電動汽車高壓上下電控制電路及系統(tǒng)研究

王東旭　李前進　郭暉

摘 要：在可持續(xù)發(fā)展趨勢下的“節(jié)能降耗，綠色環(huán)?！敝黝}已經(jīng)受到人們的關(guān)注，越來越多的人們開始選購電動汽車，使得電動汽車的市場量在不斷增加，然而也出現(xiàn)了電動汽車的各種高壓安全問題事故。為了提升電動汽車的各種高壓的安全性，本文將對純電動汽車系統(tǒng)及其控制原理進行介紹，并對電動汽車高壓上下電控電路系統(tǒng)的操作實施進行講解，希望和同仁一起探討電動汽車高壓上下電控電路系統(tǒng)安全、可靠的操作實施問題。

關(guān)鍵詞：電動汽車；高壓上下電控制電路；動力電池；電機控制器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.032

1 純電動汽車系統(tǒng)及其控制原理

1.1 純電動汽車系統(tǒng)

在節(jié)能環(huán)保的當(dāng)下，電動汽車逐漸成為汽車領(lǐng)域的寵兒。對于一輛純電動汽車，其主要的系統(tǒng)為高壓上下電控制系統(tǒng)，其部件主要是電池及其管理系統(tǒng) BMS、高壓接觸器、MSD 開關(guān)、預(yù)充電阻、車輛控制器等。電動汽車的控制核心是VCU整車控制器，通過VCU就能完成通信、處理與邏輯控制工作。對于每一控制模塊的信號狀態(tài)可以在任何工況下進行檢測，然后采取邏輯控制策略來完成高壓上下電控制系統(tǒng)的安全控制。

硬件部分。動力電池模塊成為了電動汽車的高壓上、下電控制系統(tǒng)的主要硬件，該電池模塊具體組成分為動力電池部分、整車部分、電機控制器、電池管理系統(tǒng)、逆變器和變換器等部分組成，其中動力電池部分有S1（主正接觸器）、S2（主負(fù)接觸器）、R2（預(yù)充電阻）、S6（預(yù)充接觸器），而整車部分有S3（主正接觸器）、S4（主負(fù)接觸器）、S5（預(yù)充接觸器）、R1（預(yù)充電阻）、VCU（控制器）組成。

對于高壓上、下電控制系統(tǒng)的軟件組成部分，主要有整車控制器與電池管理系統(tǒng)這兩部分的控制軟件程序。其中，整車控制器軟件程序的功能為采集相關(guān)部件的信號，這些部件或功能信號采集的對象主要有“ON/start（開關(guān)）檔”、整車故障狀態(tài)、電池與電機控制器反饋、整車主正與主負(fù)接觸器反饋、預(yù)充接觸器反饋等的信號，便于對電動汽車在高壓電路正常執(zhí)行情況下能夠?qū)﹄妱悠囘\行狀態(tài)進行故障檢測判斷。電池管理系統(tǒng)（BMS）軟件部分是對動力電池模塊的數(shù)據(jù)與故障進行檢測，然后將相關(guān)信號發(fā)送到整車控制器，同時接收“上電”命令信號，對動力電池部分的主正、主負(fù)、預(yù)充接觸器進行控制，最終還要把控制的狀態(tài)再次反饋到整車控制器。

1.2 系統(tǒng)控制原理

在無故障狀態(tài)下，鑰匙開關(guān)由OFF 檔到 ON 檔的切換中，電池管理系統(tǒng)會將S2先閉合，然后再對S6閉合，此時會為充電機電容完成預(yù)充電，再將S1閉合，接著將S6斷開，最為為電動汽車進行供電。BMS系統(tǒng)會將“上電完成”的信號發(fā)送給整車控制器。

對于上述由OFF 檔到 ON 檔的切換等一系列的系統(tǒng)操作良好時，ON 檔擰到 START 檔的鑰匙啟動過程中，整車控制器會閉合S5，然后對電機控制的高壓部件完成預(yù)充電，再將S3閉合，對 DC/AC 使能進行輸出，當(dāng)將S5斷開時，就完成了整個上高壓電流程操作，開始啟動車輛。

當(dāng)START檔切換至OFF 檔時，也就是進行下電流程的操作，具體是先將S3斷開，然后將S4斷開，再由VCU將下電指令發(fā)送給 BMS，由BMS發(fā)出斷開S1、S2的指令并完成高壓下電流程操作。

