一種電動汽車高壓控制箱分布式測控方法
【專利摘要】安全性靈活性高的一種電動汽車高壓控制箱分布式測控方法，包括智能測控模塊和串行通訊總線，智能測控模塊包含微處理器MPU、隔離電源單元、隔離驅(qū)動單元；MPU包含A/D采樣端口、I/O控制端口、電源端口和通訊端口，MPU包含A/D采樣端口、I/O控制端口、電源端口和通訊端口，A/D采樣端口與被測點相連；隔離電源單元的輸入端與電源總線相連，電源總線與外部電源相連，隔離電源單元的一個輸出端與MPU上的電源端口相連，外部電源經(jīng)隔離電源單元給MPU供電；電動汽車高壓控制箱內(nèi)于每一個需要測控的被測點處和/或主回路開關(guān)處就地安裝一個所述智能測控模塊，它通過通訊線與串行通訊總線相連。本發(fā)明用于測控電動汽車高壓控制箱。
【專利說明】
一種電動汽車高壓控制箱分布式測控方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種電氣測控方法，更具體地涉及一種電動汽車高壓控制箱分布式測控方法，屬新能源電動汽車領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]隨著傳統(tǒng)能源日漸枯竭及環(huán)境保護(hù)形勢日趨嚴(yán)峻，新能源電動汽車得到了國家政策的大力扶持，因而得到了快速發(fā)展，普及度越來越高。新能源電動汽車采用蓄電池作為動力能源，其高壓控制箱不僅是電動汽車各種電氣連接的匯集點，提供包括電池正負(fù)極母線接口、充電接口、放電接口、車載電器接口等，而且高壓控制箱還具有對蓄電池和電氣回路進(jìn)行監(jiān)控、管理和保護(hù)的功能。
[0003]通常，電動汽車電氣回路上的相關(guān)信息采樣點都設(shè)置在高壓控制箱內(nèi)，如電池組總電壓、充電電壓、放電電壓、絕緣電阻、電氣回路連接點處的溫度等。在現(xiàn)有技術(shù)中，高壓控制箱內(nèi)的電壓采樣都是集中采樣，主回路上主回路開關(guān)的控制也都是集中控制，即將各個被測點的信號通過導(dǎo)線集中連接到一塊采樣模塊上，在采樣模塊上通過信號處理，經(jīng)A/D變換來采樣。各個主回路開關(guān)的控制回路也是通過導(dǎo)線集中連接到控制板上，控制板上通過主回路開關(guān)驅(qū)動電路實現(xiàn)對各個主回路開關(guān)的控制。這種測控方式的優(yōu)點是成本低，便于后期維護(hù)。缺點是高壓控制箱內(nèi)二次導(dǎo)線多，內(nèi)部布線混亂。而且，有的被測點為直流高壓信號，直流電壓高，連接在被測點和電壓采樣模塊之間的導(dǎo)線都帶有高電壓，給高壓控制箱的絕緣設(shè)計帶來極大的困難，也存在嚴(yán)重的安全隱患。同時控制板的靈活性和通用性差，一旦控制板設(shè)計完成后，當(dāng)信號采樣點或主回路開關(guān)的數(shù)量有變化時，控制板就需重新設(shè)計，導(dǎo)致生產(chǎn)周期慢，質(zhì)量難以把控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明旨在提供一種分布式測控方法，在高壓箱內(nèi)每一個需要測控的被測點處和/或主回路開關(guān)處就地安裝一個智能測控模塊，就地采樣并計算被測點的電壓值、電流值、溫度值、絕緣電阻值，并通過串行通訊總線將各個被測點的電壓值、電流值、溫度值、絕緣電阻值匯集到電池系統(tǒng)管理單元BMU，同時通過串行通訊總線接收BMU的電氣回路控制指令，控制主回路開關(guān)的通斷。因串行通訊總線物理連接的是弱電信號，極大地降低了高壓控制箱布線的絕緣要求，方便高壓箱設(shè)計，也提高了高壓箱的安全性和可靠性。同時各個被測點的采樣和主回路開關(guān)控制電氣回路相同，智能測控模塊可作為標(biāo)準(zhǔn)元器件設(shè)計，當(dāng)信號采樣點或主回路開關(guān)的數(shù)量有變化時，只需在高壓控制箱設(shè)計時改變智能測控模塊的數(shù)量即可，不需要重新設(shè)計高壓控制箱的主控制板，靈活性大為增強，生產(chǎn)管理和質(zhì)量控制難度也大為降低。
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案其特殊之處在于:一種電動汽車高壓控制箱分布式測控方法，包括智能測控模塊和串行通訊總線，其特殊之處在于所述智能測控模塊包含微處理器MPU、隔離電源單元、隔離驅(qū)動單元；
