專利名稱：一種純電動(dòng)汽車的一體化電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及純一種純電動(dòng)汽車的一體化電源裝置。
背景技術(shù)：
近些年，隨著電池技術(shù)的發(fā)展和電機(jī)技術(shù)的成熟，純電動(dòng)汽車得到較快的發(fā)展，逐漸具備了產(chǎn)業(yè)化條件。純電動(dòng)汽車除驅(qū)動(dòng)電機(jī)外，通常還裝有電動(dòng)轉(zhuǎn)向、電動(dòng)空調(diào)等高壓用電設(shè)備及經(jīng)DCDC轉(zhuǎn)換成低壓供低壓設(shè)備使用，各用電設(shè)備是否接通高壓電根據(jù)駕駛員意圖決定。對(duì)于驅(qū)動(dòng)電機(jī)，如果瞬間接通高壓，會(huì)造成沖擊，影響電機(jī)性能和使用壽命。所有的高壓繼電器，在接通/斷開的瞬間，會(huì)產(chǎn)生大的電磁波，可能對(duì)附近的低壓用電設(shè)備干擾。由于純電動(dòng)汽車上存在高壓電，一旦發(fā)生漏電、短路等情況，會(huì)造成嚴(yán)重的后果。且高壓純電動(dòng)汽車發(fā)生碰撞、火災(zāi)等事故后，如果不能及時(shí)切斷高壓電，也會(huì)威脅駕乘人員的人身安全。由于上述各種情況可能發(fā)生，純電動(dòng)汽車高壓電的控制不能僅根據(jù)駕駛員的驅(qū)動(dòng)需求，還需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)汽車的安全狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生漏電、短路或車輛發(fā)生碰撞、火災(zāi)時(shí)，必須在第一時(shí)間產(chǎn)生警告，必要時(shí)緊急切斷高壓電。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中所存在的技術(shù)問題，本實(shí)用新型針對(duì)純電動(dòng)汽車，提出一種能安全合理地管理高壓用電的一體化電源系統(tǒng)。本實(shí)用新型解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案是:設(shè)計(jì)一體化電源控制器，根據(jù)整車狀態(tài)及監(jiān)測(cè)結(jié)果，管理高壓用電，監(jiān)控用電安全。本實(shí)用新型主要包括:包括一體化電源控制器1、通訊模塊2、絕緣檢測(cè)模塊3、煙霧檢測(cè)模塊4、碰撞檢測(cè)模塊5、預(yù)充電模塊6和高壓配電模塊7 ;所述通訊模塊2與整車控制器通信，將當(dāng)前車況信息、電源系統(tǒng)狀態(tài)信息告知整車控制器，所述絕緣檢測(cè)模塊3、煙霧檢測(cè)模塊4和碰撞檢測(cè)模塊5的輸出分別接一體化電源控制器I的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，進(jìn)行信號(hào)測(cè)量，所述一體化電源控制器I的控制算法信號(hào)經(jīng)預(yù)充電模塊6和高壓配電模塊7輸出。一體化電源控制器的作用是對(duì)車載安全模塊，其包括絕緣檢測(cè)模塊、煙霧檢測(cè)模塊和碰撞檢測(cè)模塊等和高壓電驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行管理和實(shí)現(xiàn)控制。預(yù)充電模塊主要通過預(yù)充電電路減少高壓電對(duì)電機(jī)的瞬間沖擊；高壓配電模塊主要通過繼電器和保險(xiǎn)絲完成整車控制需求及安全保護(hù)，并且對(duì)車載高壓用電設(shè)備進(jìn)行管理；通訊模塊的作用在于實(shí)現(xiàn)與整車控制器之間的通訊，實(shí)現(xiàn)方式是通過CAN總線。