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，外部電源經隔離電源單元給MPU供電；電動汽車高壓控制箱內于每一個需要測控的被測點處和/或主回路開關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
技術領域
[0001]本發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域。
技術背景
[0002]隨著傳統能源日漸枯竭及環境保護形勢日趨嚴峻，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行監控、管理和保護的功能。
[0003]通常，電動汽車電氣回路上的相關信息采樣點都設置在高壓控制箱內，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。在現有技術中，高壓控制箱內的電壓采樣都是集中采樣，主回路上主回路開關的控制也都是集中控制，即將各個被測點的信號通過導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A/D變換來采樣。各個主回路開關的控制回路也是通過導線集中連接到控制板上，控制板上通過主回路開關驅動電路實現對各個主回路開關的控制。這種測控方式的優點是成本低，便于后期維護。缺點是高壓控制箱內二次導線多，內部布線混亂。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線都帶有高電壓，給高壓控制箱的絕緣設計帶來極大的困難，也存在嚴重的安全隱患。同時控制板的靈活性和通用性差，一旦控制板設計完成后，當信號采樣點或主回路開關的數量有變化時，控制板就需重新設計，導致生產周期慢，質量難以把控。
【發明內容】
[0004]有鑒于此，本發明旨在提供一種分布式測控方法，在高壓箱內每一個需要測控的被測點處和/或主回路開關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控制電氣回路相同，智能測控模塊可作為標準元器件設計，當信號采樣點或主回路開關的數量有變化時，只需在高壓控制箱設計時改變智能測控模塊的數量即可，不需要重新設計高壓控制箱的主控制板，靈活性大為增強，生產管理和質量控制難度也大為降低。
[0005]為解決上述問題，本發明提供的技術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化為數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動單元的信號輸入端相連，所述隔離驅動單元的輸出端與主回路開關的控制信號端相連，控制所述主回路開關的通斷;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動單元的電源輸入端相連，外部電源經所述隔離電源單元電氣隔離后給所述隔離驅動單元供電；
[0008]電動汽車高壓控制箱內在每一個需要測控的被測點處和/或主回路開關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管理單元BMU上的通訊接口相連;所述被測點的數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動單元與所述主回路開關的控制信號端相連，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的通斷。
[0009]作為優選:
[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;所述數字信號包括電壓數字信號、電流數字信號、溫度數字信號、絕緣電阻數字信號。
[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換成相應的電壓數字信號，同時通過對所述被測點電壓數字信號的分析，計算出所述被測點處的絕緣電阻數字信號。
[0013]所述隔離電源單元與所述隔離驅動單元相連，所述MPU上的所述I/O控制端口通過隔離驅動單元與所述主回路開關的控制信號端相連，所述隔離驅動單元將所述MPU輸出弱電控制信號放大成主回路開關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絡，所述BMU作為網絡的主設備，所述智能測控模塊作為網絡的從設備，所述主設備對每一個所述從設備實時監控其連線狀態，掉線后立即給出報警。
[0016]所述主回路開關包括繼電器、電子開關、接觸器中的至少一種。
[0017]與現有技術相比，本發明的有益效果包括:
[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。通訊線上傳輸的是弱電信號，代替了現有技術中信號采樣線上傳輸的強電信號，因此避免了信號采樣線在高壓控制箱內布線所帶來的直流高壓安全隱患，給高壓箱的電氣絕緣設計帶來方便的同時，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準元器件開發生產，采用這種分布式測控方法的高壓控制箱的BMU亦可標準化生產，改善了高壓控制箱設計靈活性，降低了高壓控制箱質量控制難度，從而提高了產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/或主回路開關上，安裝維護方便。[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，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所示的是本發明提供的一種【具體實施方式】的智能測控模塊結構示意圖；
[0024]圖2所示的是高壓控制箱內分布式信號采樣與繼電器控制網絡拓撲圖。
[0025]圖中標記: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]為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步說明。
[0027]本發明是針對現有技術中高壓控制箱內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，在高壓控制箱內一個或若干個被測點處和/或主回路開關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對其進行管理和監控，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的通斷。
