一种电动汽车整车控制装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种电动汽车整车控制装置，包括整车控制单元、数字化智能显示屏、电机控制单元、驱动电机、动力电池组及电池管理单元；整车控制单元通过通信总线分别与数字化智能显示屏、电机控制单元及电池管理单元相连接；驱动电机分别通过信号线束、电源线束与电机控制单元双向连接；电池管理单元通过检测信号线束与动力电池组连接。电池管理单元包括多个单体动力电池保护电路、低电量报警信号驱动电路、放电保护信号驱动电路及充电保护信号驱动电路，所述整车控制单元包括主控制芯片、电源输入及接口电路、分离传感器信号输入接口电路、通讯接口和数字化智能显示屏输出接口电路。本实用新型提高安全性能，节约能源，低碳环保。
【专利说明】
一种电动汽车整车控制装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电动汽车控制领域，特别是涉及一种电动汽车整车控制装置。
【背景技术】
[0002]近年来，城市交通问题日益受到人们关注，尽管汽车、摩托车、等作为代步工具因其具有使用方便等优点在世界逐渐普及，但是随着城市汽车、摩托车保有量的不断增加，环境污染问题和能源方面的问题也日益严重。随着新型高能二次电池技术尤其是锂离子动力电池技术的不断进步，电动摩托车、电动自行车、电动代步车、电动休闲车的技术开发和推广应用日益受到重视。
[0003]锂离子电池、镍氢电池等新型高能二次电池相对于铅酸电池，其能量比密度大大提高，没有环境污染，得到越来越多的应用，随着技术的成熟和市场规模的扩大，其价格也将大幅降低，必将取代铅酸电池。但由于锂电池、镍氢电池等新型高能二次电池特性比较活跃，对充放电的电压、电流和工作环境有严格的要求，过充或过放都会造成其永久性的损坏，甚至带来安全隐患，要保证动力电池正常为电动车辆提供驱动能源，必须配备整车控制系统，对其运行进行管理及保护。目前市场上采用锂离子动力电池为电能的电动车驱动及管理系统，缺乏系统设计，在原来以铅酸电池为电能的电动车驱动系统上，只增加了简单地保护功能，对驱动能源的管理和保护都采用简单地保护功能完成，既由电池保护系统中的MOSFET作为控制电池组向电机输送能量的媒介，同时又作为在电池组中某一个单体电池电压过高或电压过低时电池保护系统控制MOSFET关断电池组主回路，以保护电池组的安全的执行器件。此类方法主要存在三个问题:
[0004](I) MOSFET在大电流工作时，极易因过热而损坏，无法在大电流条件下长时间稳定、可靠工作；M0SFET在关断电池组主回路时，因电压高、电流大会产生较大浪涌冲击，极易损坏与其直接电气连接和电气通路上的元器件；为保证负载均衡，电池保护系统在要配备MOSFET的同时，还须配备负载均衡控制模块，技术复杂，成本较高；
[0005](2)没有能量回馈充电保护，容易造成电池过度充电；
[0006](3)缺少电池低电量告警功能，容易导致电动车辆在行进中中途抛锚，影响行车安全。
实用新型内容
[0007]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电动汽车整车控制装置，提高安全性能，节约能源，低碳环保。
[0008]为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是:
[0009]一种电动汽车整车控制装置，包括整车控制单元、数字化智能显示屏、电机控制单元、驱动电机、动力电池组及电池管理单元；
[0010]整车控制单元通过通信总线分别与数字化智能显示屏、电机控制单元及电池管理单元相连接；
[0011]驱动电机分别通过信号线束、电源线束与电机控制单元双向连接；
[0012]电池管理单元通过检测信号线束与动力电池组连接。
[0013]较佳地，所述动力电池组由多个单体动力电池通过串联或并联所组成。