絕緣檢測(cè)模塊檢測(cè)高壓電總正與總負(fù)端與車身地之間的電阻，根據(jù)電阻值的大小判斷絕緣等級(jí)，分為安全、低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)志只能在鑰匙斷電后再次上電才能清除或轉(zhuǎn)為低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。[0012]煙霧檢測(cè)模塊，由散光式光電感煙電路檢測(cè)車廂內(nèi)的煙霧，根據(jù)紅外接收二級(jí)管接收散射光后產(chǎn)生的電流大小判斷有無(wú)煙霧，從而判斷有沒有發(fā)生火災(zāi)，分為安全等級(jí)和危險(xiǎn)等級(jí)。檢測(cè)到危險(xiǎn)后，只有鑰匙斷電后再次上電才能清除危險(xiǎn)標(biāo)志。碰撞檢測(cè)模塊，主要由碰撞傳感器構(gòu)成，當(dāng)碰撞加速度超過預(yù)設(shè)門限值時(shí)，碰撞狀態(tài)置為危險(xiǎn)等級(jí)，需立即切斷高壓電，且只有鑰匙斷電后再次上電才能清除危險(xiǎn)標(biāo)志。通訊模塊為CAN總線接口，該接口由中央處理單元內(nèi)部自帶的CAN控制器及板載外部CAN總線收發(fā)器模塊組成。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是，將高壓配電和安全檢測(cè)模塊集成在一個(gè)配電箱體中，形成獨(dú)立部件，有利于減少其對(duì)車身低壓系統(tǒng)的電磁干擾，可以合理地管理高壓用電，絕緣檢測(cè)、碰撞檢測(cè)等模塊能最大限度地保證純電動(dòng)汽車的電氣安全。

圖1 一體化電源裝置模塊連接原理框圖。圖2絕緣電阻測(cè)算電路原理示意圖。圖3煙霧檢測(cè)原理示意圖。圖4高壓配電模塊原理示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)于本實(shí)用新型的具體實(shí)施例做進(jìn)一步的說明。本實(shí)施例中的電動(dòng)汽車，由整車控制器協(xié)調(diào)電機(jī)控制器、一體化電源控制器1、儀表管理系統(tǒng)，對(duì)整車能量分配、動(dòng)力分配及電附件管理進(jìn)行控制。其相關(guān)部件參數(shù)為:電池144V/120Ah, DC/DC 1.5kff,電動(dòng)空調(diào)1.5kff,電動(dòng)轉(zhuǎn)向2kW，電機(jī)8kW/22kW，其直流側(cè)電容為 7920uF。如圖1本實(shí)施例的原理圖所示，其包括一體化電源控制器1、通訊模塊2、絕緣檢測(cè)模塊3、煙霧檢測(cè)模塊4、碰撞檢測(cè)模塊5、預(yù)充電模塊6和高壓配電模塊7。通過通訊模塊2接收整車控制器發(fā)來(lái)的整車狀態(tài)信息和配電控制命令。通過絕緣檢測(cè)模塊3、煙霧檢測(cè)模塊4和碰撞檢測(cè)模塊5對(duì)安全狀況進(jìn)行檢測(cè)及信號(hào)處理，送入一體化電源控制器I的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，進(jìn)行信號(hào)測(cè)量。一體化電源控制器I的控制算法輸出信號(hào)經(jīng)預(yù)充電模塊6和高壓配電模塊7輸出，控制各設(shè)備高壓電通斷。一體化電源控制器I采用飛思卡爾公司的MC9S12XDT256處理器。該處理器具有最大80Mhz的總線頻率，同時(shí)有16通道ADC、8通道16位PWM，、36通道GPIO和雙路CAN總線控制器，滿足一體化電源管理的控制、計(jì)算要求。一體化電源控制器I主要的功能是對(duì)系統(tǒng)的輸入、輸出進(jìn)行管理，并且負(fù)責(zé)完成快速、復(fù)雜的控制算法。本系統(tǒng)主要用到一體化電源控制器中的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(ADC)、脈寬調(diào)制模塊(PWM)模塊、外部中斷模塊和通用輸入輸出模塊(GP10)。其中模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊主要處理模擬信號(hào)，包括絕緣電阻檢測(cè)信號(hào)和煙霧檢測(cè)傳感器信號(hào)。