两端与参考点p之间的电阻值相同，因此V+p＝Vp_。当绝缘状态改变时，即高压电的某一端与参考点p之间的电阻发生变化，V+p随之变化。如图4，Vi-、Vi+经过C1、C2滤波后，分别通过R1、R2和R3、R4连接至放大器IC1的正负输入端，和R5、R6构成比例运算电路，得到V1。D1和D2可以保护放大器IC1。经R7、R8分压得到电压V2，分别作为由IC2、IC3等构成的比较器的上下限基准电压。同时，高压正端电压经过一定比例的分压得到被监测电压Va，作为比较器的测量输入，与V1、V2进行比较并输出相应绝缘状态信号。被监测电压超出规定电压范围时，输出Viso跳变为高电平，即发出了绝缘故障信号。

高压互锁电路由VT1、VT2、D3和R17组成恒流源，产生低压监测环路中的电流；该电流通过R14产生压降，滤波后通过R13输入比较器；由R11、R12和R15分压，产生电压V3和V4，作为比较器的电压基准。R16、IC4和IC5组成比较器，输出高压互锁状态信号。低压监测环路跟随高压电路走线。如果高压回路接头或其它连接件出现问题，该环路随之断开，则R14无电流流过，没有压降。IC4、IC5构成的比较器判断R14上电压值，产生高压互锁故障信号。

电压监测电路测量过程如图5.3：由R22、R18、R20和D4组成分压电路，产生电压V5和V6，作为IC6和IC7的基准电压；电压V1通过电阻R19连接IC6负输入端和IC7正输入端；由R21、IC6和IC7组成比较器，产生电压状态信号。

预充电电路中的Kp为小型高压直流继电器，VT3可受逻辑电路控制，用来驱动继电器Kp。接通控制信号发出后，负端接触器和预充电继电器接合，通过预充电电阻Rp对负载进行预充电。高压输出正负端分别通过R25、R26和R23、R24接入IC8，和R30、R27组成放大电路，输出电压V7。R28和D5精确稳压得到基准电压V8，V7和V8连接到比较器IC9的输入端，输出预充电状态信号。同时，逻辑电路可通过定时等方法设定充电有效时间，如果在有效时间内V7可上升至V8，则预充电正常，逻辑控制电路允许正端接触器接合，高压电完成安全接通。如果负载电路在有效时间内电压没用达到设定值，则预充电失败，负端接触器断开，并设置故障信号。如图波形所示，T0时刻，命令接触器接通，这时负端接触器马上接通，预充电继电器也同时接合；高压输出端电压随时间上升；由于没有达到预设充电电压，预充状态保持不变。T1时刻，高压输出电压达到预设充电电压，充电状态信号发生改变，同时，正端接触器接通。T2时刻，预充电继电器断开。T3时刻，命令高压断开。

逻辑控制电路根据测量电路的输出值，按照预先设定的控制逻辑，判断车辆的高压安全性，并控制接触器的工作。本实施例中的逻辑控制电路采用可编程逻辑器件，可以根据需要，方便的改变控制逻辑，从而极大的提高了系统的适应能力，使得对于同样的输入信号，可以很方便的通过不同的策略加以控制，有针对性的解决问题。

图12为逻辑电路输入输出信号示意图。框内数字为连接芯片的管脚。其中没有表注出数字的管脚呈悬空状态，图中控制信号1、控制信号2、状态信号C、状态信号B、状态信号A均与外部控制器连接，且均视为现有技术，故不做详细描述。逻辑控制电路可以根据控制命令以及测量电路的输出，通过控制正负端接触器接通或切断高压电，并输出高压状态编码。

本控制器可方便地与电动汽车的高压电路连接，实现对高压电路的状态监测和通断控制。例如连接在蓄电池堆的出口，连接在燃料电池发动机的出口等。本控制器解决了高压电路与车身的安全绝缘检测方法问题；高压电路中各连接部件的电气连接完整的检测方法问题；解决了当高压电路中存在较大容抗时的预充电方法问题，使断路器安全接通。本控制器体积小、电路简洁、功能较齐全，实时性强，动作快捷，制造成本较低，可普遍适用于有发展前景的各类电动汽车。