[0006]所述MPU包含A/D采樣端口、I/O控制端口、電源端口和通訊端口，所述A/D采樣端口與被測點相連，將所述被測點測得的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸送到所述通訊端口；所述I/O控制端口與所述隔離驅(qū)動單元的信號輸入端相連，所述隔離驅(qū)動單元的輸出端與主回路開關(guān)的控制信號端相連，控制所述主回路開關(guān)的通斷;所述通訊端口通過通訊線與所述串行通訊總線相連；
[0007]所述隔離電源單元的輸入端通過電源線與電源總線相連，所述電源總線與外部電源相連，所述隔離電源單元的一個輸出端與所述MHJ上的所述電源端口相連，外部電源經(jīng)所述隔離電源單元電氣隔離后給所述MPU供電；所述隔離電源單元的另一個輸出端與所述隔離驅(qū)動單元的電源輸入端相連，外部電源經(jīng)所述隔離電源單元電氣隔離后給所述隔離驅(qū)動單元供電；
[0008]電動汽車高壓控制箱內(nèi)在每一個需要測控的被測點處和/或主回路開關(guān)處就地安裝一個所述智能測控模塊，所述智能測控模塊通過通訊線與所述串行通訊總線相連，所述串行通訊總線與電池系統(tǒng)管理單元BMU上的通訊接口相連;所述被測點的數(shù)字信號通過所述串行通訊總線輸送至所述BMU，所述BMU的指令也通過所述串行通訊總線輸送至所述智能測控模塊;所述智能測控模塊通過隔離驅(qū)動單元與所述主回路開關(guān)的控制信號端相連，所述MPU通過所述串行通訊總線接收所述BMU的操作指令，控制所述主回路開關(guān)的通斷。
[0009]作為優(yōu)選:
[0010]所述模擬信號包括電壓模擬信號、電流模擬信號、溫度模擬信號;所述數(shù)字信號包括電壓數(shù)字信號、電流數(shù)字信號、溫度數(shù)字信號、絕緣電阻數(shù)字信號。
[0011]所述MPU上的所述A/D采樣端口通過信號處理單元與所述被測點相連，所述信號處理單元將所述被測點上的強電模擬信號轉(zhuǎn)化為弱電模擬信號。
[0012]所述MPU的所述A/D采樣端口將所述信號處理單元送來的弱電電壓模擬信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓數(shù)字信號，同時通過對所述被測點電壓數(shù)字信號的分析，計算出所述被測點處的絕緣電阻數(shù)字信號。
[0013]所述隔離電源單元與所述隔離驅(qū)動單元相連，所述MPU上的所述I/O控制端口通過隔離驅(qū)動單元與所述主回路開關(guān)的控制信號端相連，所述隔離驅(qū)動單元將所述MPU輸出弱電控制信號放大成主回路開關(guān)控制信號端所要求的控制信號。
[0014]所述MPU上的所述通訊端口與隔離串口單元相連，所述隔離串口單元通過通訊線與所述串行通訊總線相連，所述隔離串口單元在所述串行通訊總線與所述MPU的所述通訊端口之間起電氣隔離作用;所述隔離串口單元一方面接收來自所述串行通訊總線的信號，包括查詢指令、對時指令和主回路開關(guān)控制指令，再傳輸給所述MPU;另一方面接收來自所述MPU通過所述通訊端口輸送的數(shù)字信號，再通過通訊線輸送至所述串行通訊總線。
[0015]所述BMU、智能測控模塊和所述串行通訊總線組成通訊網(wǎng)絡(luò)，所述BMU作為網(wǎng)絡(luò)的主設(shè)備，所述智能測控模塊作為網(wǎng)絡(luò)的從設(shè)備，所述主設(shè)備對每一個所述從設(shè)備實時監(jiān)控其連線狀態(tài)，掉線后立即給出報警。
[0016]所述主回路開關(guān)包括繼電器、電子開關(guān)、接觸器中的至少一種。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括:
[0018]1、智能測控模塊在被測點和/或主回路開關(guān)處就地安裝，就地采樣，就地控制，通訊線替代了信號采樣線和控制線。通訊線上傳輸?shù)氖侨蹼娦盘?，代替了現(xiàn)有技術(shù)中信號采樣線上傳輸?shù)膹婋娦盘?，因此避免了信號采樣線在高壓控制箱內(nèi)布線所帶來的直流高壓安全隱患，給高壓箱的電氣絕緣設(shè)計帶來方便的同時，提高了高壓箱安全性，最終提高了新能源汽車的安全性和可靠性。
[0019]2、智能測控模塊可作為標(biāo)準(zhǔn)元器件開發(fā)生產(chǎn)，采用這種分布式測控方法的高壓控制箱的BMU亦可標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，改善了高壓控制箱設(shè)計靈活性，降低了高壓控制箱質(zhì)量控制難度，從而提高了產(chǎn)品在市場上的競爭力。