2 電動汽車高壓上下電控電路系統(tǒng)的操作實施

2.1 高壓上電控制邏輯實施

當(dāng)OFF切換到ON 檔時，ON 檔信號被整車控制器所采集，并判斷其高電平是否有效，若有效，會由繼電器供電給電池管理系統(tǒng)，而電池管理系統(tǒng)會進行自檢，結(jié)合是否進行“強制斷高壓”，將相應(yīng)的故障信息發(fā)送到整車控制器，并對信息進行判斷，當(dāng)為無強制斷高壓故障狀態(tài)時，會將上電指令發(fā)送給BMS。然后由BMS系統(tǒng)發(fā)出閉合S2的控制命令，再對S6發(fā)出閉合命令，當(dāng)外電壓超過電池總電壓的 90%時，才將S1閉合，再斷開 S6，最終將“上電完成”信號發(fā)送給VCU。而VCU收到信號后會延時0.5s 閉合 S4，然后開始延時計時，將DC/DC 使能信號輸出，此時DC/DC 就會供電給低壓系統(tǒng)。當(dāng)“START 檔”信號傳輸?shù)絍CU時，這個過程中如果沒有出現(xiàn)電機控制器和電池發(fā)出的不允許預(yù)充故障，而制動開關(guān)信號的采集是高電平時，那么VCU就會將S5閉合。當(dāng)MCU將信號發(fā)送給VCU并收到時，會將S3閉合，然后由DC/AC 工作，輸出交流電。在S3閉合反饋為有效時，會將S5斷開，也就完成了本次的MCU上高壓，實現(xiàn)車輛啟動。

2.2 高壓下電控制邏輯實施

ON 檔掉電信號發(fā)送給整車VCU并收到后，由VCU將輸出電機轉(zhuǎn)矩控制為零，此時會停止DC/DC、DC/AC 的工作，持續(xù)1秒鐘的時間，然后將S3斷開。當(dāng)S3斷開的反饋信號發(fā)送給VCU，或者是在2s 后將S4斷開 S4。而當(dāng)S4 反饋信號或延時 3s將信息發(fā)送給VCU，VCU會將“下電指令”發(fā)送給BMS，由BMS將S1、S2按順序斷開，同時將“高壓斷開”信號發(fā)送給VCU，而VCU收到信號后或者是延時 4 秒斷開 BMS 供電接觸器，也就完成了整個下電控制。

2.3 非正常下電控制邏輯實施

當(dāng)開關(guān)鑰匙在ON檔/START檔時，汽車出現(xiàn)了整車嚴(yán)重故障，此時系統(tǒng)會采取非正常下電流程。具體是ON檔信號故障傳送至VCU，就會在驅(qū)動系統(tǒng)、電池系統(tǒng)、絕緣這三種最高級故障中出現(xiàn)一種，使得VCU輸出0電機扭矩，進行2秒延時，將閉合的S3斷開，同時反饋接觸器狀態(tài)，當(dāng)S3為閉合時，就會持續(xù)當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)DC/DC、DC/AC 的使能信號保持50秒為有效的，那就會停止輸出。若是三種故障中任意一個故障有效 55 秒，那么之就會將S4斷開，同時反饋接觸器狀態(tài)，并將“下電指令”發(fā)送至BMS，等1秒過后，會將BMS進行低壓電的切斷。如果出現(xiàn)56秒鐘內(nèi)就有鑰匙關(guān)閉的情況，此時VCU會馬上進入和執(zhí)行正常下電流程。

3 結(jié)語

綜述，本文主要對電動汽車的高壓上、下電控制系統(tǒng)以及電池預(yù)充系統(tǒng)和整車預(yù)充系統(tǒng)進行研究，詳細(xì)闡述了這兩個預(yù)充系統(tǒng)的組成部分。其中的電池預(yù)充系統(tǒng)是當(dāng)電路短路或者接近短路時出現(xiàn)電池主正接觸器不能正常閉合時保障MSD 開關(guān)不被燒毀的一項安全保護措施，而整車預(yù)充系統(tǒng)則為電動汽車的高壓工況提供上、下電邏輯控制，保障高壓上下電控制的可靠性與安全。

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作者信息：王東旭（1986-），男，甘肅永昌人，本科，學(xué)士，助教，主要研究方向：從事汽車控制電路研究，電動汽車電控研究。endprint