[0014]较佳地,所述单体动力电池为锂离子动力电池或镍氢动力电池。
[0015]较佳地，所述与动力电池组连接的电池管理单元包括多个单体动力电池保护电路、低电量报警信号驱动电路、放电保护信号驱动电路及充电保护信号驱动电路，单体动力电池保护电路通过过充检测输出线、过放检测输出线和低电量检测输出线分别与充电保护信号驱动电路、放电保护信号驱动电路和低电量报警信号驱动电路连接。
[0016]较佳地，所述动力电池组中每个单体动力电池对应设置一单体动力电池保护电路。
[0017]较佳地，所述驱动电机为异步交流电机、永磁同步电机或无刷直流电机。
[0018]较佳地，所述整车控制单元包括主控制芯片、电源输入及接口电路、分离传感器信号输入接口电路、通讯接口和数字化智能显示屏输出接口电路；电源输入及接口电路、分离传感器信号输入接口电路、通讯接口、数字化智能显示屏输出接口电路分别与主控制芯片连接；电源输入及接口电路与外部电源连接；分离传感器信号输入接口电路与分离传感器连接；通讯接口分别与电池管理单元、电机控制单元连接；数字化智能显示屏输出接口电路与智能显示屏连接。
[0019]较佳地，所述分离传感器包括转速分离传感器、电压分离传感器、电流分离传感器及温度分离传感器。
[0020]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0021](I)实现了电池管理单元、电机控制单元、充电机等关键部件的系统互连，由整车控制单元进行统一管理，构成了管控一体化的电动汽车整车控制系统；
[0022](2)动力电池组由电池管理单元进行监控与管理，执行对动力电池组的充、放电保护，驱动电机由电机控制单元进行控制与管理，整车控制单元执行整车级别的控制与管理，提闻了系统的效率和可罪性；
[0023](3)车辆运行告警可以通过数字化智能显示屏显示，整车控制单元控制电池管理单元对动力电池组放电电流进行限制，控制电机控制系统限制驱动电机输出功率，同时告诉驾驶人采取适当措施，防止车辆中途抛锚，提高驾驶安全性；
[0024](4)采用能量回馈制动方式，有效的2级系统能量管理模式；整车控制单元执行整车级能量管理，电池管理单元和电机驱动系统分别执行动力电池组及驱动电机的能量管理；例如:在动力电池组电荷量满负荷的情况下，能量回馈可能构成对电池的过充，需要对能量回馈充电的电池进行保护，防止电池过充电。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本实用新型的装置整体结构原理图；
[0026]图2为本实用新型的整车控制单元结构原理图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合实施例参照附图进行详细说明，以便对本实用新型的技术特征及优点进行更深入的诠释。
[0028]本实用新型的装置整体结构原理图如图1所示，如图1所示，电动汽车控制装置具体为管控一体化的电动汽车整车控制装置，该装置包括:整车控制单元1、通信总线2、数字化智能显示屏3、通信总线4、其他控制子单元5 (例如电动空调子系统、娱乐中控屏)、电机控制单元6、信号线束7、驱动电机8、电源线束9、动力电池组10、检测信号线束11和电池管理单元12 ;电池管理单元12通过检测信号线束11与动力电池组10连接；电机控制单元6通过电源线束9和信号线束7与驱动电机8连接；电池管理单元12、电机控制单元6和其他控制子单元5通过通信总线4与整车控制单元I连接；整车控制单元I通过通信总线2与数字化智能显示屏3连接。
[0029]电机控制单元6通过通信总线4与整车控制单元I连接，用于发送驱动电机工作电流、功率、温度等信息；电池管理单元12通过通信总线4与整车控制单元I连接，用于发送低电量告警信号、低压保护信号及高压保护信号等信息。整车控制单元I进行处理后通过通信总线4输出信息至电机控制单元6和电池管理单元12执行。整车控制单元I外接数字化智能显示屏3，用于显示车辆运行信息。