Claims

1、电动汽车自动断路控制器，它主要包括壳体和装在壳体中的控制器，其特征在于：高压输入的正端分别与正端接触器的一端、预充电电路的一输入端及测量电路的一输入端连接；高压输入的负端分别与负端接触器的一端、测量电路的一输入端连接；正端接触器的输出端分别与测量电路的一输入端、预充电电路输出端及高压输出正端连接；负端接触器的输出端分别与测量电路的又一输入端及高压输出负端连接；逻辑控制电路分别连接两个接触器的控制端；测量电路的输出端连接逻辑控制电路输入端，控制命令连接逻辑控制电路的输入端。

2、根据权利要求1所述的电动汽车自动断路控制器，其特征在于：所述的测量电路包括绝缘监测电路、高压互锁监测电路、电压监测电路、预充电监测电路。

3、根据权利要求1-2所述的电动汽车自动断路控制器，其特征在于：所述的绝缘监测电路的连接关系为，滤波器的两个输入端与相应的高压输出端连接，滤波器的一个端接地，滤波器的两个输出端与保护器的两个输入端连接，保护器的两个输出端与放大器的两个输入端连接，放大器的输出端与电压比较电路的另一输入端连接；高压输入的一端经分压电路后，与电压比较电路的一输入端连接。

4、根据权利要求1-2所述的电动汽车自动断路控制器，其特征在于：所述的绝缘监测电路的连接关系为：高压负输入端分别与电容C1的一端、电阻R1的一端连接；电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接；高压的正输入端分别与电容C2的另一端、电阻R3的一端连接；电容C1的另一端、电容C2的一端均接地；电阻R3的另一端与电阻R4的一端连接；电阻R2的另一端分别与二极管D1的负端、二极管D2的正端、电阻R5的一端、运算放大器IC1的负输入端连接；电阻R4的另一端分别与二极管D1的正端、二极管D2的负端、电阻R6的一端、运算放大器IC1的正输入端连接；电阻R5的另一端分别与运算放大器IC1的输出端、电阻R7的一端、运算放大器IC2的正输入端连接；电阻R6的另一端接地；电阻R7的另一端分别与电阻R8的一端、运算放大器IC3的负输入端连接；电阻R9的一端与分压电路的输出端连接；电阻R9的另一端分别与运算放大器IC2的负输入端、运算放大器IC3的正输入端连接；电阻R8的另一端接地；电阻R10的一端与工作电源的正端连接；电阻R10的另一端分别与运算放大器IC2的输出端、运算放大器IC3的输出端连接。

5、根据权利要求1-2所述的电动汽车自动断路控制器，其特征在于：预充电监测电路的连接为：高压输入的正端分别与预充电电路的一输入端、正端接触器的一输入端连接；高压输入的负端与负端接触器的输入端连接，正端接触器的输出端分别与预充电电路的输出端、充电监测电路的一输入端连接；负端接触器的输出端与充电监测电路的另一输入端连接；充电监测电路的输出端与比较器电路的输入端连接；比较器电路的输出端与逻辑控制电路的一输入端连接；逻辑控制电路的一输出端与预充电电路的输入端连接。

6、根据权利要求1-2所述的电动汽车自动断路控制器，其特征在于：预充电监测电路的连接为：高压输出的负端与电阻R23的一端连接；电阻R23的另一端与电阻R24的一端连接；高压输出的正端与电阻R25的一端连接；电阻R25的另一端与电阻R26连接；电阻R24的另一端分别与运算放大器IC8的负输入端、电阻R30的一端连接；电阻R26的另一端分别与电阻R27的一端、运算放大器IC8的正输入端连接；，电阻R27的另一端接地；电阻R30的另一端与运算放大器IC8的输出端、电阻R29的一端连接；电阻R29的另一端与运算放大器IC9的负输入端连接；电阻R28一端连接工作电源正端，电阻R28的另一端分别与稳压二极管的一端、运算放大器IC9的正输入端连接；稳压二极管的另一端接地。