脈寬調(diào)制模塊主要用來(lái)輸出合適的脈寬信號(hào)，定期驅(qū)動(dòng)煙霧檢測(cè)模塊的紅外發(fā)射。外部中斷模塊用來(lái)接收碰撞檢測(cè)模塊狀態(tài)。通用輸入輸出模塊主要用來(lái)處理系統(tǒng)的開關(guān)量和數(shù)字量，包括預(yù)充電模塊及高壓配電模塊的繼電器。一體化電源控制器在完成輸入輸出管理功能的同時(shí)，還需要完成各種復(fù)雜的濾波、計(jì)算，并且運(yùn)行各種復(fù)雜的控制算法。通訊模塊2直接使用MC9S12XDT256自帶CAN控制器作為報(bào)文的收發(fā)控制，總線信號(hào)則由PHILIPS公司生產(chǎn)的通用高速CAN總線驅(qū)動(dòng)器PCA82C250來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。通訊模塊接收整車控制器發(fā)來(lái)的整車狀態(tài)信息和配電控制命令，發(fā)送安全狀態(tài)信息。絕緣檢測(cè)模塊3測(cè)量高壓電正負(fù)母線對(duì)地的絕緣電阻TtV和/ -，電路原理如圖2所示。通過循環(huán)控制conl和con2，交替將慫并聯(lián)接入下負(fù)母線對(duì)地電阻上并測(cè)算得相應(yīng)的P和K-，進(jìn)而計(jì)算出TtV和/P-。遵循國(guó)標(biāo)要求，電動(dòng)汽車動(dòng)力電池額定電壓為144V，則當(dāng)辦〈15 IO (即約為100*144)或7 -〈15 Mi時(shí)，為高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；當(dāng)辦>72 Ml〔即500*144)且7 ->72 40,為安全；否則為低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)志只能在鑰匙斷電后再次上電才能清除或轉(zhuǎn)為低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。煙霧檢測(cè)模塊4采用光電感煙探測(cè)法檢測(cè)車廂內(nèi)煙霧，以及時(shí)監(jiān)測(cè)火災(zāi)。其原理示意如圖3所示，采用特制的光學(xué)迷宮作為煙霧接收裝置，內(nèi)裝有紅外發(fā)射二極管和紅外接收二極管，一體化電源控制器的輸出PWM波經(jīng)功率轉(zhuǎn)換后即定期驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射部分發(fā)射紅外線，若有煙霧進(jìn)入光學(xué)迷宮，則產(chǎn)生光的散射，紅外接收二極管接收光信號(hào)后產(chǎn)生電流信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算放大器LM358轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，送入一體化電源控制器AD模塊進(jìn)行采樣。當(dāng)采樣到的電壓值連續(xù)Is內(nèi)大于閾值3.5V時(shí)，置為危險(xiǎn)等級(jí)。檢測(cè)到危險(xiǎn)后，只有鑰匙斷電后再次上電才能清除危險(xiǎn)標(biāo)志。碰撞檢測(cè)模塊5主要應(yīng)用森薩塔電子技術(shù)有限公司碰撞傳感器FC0505，前后底盤上各安裝一個(gè)，將其開路端接地，公共端經(jīng)上拉后接入一體化電源控制器的外部中斷(設(shè)置為下降沿觸發(fā))，當(dāng)縱向碰撞加速度的絕對(duì)值超過IOg或者側(cè)向碰撞加速度的絕對(duì)值超過Sg時(shí)，產(chǎn)生碰撞預(yù)警信號(hào)，控制器即能置碰撞危險(xiǎn)等級(jí)，立即切斷高壓電，保護(hù)高壓系統(tǒng)安全。且危險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)志只能在鑰匙斷電后再次上電才可清除。