一種電動汽車高壓安全控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電氣控制設備技術(shù)領(lǐng)域，具體說是一種電動汽車高壓安全控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，新能源汽車的總體產(chǎn)量越來越高，新能源汽車安全尤其是高壓電氣安全日益受到市場的關(guān)注和重視。如圖1所示，在常規(guī)的新能源電動車結(jié)構(gòu)中，整車高壓電氣的運行通常由高壓配電箱來負責，高壓配電箱通過信號線(硬線)接收整車控制核心即整車控制器(VCU)的指令，通過內(nèi)部繼電器和熔斷器對各個通道的高壓用電部件進行開、關(guān)操作及過流保護。由于新能源電動車高電壓、高能量密度的特點，使用過程中會產(chǎn)生大量的電磁干擾，并且無法完全屏蔽，因此，在連接整車控制器與高壓配電箱之間的導線極易受到干擾，使得高壓配電箱產(chǎn)生誤動作。高壓配電箱錯誤的動作容易導致車輛在運行、維護的過程中造成不可避免的人身損傷(例如觸電)及設備損傷(例如起火、過溫、爆炸等)，因此從控制結(jié)構(gòu)上提升新能源整車電氣安全顯得非常必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種電動汽車高壓安全控制系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0005]—種電動汽車高壓安全控制系統(tǒng)，由隔離電源模塊、主單片機、隔離總線驅(qū)動、SPI總線、隔離信號輸入檢測、輔單片機、高壓隔離反饋模塊、隔離信號反饋模塊、繼電器驅(qū)動模塊組成。
[0006]所述主單片機與輔單片機之間通過SPI總線相連，主單片機還分別與隔離總線驅(qū)動、繼電器驅(qū)動模塊和隔離信號反饋模塊相連;主單片機和輔單片機均采用專用的汽車級單片機，具備良好的可靠性和運算速度；同時主單片機和輔單片機之間采用SPI總線進行通訊，共享采集得到的信號及指令。
[0007]所述輔單片機還與連接隔離信號輔入檢測和高壓隔離反饋模塊相連;所述隔離信號輸入檢測通過分壓、濾波、隔離等方式，對車輛總線信號發(fā)送給高壓配電箱的繼電器控制命令進行信號采集，并且發(fā)送給輔單片機的開關(guān)量模塊進行處理。
[0008]所述主單片機通過隔離總線驅(qū)動和隔離信號輸入檢測連接有車輛總線及整車低壓線束，并且主單片機與車輛總線及整車低壓線束之間進行信息傳遞。
[0009]所述高壓隔離反饋模塊、隔離信號反饋模塊共同連接有高壓繼電器，所述主單片機通過高壓隔離反饋模塊、隔離信號反饋模塊對高壓繼電器進行信號檢測及反饋;所述主單片機和繼電器驅(qū)動模塊對高壓配電箱內(nèi)高壓繼電器進行輸出控制。
[0010]所述隔離電源模塊通過降壓和隔離，分別整理出信號處理電路、主單片機的最小系統(tǒng)、輔單片機的最小系統(tǒng)所需的隔離電源。隔離電源模塊采用分級結(jié)構(gòu)，第一級采用穩(wěn)壓電源將車輛提供的V或V電壓轉(zhuǎn)換至控制系統(tǒng)的其他模塊所需V電壓范圍，第二級通過電源隔離模塊隔離出單片機系統(tǒng)所需的V供電，供單片機及各電路隔離模塊使用。
[0011]所述主單片機連接有光耦和高速總線收發(fā)器，并通過光耦和高速總線收發(fā)器對車輛總線信號進行隔離及驅(qū)動。
[0012]車輛總線信號在與輔單片機進行連接時，通過電阻分壓、光耦隔離的方式將車輛總線信號與外部信號隔離。
[0013]輔單片機與高壓繼電器的輸出端進行連接，并通過分壓、隔離、輔單片機信號采集的方式得到高壓繼電器輸出狀態(tài)。
[0014]所述主單片機輸出的高壓繼電器控制信號通過光耦隔離模塊進行檢測，并由輔單片機對主單片機輸出的高壓繼電器控制信號進行檢測。