[0030]在本实用新型中，所述动力电池组由多个单体动力电池通过串联或并联所组成。所述单体动力电池为锂离子动力电池或镍氢动力电池。
[0031]作为本实用新型的较佳实施例，所述与动力电池组10连接的电池管理单元12包括多个单体动力电池保护电路、低电量报警信号驱动电路(所示低电量为设置一阀值，当低于该阀值则判定为低电量)、放电保护信号驱动电路及充电保护信号驱动电路，单体动力电池保护电路通过过充检测输出线、过放检测输出线和低电量检测输出线分别与充电保护信号驱动电路、放电保护信号驱动电路和低电量报警信号驱动电路连接。所述动力电池组中每个单体动力电池对应设置一单体动力电池保护电路。
[0032]电机控制单元6可选用市场上具有与整车控制单元和电池管理单元通讯功能的电机控制单元，电机控制单元包括主控芯片、电源输入电路、电子油门信号输入接口电路、电子刹车信号输入接口电路、转速、电压、电流、温度信号输入接口电路、通讯接口、电机控制信号输出接口电路；主控芯片中增加设置电子差速计算电路。电机控制信号输出接口电路，通讯接口，转速、电压、电流、温度信号输入接口电路，电子刹车信号输入接口电路，电子油门信号输入接口电路。电源输入电路连接外电源为电机控制器正常工作提供电源保障；电子油门信号输入接口电路与电子油门连接，电机控制器输入端通过电子油门信号输入接口电路与电子油门踏板相连，用于获取电子油门开度位置信号；电子刹车信号输入接口电路与电子刹车踏板连接，电机控制器输入端通过电子刹车信号输入接口电路与电子刹车踏板相连，用于获取电子刹车开度位置信号；转速、电压、电流、温度信号输入接口电路与转速、电压、电流和温度的各类传感器连接；电机控制器通过转速、电压、电流、温度信号输入接口电路与转速、电压、电流和温度的各类传感器相连，用于获取转速、电压、电流和温度状态信息。以上输入接口电路采集的驾驶员驾驶意图和车辆运行状态信息，通过数据线或SP1、I2C等片上总线送至主控芯片。通讯接口与车辆其他系统相连；电机控制信号输出接口电路与电机连接；电机控制器通过通讯接口与车辆其他系统进行数据交互，例如整车控制系统、电池管理系统。主控制芯片通过电机控制信号输出接口电路与电机连接。如48v系列电动车无刷直流电机控制器、ET24350W电动车控制器等。
[0033]较佳地，所述驱动电机为异步交流电机、永磁同步电机或无刷直流电机。驱动电机额定功率范围300w至15Kw，额定电压范围24V至96V。
[0034]本实用新型的整车控制单元结构原理图如图2所示，整车控制单元I包括主控制芯片13、电源输入及接口电路14、分离传感器信号输入接口电路15、通讯接口 16、数字化智能显示屏输出接口电路17 ;电源输入及接口电路14、分离传感器信号输入接口电路15、通讯接口 16、数字化智能显示屏输出接口电路17分别与主控制芯片13连接；优选地，主控制芯片13选用型号为STM32F205VG的嵌入式微处理器，主控制芯片13中增设了车辆行驶安全控制和整车级能量管理单元。电源输入及接口电路14、分离传感器信号输入接口电路15、通讯接口 16、数字化智能显示屏输出接口电路17可使用参考类似车辆控制类应用产品中相应的部件。电源输入及接口电路14连接外电源，分离传感器信号输入接口电路15与转速、电压、电流、温度等分离传感器连接。以上输入接口电路采集的车辆运行状态信息，通过数据线或SP1、I2C等片上总线送至主控制芯片13。通讯接口 16和数字化智能显示屏输出接口电路17分别与车辆其他单元和智能显示屏连接；车辆行驶安全控制信息经过主控制芯片13后通过通讯接口 16输出至电池管理单元、电机控制系统和其他子单元执行。车辆行驶过程中的能量管理通过主控制芯片13中的整车级能量管理单元处理后通过通讯接口 16输出至电池管理单元、电机控制单元和其他子单元执行。安全告警信息通过数字化智能显示屏输出接口电路17输出至智能显示屏显示。