[0020]3、智能測控模塊體積小且安裝在各個被測點和/或主回路開關(guān)上，安裝維護(hù)方便。[0021 ] 4、采用分布式測控方法，BMU安裝位置靈活，既可安裝在高壓控制箱內(nèi)，亦可安裝在高壓控制箱外。
[0022]5、智能測控模塊的供電回路接口、通訊接口和繼電器控制接口都采用電氣隔離設(shè)計，提高了智能測控模塊的可靠性。
【附圖說明】
[0023]圖1所示的是本發(fā)明提供的一種【具體實施方式】的智能測控模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2所示的是高壓控制箱內(nèi)分布式信號采樣與繼電器控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。
[0025]圖中標(biāo)記:I一智能測控模塊;2—MPU; 3—信號處理單兀;4一隔尚串口單兀;5—隔離電源單元;6—隔離驅(qū)動單元;7—被測點；8—串行通訊總線；9 一電源總線；10—繼電器；11一高壓控制箱；12—外部電源；13 — BMU ； 201 — A/D采樣端口 ； 202 —通訊端口； 203—電源端口； 204 — I/0控制端口； 801—通訊線;901—電源線；1301 — BMU通訊接口。
【具體實施方式】
[0026]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0027]本發(fā)明是針對現(xiàn)有技術(shù)中高壓控制箱內(nèi)采用集中式采樣與繼電器控制方式時，由于電壓采樣線帶有高壓而使其在高壓控制箱內(nèi)布線時存在絕緣要求高、安全隱患大的問題，提供了一種分布式的測控方法，在高壓控制箱內(nèi)一個或若干個被測點處和/或主回路開關(guān)處就地安裝一個智能測控模塊，就地測量并計算電壓值、電流值、溫度值、絕緣電阻值，然后通過串行通訊總線將電壓值、電流值、溫度值、絕緣電阻值輸送至BMU，由BMU對其進(jìn)行管理和監(jiān)控，同時接收BMU通過串行通訊總線輸送的操作指令控制主回路開關(guān)的通斷。
[0028]主回路開關(guān)用于控制某一電氣回路的通斷，以實現(xiàn)某種電氣控制或?qū)δ硞€電氣回路及其電氣回路上的元器件的保護(hù)。常用的主回路開關(guān)是繼電器，對于大電流的電氣回路，則更常用接觸器。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的進(jìn)步，電子開關(guān)的應(yīng)用逐漸多了起來，開始取代部分繼電器和接觸器。電子開關(guān)是指利用電子電路以及電子器件實現(xiàn)電氣回路通斷的運行單元，至少包括一個可控的電子驅(qū)動器件，如晶閘管、晶體管、場效應(yīng)管、可控硅等。與繼電器和接觸器相比，電子開關(guān)因無機械觸點，因此具有使用壽命長、無機械運作、不產(chǎn)生電弧、靜音、不會發(fā)生觸點粘連故障等優(yōu)點。在某些應(yīng)用場合，電子開關(guān)更具有優(yōu)勢。在本【具體實施方式】中，采用繼電器作為主回路開關(guān)。圖1所示的是本發(fā)明提供的一個【具體實施方式】的智能測控模塊結(jié)構(gòu)示意圖。智能測控模塊I包含MHJ 2、隔離電源單元5和隔離驅(qū)動單元6 JPU 2包含A/D采樣端口 201、通訊端口 202、電源端口 203和I/O控制端口 204，A/D采樣單元201與被測點7相連，用于采集被測點7上的模擬信號并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，然后傳送至通訊端口 202。I/O控制端口 204通過隔離驅(qū)動單元6與繼電器10相連，用于控制繼電器10的通斷。通訊端口202通過通訊線801接收來自串行通訊總線8的繼電器控制指令，經(jīng)MPU 2處理后，對隔離驅(qū)動單元6輸出弱電控制信號，隔離驅(qū)動單元6與隔離電源單元5相連，隔離電源單元5給隔離驅(qū)動單元6供電，將MPU 2輸出的弱電控制信號放大，最終輸出為繼電器10線圈所要求的控制信號。
[0029]隔離電源5的輸出端與MPU2上的電源端口203和隔離驅(qū)動單元6的電源輸入端相連，隔離電源5的輸入端通過電源線901與電源總線9相連，電源總線9與外置的工作電源相連，外置的工作電源通過隔離電源5電氣隔離后分別給MPU 2和隔離驅(qū)動單元6供電。
[0030]作為優(yōu)選，在A/D采樣端口201與被測點7之間再串聯(lián)一個信號處理單元3，信號處理單元3的作用是將被測點7的強電模擬信號轉(zhuǎn)換成弱電模擬信號，便于MPU 2安全可靠地進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。