[0015]所述繼電器驅(qū)動模塊為多通道、可自行關(guān)閉的智能繼電器驅(qū)動模塊。繼電器驅(qū)動模塊接收由主單片機發(fā)出的繼電器控制指令，通過高端驅(qū)動或低端驅(qū)動的方式，對配電箱內(nèi)的高壓繼電器進行直接驅(qū)動;主單片機向高壓繼電器發(fā)送的輸入信號，經(jīng)隔離信號輸入檢測模塊處理后，由輔單片機進行采集。同時，高壓繼電器輸出的高壓電經(jīng)由高壓隔離反饋模塊處理后，轉(zhuǎn)換成模擬信號，由輔單片機進行采集。
[0016]所述隔離總線驅(qū)動由總線驅(qū)動器和光電隔離器件組成，車輛總線信號經(jīng)過光電隔離器件后濾除總線電磁干擾，通過總線驅(qū)動器轉(zhuǎn)換成總線物理電平，由主單片機的總線控制模塊接收車輛總線信號信息。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明能通過兩種模式(總線及硬線)接收車輛總線發(fā)送的控制信號，同時對高壓執(zhí)行信號元件的輸出進行檢測，從信號輸入冗余、信號對比確認、輸出反饋及故障檢測處理等環(huán)節(jié)對高壓配電箱進行全方位安全控制，大大提升高壓配電箱安全性。
[0018]本發(fā)明將會在傳統(tǒng)高壓控制系統(tǒng)的基礎上，更加安全的進行高壓用電部件管理，提升整車生產(chǎn)安全性。
【附圖說明】
[0019]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0020]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中電動車高壓配電示意圖；
[0021 ]圖2是本發(fā)明的整體連接關(guān)系示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構(gòu)連接關(guān)系示意圖；
[0023]圖4是本發(fā)明的隔離電源模塊工作流程圖；
[0024]圖5是本發(fā)明的隔離總線驅(qū)動電路連接關(guān)系圖；
[0025]圖6是本發(fā)明的繼電器驅(qū)動模塊電路連接關(guān)系圖；
[0026]圖7是本發(fā)明的高壓隔離反饋模塊的電路連接示意圖；
[0027]圖8是本發(fā)明的車輛總線信號輸入判別及輸出流程圖；
[0028]圖9是本發(fā)明的輸出狀態(tài)檢測及故障保護工作流程圖。
【具體實施方式】
[0029]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段和創(chuàng)作特征易于明白了解，下面對本發(fā)明進一步闡述。
[0030]如圖1至圖9所示，一種電動汽車高壓安全控制系統(tǒng)，由隔離電源模塊1、主單片機2、隔離總線驅(qū)動3、SPI總線4、隔離信號輸入檢測5、輔單片機6、高壓隔離反饋模塊7、隔離信號反饋模塊8、繼電器驅(qū)動模塊1組成。
[0031]見圖3，所述主單片機2與輔單片機6之間通過SPI總線4相連，主單片機2還分別與隔離總線驅(qū)動3、繼電器驅(qū)動模塊9和隔離信號反饋模塊8相連;主單片機2和輔單片機6均采用專用的汽車級單片機，具備良好的可靠性和運算速度；同時主單片機2和輔單片機6之間采用SPI總線4進行通訊，共享采集得到的信號及指令。
[0032]所述輔單片機6還與隔離信號輔入檢測5和高壓隔離反饋模塊7相連;所述隔離信號輸入檢測5通過分壓、濾波、隔離等方式，對與隔離信號輔入檢測5相連的車輛總線發(fā)送給高壓配電箱的高壓繼電器的控制命令進行信號采集，并且發(fā)送給輔單片機6內(nèi)設有的開關(guān)量模塊進行處理。車輛總線的信號在與輔單片機6進行連接時，通過電阻分壓、光耦隔離的方式將車輛總線的信號與外部信號隔離。所述輔單片機6與高壓繼電器的輸出端進行連接，并通過分壓、隔離、輔單片機6信號采集的方式得到高壓繼電器輸出狀態(tài)。
[0033]所述主單片機2通過隔離總線驅(qū)動3和隔離信號輸入檢測5連接有車輛總線及整車低壓線束，并且主單片機2與車輛總線及整車低壓線束之間進行信息傳遞。所述主單片機2連接有光耦和高速總線收發(fā)器，參見圖5，并通過光耦和高速總線收發(fā)器對車輛總線的信號進行隔離及驅(qū)動。