[0028]主回路開關用于控制某一電氣回路的通斷，以實現某種電氣控制或對某個電氣回路及其電氣回路上的元器件的保護。常用的主回路開關是繼電器，對于大電流的電氣回路，則更常用接觸器。隨著現代電子技術的進步，電子開關的應用逐漸多了起來，開始取代部分繼電器和接觸器。電子開關是指利用電子電路以及電子器件實現電氣回路通斷的運行單元，至少包括一個可控的電子驅動器件，如晶閘管、晶體管、場效應管、可控硅等。與繼電器和接觸器相比，電子開關因無機械觸點，因此具有使用壽命長、無機械運作、不產生電弧、靜音、不會發生觸點粘連故障等優點。在某些應用場合，電子開關更具有優勢。在本【具體實施方式】中，采用繼電器作為主回路開關。圖1所示的是本發明提供的一個【具體實施方式】的智能測控模塊結構示意圖。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上的模擬信號并轉化為數字信號，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MPU 2處理后，對隔離驅動單元6輸出弱電控制信號，隔離驅動單元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和隔離驅動單元6供電。
[0030]作為優選，在A/D采樣端口201與被測點7之間再串聯一個信號處理單元3，信號處理單元3的作用是將被測點7的強電模擬信號轉換成弱電模擬信號，便于MPU 2安全可靠地進行A/D轉換。
[0031]作為優選，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換成被測點7處相應的數字信號，同時MPU2通過對被測點7處的電壓數字信號分析，計算出被測點7處的絕緣電阻數字信號。
[0032]作為優選，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計。這樣做的目的可以提尚串彳丁通訊總線8的可靠性，進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某一個被測點發生故障后導致整個測控網絡的癱瘓。
[0034]圖2所示的是高壓控制箱內分布式測控的網絡拓撲圖。由于高壓控制箱11內有多個被測點7和多個繼電器10，如正負極母線之間、熔斷器的兩側、直流開關的兩側、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絡拓撲圖。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是主設備，智能測控模塊I是從設備。每次通訊時，BMU13發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來監控與管理，同時，BMUl 3也可以控制高壓控制箱內所有繼電器1的分合動作。
[0035]作為優選，BMU13還可以對各個智能測控模塊I進行監測，即BMU 13會對每個智能測控模塊I進行查詢，若對某個智能測控模塊I連續5次查詢數據，該智能測控模塊I均沒有應答時，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，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術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明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發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化為數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動單元的信號輸入端相連，所述隔離驅動單元的輸出端與主回路開關的控制信號端相連，控制所述主回路開關的通斷;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動單元的電源輸入端相連，外部電源經所述隔離電源單元電氣隔離后給所述隔離驅動單元供電； 在所述電動汽車高壓控制箱內于每一個需要測控的被測點處和/或主回路開關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管理單元BMU上的通訊接口相連;所述被測點的數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動單元與所述主回路開關的控制信號端相連，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的通斷。2.根據權利要求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;所述數字信號包括電壓數字信號、電流數字信號、溫度數字信號、絕緣電阻數字信號。3.根據權利要求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化為弱電模擬信號。4.根據權利要求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換成相應的電壓數字信號，同時通過對所述被測點電壓數字信號的分析，計算出所述被測點處的絕緣電阻數字信號。5.根據權利要求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動單元相連，所述MPU上的所述I/O控制端口通過隔離驅動單元與所述主回路開關的控制信號端相連，所述隔離驅動單元將所述MPU輸出弱電控制信號放大成主回路開關控制信號端所要求的控制信號。6.根據權利要求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字信號，再通過通訊線輸送至所述串行通訊總線。7.根據權利要求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絡，所述BMU作為網絡的主設備，所述智能測控模塊作為網絡的從設備，所述主設備對每一個所述從設備實時監控其連線狀態，掉線后立即給出報警。8.根據權利要求1所述的分布式測控方法，其特征在于所述主回路開關包括繼電器、電子開關、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
【發明人】胡淼龍
【申請人】浙江安美科技有限公司