[0031]作為優(yōu)選，A/D采樣端口201將信號處理單元3送來的弱電模擬信號轉(zhuǎn)換成被測點7處相應(yīng)的數(shù)字信號，同時MPU2通過對被測點7處的電壓數(shù)字信號分析，計算出被測點7處的絕緣電阻數(shù)字信號。
[0032]作為優(yōu)選，MPU 2上的通訊端口 202與隔離串口單元4相連，隔離串口單元4通過通訊線801與串行通訊總線8相連，隔離串口單元4在串行通訊總線8與MPU 2的通訊端口 202之間起電氣隔離作用；隔離串口單元4一方面接收來自串行通訊總線8傳送的信號，包括查詢指令、對時指令和繼電器控制指令，然后通過MPU 2的通訊端口 202傳送給MPU 2;另一方面接收來自MPU 2通過通訊端口202輸送的數(shù)字信號，再通過通訊線801輸送至所述串行通訊總線8。
[0033]作為優(yōu)選，智能測控模塊I的通訊回路、電源回路和繼電器控制回路都采用電氣隔尚設(shè)計。這樣做的目的可以提尚串彳丁通訊總線8的可靠性，進(jìn)而提尚尚壓控制箱的安全性和可靠性;同時也是為了防止當(dāng)某一個被測點發(fā)生故障后導(dǎo)致整個測控網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。
[0034]圖2所示的是高壓控制箱內(nèi)分布式測控的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。由于高壓控制箱11內(nèi)有多個被測點7和多個繼電器10，如正負(fù)極母線之間、熔斷器的兩側(cè)、直流開關(guān)的兩側(cè)、充電接口、放電接口等處都有被測點，充電回路、放電回路和車載電器回路上都有繼電器。在每一個需要測控的被測點7處和/或繼電器10處就地安裝一個智能測控模塊I，智能測控模塊I通過通訊線801連接到串行通訊總線8上，串行通訊總線8與BMU 13的通訊總線接口 1301相連，這樣就組成一個信號采樣與繼電器控制的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。所有智能測控模塊I上的隔離電源通過電源線901與電源總線9相連，電源總線9與外置的工作電源12相連。工作電源12通過電源總線9給每一個智能測控模塊I上的MPU和隔離驅(qū)動單元供電。BMU 13可以通過串行通訊總線8與各個智能測控模塊進(jìn)行通訊。通訊采用雙工方式并采用主從工作模式，BMU 13是主設(shè)備，智能測控模塊I是從設(shè)備。每次通訊時，BMU13發(fā)送含有智能測控模塊I身份信息的查詢命令，所有的智能測控模塊I都收到該命令并進(jìn)行身份核對。核對無誤的智能測控模塊I將采集到的被測點的數(shù)字信號送給BMU13。同時，智能測控模塊I也接收BMU13通過串行通訊總線8傳送的繼電器10控制指令，核對后根據(jù)指令信息控制繼電器10的分合動作。通過這樣的方式，高壓控制箱內(nèi)的所有電壓值、電流值、溫度值、絕緣電阻值都可以傳送給BMU13，并由BMU 13來監(jiān)控與管理，同時，BMUl 3也可以控制高壓控制箱內(nèi)所有繼電器1的分合動作。
[0035]作為優(yōu)選，BMU13還可以對各個智能測控模塊I進(jìn)行監(jiān)測，即BMU 13會對每個智能測控模塊I進(jìn)行查詢，若對某個智能測控模塊I連續(xù)5次查詢數(shù)據(jù)，該智能測控模塊I均沒有應(yīng)答時，BMU給出該智能測控模塊I通訊異常的告警信號。
[0036]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種電動汽車高壓控制箱分布式測控方法，包括智能測控模塊和串行通訊總線，其特征在于所述智能測控模塊包含微處理器MPU、隔離電源單元、隔離驅(qū)動單元； 所述MPU包含A/D采樣端口、I/O控制端口、電源端口和通訊端口，所述A/D采樣端口與被測點相連，將所述被測點測得的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸送到所述通訊端口；所述I/O控制端口與所述隔離驅(qū)動單元的信號輸入端相連，所述隔離驅(qū)動單元的輸出端與主回路開關(guān)的控制信號端相連，控制所述主回路開關(guān)的通斷;所述通訊端口通過通訊線與所述串行在于所述智能測控模塊包含微處理器MPU、隔離電源單元、隔離驅(qū)動單元； 所述MPU包含A/D采樣端口、I/O控制端口、電源端口和通訊端口，所述A/D采樣端口與被測點相連，將所述通訊總線相連； 