一體化電源控制 器根據(jù)以上檢測(cè)結(jié)果，采取相應(yīng)的防護(hù)措施。當(dāng)碰撞檢測(cè)或煙霧檢測(cè)結(jié)果為危險(xiǎn)等級(jí)，或絕緣檢測(cè)結(jié)果為高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)時(shí)，需無(wú)條件立即切斷高壓電，而當(dāng)絕緣檢測(cè)或碰撞檢測(cè)結(jié)果為低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)時(shí)，需點(diǎn)亮報(bào)警燈警告，必要時(shí)降功率運(yùn)行。預(yù)充電模塊6由一個(gè)預(yù)充電電阻和兩個(gè)電控式高壓繼電器組成，電機(jī)上電時(shí)，先閉合預(yù)充電繼電器，利用預(yù)充電電阻減少電機(jī)瞬時(shí)高壓沖擊以保護(hù)電機(jī)，待電機(jī)兩端電壓達(dá)到115V (即電池電壓的80%)時(shí)閉合主繼電器，斷開預(yù)充電繼電器。預(yù)充電繼電器和電機(jī)主繼電器由一體化電源控制器的IO控制。其中，預(yù)充電電阻根據(jù)充電時(shí)間選擇，本實(shí)施例中，充電時(shí)間為600ms，則電阻值R=-t/Cln ((U-Uc) /U) =-0.6/
(0.00792*ln((144-0115)/144))=50 fi,電阻功率應(yīng)不小于 P= U2 R=144*144/50=415ff ；
即預(yù)充電電阻可選擇50 Ω，700W ；電機(jī)主繼電器電流根據(jù)電機(jī)額定功率/電池額定電壓8kff/144V=55A,考慮一定裕量，選擇300A，預(yù)充電繼電器根據(jù)電池額定電壓/預(yù)充電電阻144V/50 Ω =3A，考慮一定裕量，選擇10A。高壓配電模塊，原理示意如圖4所示。為防止短路，在配電輸入端裝有直流保護(hù)器。配電電路是一系列電控式高壓繼電器，由一體化電源控制器控制通斷以安全合理地接通/斷開各高壓用電設(shè)備。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的繼電器在預(yù)充電模塊已作說明，其保險(xiǎn)絲的電流大小根據(jù)電機(jī)額定功率/電池電壓，保留一定裕量選擇為IOOA ;電動(dòng)空調(diào)為1.5kff,同樣法則計(jì)算其繼電器和保險(xiǎn)絲均選擇20A ;電動(dòng)轉(zhuǎn)向?yàn)?kW，同樣法則計(jì)算其繼電器和保險(xiǎn)絲均選擇30A ；DC/DC1.5kff,同樣法則計(jì)算其繼電器和保險(xiǎn)絲均選擇20A ;因各用電設(shè)備總功率為13kff,同樣法則計(jì)算，總的直流保護(hù)器選擇120A。以上各個(gè)模塊分別有自己特定的功能，組合在一起后互相配合工作，完整實(shí)現(xiàn)管理純電動(dòng)汽車高壓配電的功能。絕緣檢測(cè)模塊測(cè)量高壓正負(fù)極與電底盤之間的電壓，并且送入一體化電源控制器AD模塊進(jìn)行絕緣電阻判斷；煙霧檢測(cè)模塊將檢測(cè)電路處理后信號(hào)送入一體化電源控制器AD模塊，以檢測(cè)煙霧濃度；碰撞檢測(cè)模塊輸出開關(guān)量信號(hào)送入一體化電源控制器外部中斷，由一體化電源控制器進(jìn)行碰撞狀態(tài)判定；一體化電源控制器的開關(guān)量輸出經(jīng)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)后控制預(yù)充電模塊的高壓繼電器及高壓配電模塊的高壓繼電器。在無(wú)絕緣風(fēng)險(xiǎn)、無(wú)煙霧(火災(zāi))、無(wú)碰撞發(fā)生時(shí)，一體化電源控制器直接接受整車控制器發(fā)出的指令進(jìn)行正常預(yù)充及高壓配電控制；當(dāng)檢測(cè)到絕緣、碰撞、煙霧等風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，一體化電源控制器結(jié)合整車控制器發(fā)出的相關(guān)信息和風(fēng)險(xiǎn)處理需求，切斷或部分切斷預(yù)充電模塊和高壓配電模塊各繼電器。