[0034]參見圖6，所述主單片機2輸出的高壓繼電器控制信號通過光耦隔離模塊進行檢測，并由輔單片機6對主單片機2輸出的對高壓繼電器控制的信號進行檢測。
[0035]所述高壓隔離反饋模塊7、隔離信號反饋模塊8共同連接有高壓繼電器，所述主單片機2通過高壓隔離反饋模塊7、隔離信號反饋模塊8對高壓繼電器進行信號檢測及反饋;所述主單片機2和繼電器驅(qū)動模塊9對高壓配電箱內(nèi)高壓繼電器進行輸出控制。
[0036]參見圖4，所述隔離電源模塊I通過降壓和隔離，分別整理出信號處理電路、主單片機2的最小系統(tǒng)、輔單片機6的最小系統(tǒng)所需的隔離電源。隔離電源模塊I采用分級結(jié)構(gòu)，第一級采用穩(wěn)壓電源將車輛提供的12V或24V電壓轉(zhuǎn)換至控制系統(tǒng)的其他模塊所需5V電壓范圍，第二級通過電源隔離模塊隔離出單片機系統(tǒng)所需的5V供電，供單片機及各電路隔離模塊使用。
[0037]所述繼電器驅(qū)動模塊9為多通道、可自行關(guān)閉的智能繼電器驅(qū)動模塊。繼電器驅(qū)動模塊9接收由主單片機發(fā)出的繼電器控制指令，通過高端驅(qū)動或低端驅(qū)動的方式，對高壓配電箱內(nèi)的高壓繼電器進行直接驅(qū)動;主單片機2向高壓繼電器發(fā)送的輸入信號，經(jīng)隔離信號輸入檢測5模塊處理后，由輔單片機6進行采集。同時，高壓繼電器輸出的高壓電經(jīng)由高壓隔離反饋模塊7處理后，轉(zhuǎn)換成模擬信號，由輔單片機6進行采集。
[0038]所述隔離總線驅(qū)動3由總線驅(qū)動器和光電隔離器件組成，車輛總線信號經(jīng)過光電隔離器件后濾除總線電磁干擾，通過總線驅(qū)動器轉(zhuǎn)換成總線物理電平，由主單片機2的總線控制模塊接收車輛總線信號信息。
[0039]經(jīng)上述硬件框架結(jié)構(gòu)設計，車輛總線發(fā)送給高壓配電箱的信號分別通過不同模塊、不同處理單元進行處理，同時對于繼電器的驅(qū)動輸出，增加了繼電器輸入、輸出雙重信號反饋，實現(xiàn)硬件冗余和安全。
[0040]對于系統(tǒng)的運行策略，在硬件系統(tǒng)安全冗余的前提下，通過分別對信號輸入、數(shù)據(jù)處理及控制輸出等環(huán)節(jié)進行監(jiān)控、校驗、保護等控制，確保系統(tǒng)的準確輸出，【具體實施方式】如下:
[0041]參見圖8和圖9，主單片機和輔單片機分別通過車輛總線、導線硬線采集整車控制器的控制指令，見圖1，在確認車輛狀態(tài)及高壓配電箱內(nèi)部狀態(tài)正常的情況下，主、輔單片機同時確認高壓繼電器輸出信號，并且通過同步車輛總線確認結(jié)果。在此過程中，主、輔單片機還互相通過SPI總線定時發(fā)送生命信號，通過生命信號的更新判斷對方的工作狀態(tài)是否正常。
[0042]當主單片機與輔單片機對車輛狀態(tài)、高壓繼電器命令確認一致時，允許對高壓繼電器進行輸出。所述主單片機驅(qū)動繼電器驅(qū)動模塊，進而驅(qū)動高壓配電箱內(nèi)高壓繼電器。主單片機對繼電器驅(qū)動模塊的驅(qū)動信號由輔單片機進行采集，并且與高壓繼電器輸出控制命令進行比對，如產(chǎn)生錯誤，則輔單片機通知主單片機進行故障處理。
[0043]本發(fā)明通過硬件冗余的方式，對高壓配電箱信號輸入、數(shù)據(jù)處理及控制輸出進行雙重備份和監(jiān)控，同時對硬件結(jié)構(gòu)提出雙單片機協(xié)同控制、監(jiān)控、保護的新型控制方法，使高壓配電系統(tǒng)從開環(huán)系統(tǒng)變成閉環(huán)系統(tǒng)，極大的提升了高壓配電箱的安全性。
[0044]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項】