[0035]本实用新型应用于轻型电动汽车整车控制系统，其工作原理如下:轻型电动汽车设计时速60km/h，采用额定功率7.5W的直流无刷电机，动力电池组采用24只120AH的磷酸铁锂电池串联，额定电压72V。根据磷酸铁锂电池特性，单体电池电压高压保护值设定为3.8V，低压保护值设定为2.5V，低电量告警电压值设定为2.8V。
[0036]在轻型电动汽车运行过程中，动力电池组10给电动汽车及各控制单元供电，驱动电动汽车运行。电池管理单元12监测动力电池组中各个单体电池电压、电流、温度、电量等状态信息，通过通信总线4输出至整车控制单元1，整车控制单元I通过通信总线2输出至数字化智能显示屏3显示；电机控制单元6监测驱动电机8电流、温度、转速、扭矩等状态信息通过通信总线4输出至整车控制单元1，整车控制单元I通过通信总线2输出至数字化智能显示屏3显示；整车控制单元I综合电池管理单元12、电机控制单元6和其他控制子单元5运行状态信息进行处理，通过通信总线4输出至各控制单元执行，以保护车辆行驶和各系统工作安全。
[0037]通过以上实施例中的技术方案对本实用新型进行清楚、完整的描述，显然所描述的实施例为本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
【权利要求】
1.一种电动汽车整车控制装置，其特征在于: 包括整车控制单元、数字化智能显示屏、电机控制单元、驱动电机、动力电池组及电池管理单元； 整车控制单元通过通信总线分别与数字化智能显示屏、电机控制单元及电池管理单元相连接； 驱动电机分别通过信号线束、电源线束与电机控制单元双向连接； 电池管理单元通过检测信号线束与动力电池组连接。
2.根据权利要求1所述的电动汽车整车控制装置，其特征在于:所述动力电池组由多个单体动力电池通过串联或并联所组成。
3.根据权利要求2所述的电动汽车整车控制装置，其特征在于:所述单体动力电池为锂离子动力电池或镍氢动力电池。
4.根据权利要求3所述的电动汽车整车控制装置，其特征在于:所述与动力电池组连接的电池管理单元包括多个单体动力电池保护电路、低电量报警信号驱动电路、放电保护信号驱动电路及充电保护信号驱动电路，单体动力电池保护电路通过过充检测输出线、过放检测输出线和低电量检测输出线分别与充电保护信号驱动电路、放电保护信号驱动电路和低电量报警信号驱动电路连接。
5.根据权利要求4所述的电动汽车整车控制装置，其特征在于:所述动力电池组中每个单体动力电池对应设置一单体动力电池保护电路。
6.根据权利要求1所述的电动汽车整车控制装置，其特征在于:所述驱动电机为异步交流电机、永磁同步电机或无刷直流电机。
7.根据权利要求1所述的电动汽车整车控制装置，其特征在于:所述整车控制单元包括主控制芯片、电源输入及接口电路、分离传感器信号输入接口电路、通讯接口和数字化智能显示屏输出接口电路；电源输入及接口电路、分离传感器信号输入接口电路、通讯接口、数字化智能显示屏输出接口电路分别与主控制芯片连接。
8.根据权利要求7所述的电动汽车整车控制装置，其特征在于:所述电源输入及接口电路与外部电源连接；分离传感器信号输入接口电路与分离传感器连接；通讯接口分别与电池管理单元、电机控制单元连接；数字化智能显示屏输出接口电路与智能显示屏连接。
9.根据权利要求8所述的电动汽车整车控制装置，其特征在于:所述分离传感器包括转速分离传感器、电压分离传感器、电流分离传感器及温度分离传感器。
【文档编号】H02J7/00GK204089254SQ201420473575
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年8月21日 优先权日:2014年8月21日
【发明者】李慧琪, 欧阳剑, 周远山 申请人:广州益维电动汽车有限公司