所述隔離電源單元的輸入端通過電源線與電源總線相連，所述電源總線與外部電源相連，所述隔離電源單元的一個輸出端與所述MHJ上的所述電源端口相連，外部電源經(jīng)所述隔離電源單元電氣隔離后給所述MPU供電；所述隔離電源單元的另一個輸出端與所述隔離驅(qū)動單元的電源輸入端相連，外部電源經(jīng)所述隔離電源單元電氣隔離后給所述隔離驅(qū)動單元供電； 在所述電動汽車高壓控制箱內(nèi)于每一個需要測控的被測點處和/或主回路開關(guān)處就地安裝一個所述智能測控模塊，所述智能測控模塊通過通訊線與所述串行通訊總線相連，所述串行通訊總線與電池系統(tǒng)管理單元BMU上的通訊接口相連;所述被測點的數(shù)字信號通過所述串行通訊總線輸送至所述BMU，所述BMU的指令也通過所述串行通訊總線輸送至所述智能測控模塊;所述智能測控模塊通過隔離驅(qū)動單元與所述主回路開關(guān)的控制信號端相連，所述MPU通過所述串行通訊總線接收所述BMU的操作指令，控制所述主回路開關(guān)的通斷。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式測控方法，其特征在于所述模擬信號包括電壓模擬信號、電流模擬信號、溫度模擬信號;所述數(shù)字信號包括電壓數(shù)字信號、電流數(shù)字信號、溫度數(shù)字信號、絕緣電阻數(shù)字信號。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式測控方法，其特征在于所述MHJ上的所述A/D采樣端口通過信號處理單元與所述被測點相連，所述信號處理單元將所述被測點上的強電模擬信號轉(zhuǎn)化為弱電模擬信號。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式測控方法，其特征在于所述MHJ的所述A/D采樣端口將所述信號處理單元送來的弱電電壓模擬信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓數(shù)字信號，同時通過對所述被測點電壓數(shù)字信號的分析，計算出所述被測點處的絕緣電阻數(shù)字信號。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式測控方法，其特征在于所述隔離電源單元與所述隔離驅(qū)動單元相連，所述MPU上的所述I/O控制端口通過隔離驅(qū)動單元與所述主回路開關(guān)的控制信號端相連，所述隔離驅(qū)動單元將所述MPU輸出弱電控制信號放大成主回路開關(guān)控制信號端所要求的控制信號。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式測控方法，其特征在于所述MPU上的所述通訊端口與隔離串口單元相連，所述隔離串口單元通過通訊線與所述串行通訊總線相連，所述隔離串口單元在所述串行通訊總線與所述MPU的所述通訊端口之間起電氣隔離作用；所述隔離串口單元一方面接收來自所述串行通訊總線的信號，包括查詢指令、對時指令和主回路開關(guān)控制指令，再傳輸給所述MPU;另一方面接收來自所述MPU通過所述通訊端口輸送的數(shù)字信號，再通過通訊線輸送至所述串行通訊總線。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式測控方法，其特征在于所述BMU、智能測控模塊和所述串行通訊總線組成通訊網(wǎng)絡(luò)，所述BMU作為網(wǎng)絡(luò)的主設(shè)備，所述智能測控模塊作為網(wǎng)絡(luò)的從設(shè)備，所述主設(shè)備對每一個所述從設(shè)備實時監(jiān)控其連線狀態(tài)，掉線后立即給出報警。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式測控方法，其特征在于所述主回路開關(guān)包括繼電器、電子開關(guān)、接觸器中的至少一種。
【文檔編號】G05B19/042GK106094611SQ201610390547
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月3日 公開號201610390547.6, CN 106094611 A, CN 106094611A, CN 201610390547, CN-A-106094611, CN106094611 A, CN106094611A, CN201610390547, CN201610390547.6
【發(fā)明人】胡淼龍
【申請人】浙江安美科技有限公司