本實(shí)用新型還可以有其它實(shí)施方式，凡采用同等替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.種純電動(dòng)汽車的一體化電源裝置，其特征在于:包括一體化電源控制器(I)、通訊模塊(2 )、絕緣檢測(cè)模塊(3 )、煙霧檢測(cè)模塊(4 )、碰撞檢測(cè)模塊(5 )、預(yù)充電模塊(6 )和高壓配電模塊(7);所述通訊模塊(2)與整車控制器通信，將當(dāng)前車況信息、電源系統(tǒng)狀態(tài)信息告知整車控制器，所述絕緣檢測(cè)模塊(3)、煙霧檢測(cè)模塊(4)和碰撞檢測(cè)模塊(5)的輸出分別接一體化電源控制器(I)的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，進(jìn)行信號(hào)測(cè)量，所述一體化電源控制器(I)的控制算法信號(hào)經(jīng)預(yù)充電模塊(6)和高壓配電模塊(7)輸出。
2.權(quán)利要求1所述的純電動(dòng)汽車的一體化電源裝置，其特征在于:所述一體化電源控制器(I)為16位或32位汽車級(jí)微控制器。
3.權(quán)利要求1所述的純電動(dòng)汽車的一體化電源裝置，其特征在于:所述通訊模塊(2)通過CAN總線與整車控制器通訊。
4.權(quán)利要求1所述的純電動(dòng)汽車的一體化電源裝置，其特征在于:所述絕緣檢測(cè)模塊(3)檢測(cè)高壓電正負(fù)級(jí)對(duì)車身地的電阻，送入一體化電源控制器AD模塊進(jìn)行絕緣電阻判斷。
5.權(quán)利要求1所述的純電動(dòng)汽車的一體化電源裝置，其特征在于:所述煙霧檢測(cè)模塊(4 )檢測(cè)電路處理后信號(hào)送入一體化電源控制器AD模塊，檢測(cè)車廂內(nèi)的煙霧濃度。
6.權(quán)利要求1所述的純電動(dòng)汽車的一體化電源裝置，其特征在于:所述碰撞檢測(cè)模塊(5)輸出開關(guān)量信號(hào)送入一體化電源控制器，由一體化電源控制器進(jìn)行碰撞狀態(tài)判定。
7.權(quán)利要求1所述的純電動(dòng)汽車的一體化電源裝置，其特征在于:所述預(yù)充電模塊(6)通過控制高壓繼電器控制預(yù)充電電路通斷。
8.權(quán)利要求1所述的純電動(dòng)汽車的一體化電源裝置，其特征在于:所述高壓配電模塊(7)包括直流保護(hù)器、高壓繼電器，所述一體化電源控制器(I)根據(jù)整車控制器命令、絕緣等級(jí)、煙霧濃度及碰撞等級(jí)輸出配電控制命令至高壓配電模塊。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種純電動(dòng)汽車的一體化電源裝置，包括一體化電源控制器、通訊模塊、絕緣檢測(cè)模塊、煙霧檢測(cè)模塊、碰撞檢測(cè)模塊、預(yù)充電模塊和高壓配電模塊。所述通訊模塊與一體化電源控制器通信、得到當(dāng)前車況信息且將電源系統(tǒng)狀態(tài)信息告知整車控制器，所述絕緣檢測(cè)模塊、煙霧檢測(cè)模塊和碰撞檢測(cè)模塊的輸出分別接一體化電源控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行信號(hào)測(cè)量以判斷是否發(fā)生漏電、火災(zāi)、碰撞等危險(xiǎn)事故，所述一體化電源控制器的控制算法信號(hào)經(jīng)預(yù)充電模塊和高壓配電模塊輸出，管理純電動(dòng)汽車的電氣安全。
文檔編號(hào)B60L3/00GK202923408SQ201220609848
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月19日
發(fā)明者鐘國(guó)華, 戴能紅 申請(qǐng)人:南京汽車集團(tuán)有限公司