1.一種電動汽車高壓安全控制系統(tǒng)，由隔離電源模塊(I)、主單片機(2)、隔離總線驅(qū)動(3)、SPI總線(4)、隔離信號輸入檢測(5)、輔單片機(6)、高壓隔離反饋模塊(7)、隔離信號反饋模塊(8)、繼電器驅(qū)動模塊(1)組成，其特征在于: 所述主單片機(2)與輔單片機(6)之間通過SPI總線(4)相連，主單片機(2)還分別與隔離總線驅(qū)動(3)、繼電器驅(qū)動模塊(9)和隔離信號反饋模塊(8)相連； 所述輔單片機(6)還與隔離信號輔入檢測(5)和高壓隔離反饋模塊(7)相連； 所述主單片機(2)通過隔離總線驅(qū)動(3)和隔離信號輸入檢測(5)連接有車輛總線及整車低壓線束，并且主單片機(2)與車輛總線及整車低壓線束之間進行信息傳遞； 所述高壓隔離反饋模塊(7)、隔離信號反饋模塊(8)共同連接有高壓繼電器，所述主單片機(2)通過高壓隔離反饋模塊(7)、隔離信號反饋模塊(8)對高壓繼電器進行信號檢測及反饋;所述主單片機(2)和繼電器驅(qū)動模塊(9)對高壓配電箱的高壓繼電器進行輸出控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動汽車高壓安全控制系統(tǒng)，其特征在于:所述隔離電源模塊(I)通過降壓和隔離，分別整理出信號處理電路、主單片機(2)的最小系統(tǒng)、輔單片機(6)的最小系統(tǒng)所需的隔離電源。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動汽車高壓安全控制系統(tǒng)，其特征在于:所述主單片機(2)連接有光耦和高速總線收發(fā)器，并通過光耦和高速總線收發(fā)器對車輛總線信號進行隔離及驅(qū)動。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動汽車高壓安全控制系統(tǒng)，其特征在于:車輛總線信號在與輔單片機(6)進行連接時，通過電阻分壓、光耦隔離的方式將車輛總線信號與外部信號隔離。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動汽車高壓安全控制系統(tǒng)，其特征在于:輔單片機(6)與高壓繼電器的輸出端進行連接，并通過分壓、隔離、輔單片機(6)信號采集的方式得到高壓繼電器輸出狀態(tài)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動汽車高壓安全控制系統(tǒng)，其特征在于:所述主單片機(2)輸出的高壓繼電器控制信號通過光耦隔離模塊進行檢測，并由輔單片機(6)對主單片機(2)輸出的高壓繼電器控制信號進行檢測。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動汽車高壓安全控制系統(tǒng)，其特征在于:所述繼電器驅(qū)動模塊(9)為多通道、可自行關(guān)閉的智能繼電器驅(qū)動模塊。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電動汽車高壓安全控制系統(tǒng)，由隔離電源模塊、主單片機、隔離總線驅(qū)動、SPI總線、隔離信號輸入檢測、輔單片機、高壓隔離反饋模塊、隔離信號反饋模塊、繼電器驅(qū)動模塊組成。所述主單片機與輔單片機之間通過SPI總線相連，主單片機還分別與隔離總線驅(qū)動、繼電器驅(qū)動模塊和隔離信號反饋模塊相連；同時主單片機和輔單片機之間采用SPI總線進行通訊，共享采集得到的信號及指令。本發(fā)明能通過兩種模式接收車輛總線發(fā)送的控制信號，同時對高壓執(zhí)行信號元件的輸出進行檢測，從信號輸入冗余、信號對比確認、輸出反饋及故障檢測處理等環(huán)節(jié)對高壓配電箱進行全方位安全控制，提升高壓配電箱安全性。
【IPC分類】B60L3/00, G05B19/042
【公開號】CN105711423
【申請?zhí)枴緾N201610035158
【發(fā)明人】皮大偉, 李永
【申請人】蕪湖永序新能源電控技術(shù)有限公司