一种新能源汽车高压电击防护安全系统及方法与流程

本发明属于汽车技术领域，具体涉及一种新能源汽车高压电击防护安全系统及方法。

背景技术：

人本身就是一个导体，人体神经系统的反射是一个电位变化的过程，神经元通过这种方式传递信息。身体各部位都有电阻，根据欧姆定律，这为电流的产生提供了运行条件。实际上，给人体造成伤害的直接原因不是电压，而是电流。科学实验表明，当人体接触到的交流电流超过0.5ma时就会引起肌肉不自觉的收缩，当接触到的交流电流超过5ma时已经不能摆脱电极，进而引发心室纤维性颤动、呼吸停止等致命损伤。人体接触到的直流电流超过2ma时就会产生痛感和肌肉不自觉的收缩，进而引发心室纤维性颤动、呼吸停止等致命损伤。在gb/t13870和iec/ts60479中都详细定义了不同的电流对人体产生的效应。

新能源汽车的动力系统(包括纯电动汽车和混合动力汽车)和一些部件是工作在超过60v安全电压的高压直流系统(b级电压)，在充电时，还会与超过30v安全电压的交流电网或超过60v安全电压的直流电网连通。新能源汽车高压系统的各个节点以及充电时与高压电网连通的线路出现失效时，人体可能接触到与高压带电体或导电体，导致电流流经人体造成致命的电击伤害。当前新能源汽车预防高压电击伤害的解决方案主要包括：通过基本绝缘(包括外壳、密封、遮蔽、防止指触等措施)避免直接接触高压带电体和导电体；通过标志、警告、特殊颜色以及车辆用户使用手册、车辆维修手册对每个高压部件进行标注说明，并对使用、拆除、检查、安装、故障和紧急情况应对等详细说明操作步骤和注意事项；通过对高压系统(例如电池系统)的监控，发生可能导致电击伤害的故障时进行断高压处理。但是当前新能源汽车预防高压电击伤害的解决方案只对高压系统中的部分节点工作进行监测，例如电池系统或者高压dcdc，只能解决被监测的高压部件基本绝缘失效时不发生电击伤害，如果高压系统中未被监测的其他节点发生基本绝缘失效时，例如高压线束、电驱动系统等，则无法避免电击伤害的发生。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种新能源汽车高压电击防护安全系统及方法。

本发明采用的技术方案是：一种新能源汽车高压电击防护安全系统，包括

电压检测模块，用于检测高压系统的输入或输出电压并发送至高压系统控制器；

电流检测模块，用于检测高压系统的工作电流并发送至高压系统控制器；

高压系统控制器，用于根据接收的电压和电流判断高压系统是否出现故障，将电压、电流及判断结果发送至整车控制器；

整车控制器，用于根据电压、电流及判断结果控制高压系统的工作状态。

进一步地，所述高压系统包括电池系统、充电系统、电驱动系统和高压用电设备，所述高压系统控制器包括分别控制电池系统、电驱动系统、充电系统和高压用电设备的电池系统控制器、充电系统控制器、电驱动系统控制器和高压用电设备控制器，所述电池系统、充电系统、电驱动系统和高压用电设备之间连接的供电线路形成高压回路。

进一步地，所述电池系统内设有绝缘检测电路和高压互锁检测电路，

所述绝缘检测电路用于检测高压回路正极和负极对车身地的绝缘电阻并发送至充电系统控制器，充电系统控制器根据绝缘电路判断高压回路的绝缘是否正常，在不正常时发送故障信号至整车控制器；

所述高压互锁检测电路用于检测高压回路中插接件的连接状态并发送至充电系统控制器，充电系统控制器根据连接状态判断插接件的连接是否正常，在不正常时发送故障信号至整车控制器。

进一步地，所述高压回路上在电池系统的输出端设有用于控制高压回路通断的高压继电器，所述整车控制器在检测到工作电流小于设定值或检测到碰撞信号时控制高压继电器断开。

进一步地，所述充电系统和电驱动系统中设有主动放电电路，高压回路中的高压继电器断开或发生碰撞时，整车控制系统控制主动放电电路放电。

进一步地，所述主动放电电路包括存储电容、高压转低压的dcdc模块、开关驱动模块、计时器、回路电阻和回路开关，所述存储电容连接在高压回路的正极与负极之间，dcdc模块与存储电容并联，所述回路电阻与回路开关串联后与存储电容并联，所述dcdc模块输出端连接开关驱动模块的电源端，计时器的控制端连接整车控制器，计时器的输出端连接开关驱动模块的控制端，开关驱动模块的输出端连接回路开关的控制端。

进一步地，所述整车控制器在判断满足以下任意一个条件时，控制高压系统停止工作：1)整车控制器接收到高压系统控制器发送的故障信号；2)整车控制器根据电压和电流判断任意一个高压节点故障，所述高压节点为高压回路与高压系统的连接点；3)整车控制器检测到碰撞信号。

进一步地，所述电池系统、电驱动系统、充电系统和高压用电设备中均设置电压检测模块和电流检测模块。

一种新能源汽车高压电击防护安全方法，实时检测高压系统的工作电流、输入或输出电压，根据电压和电流判断高压系统或高压节点出现故障时控制高压系统停止工作。

进一步地，所述高压系统包括电池系统、充电系统、电驱动系统和高压用电设备，所述电池系统、充电系统、电驱动系统和高压用电设备之间连接的供电线路形成高压回路，所述高压节点为高压回路与高压系统的连接点。

本发明高压系统中的各设备如电池包、电驱动系统、高压dcdc、车载充电机、高压空调、高压电加热器等分别通过内部的电压和电流检测模块进行内部监测，识别内部的短路(过流)和开路(欠压)，通过can总线发送给整车控制器，电池系统通过绝缘电阻监测电路和高压互锁监测电路监测高压回路的绝缘失效和互锁失效，通过can总线发给整车控制器，同时整车控制器监测高压系统中各部件的输入电压和电池的输出电压，通过压差识别高压线束、高压接插件的短路和开路。在高压回路主继电器后的两个独立高压设备中设计了自主供电的主动放电电路，当高压系统中任何节点发生可能造成电击伤害的事件时，通过断开高压回路主继电器和双重主动放电预防人体接触高压，有效避免高压电击伤害的发生。

本发明通过对新能源汽车高压系统的各设备电压、电流进行监测，能有效的避免在各种运行条件下人体接触高压发生电击伤害，保证电动汽车使用者的安全。

附图说明

图1为本发明防护安全系统的原理图。

图2为本发明主动放电电路的原理图。

图3为本发明车辆行驶条件下的防护安全流程图。

图4为本发明车辆充电条件下的防护安全流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

如图1所示，本发明一种新能源汽车高压电击防护安全系统，包括

电压检测模块，用于检测高压系统的输入或输出电压并发送至高压系统控制器；

电流检测模块，用于检测高压系统的工作电流(即下面的高压母线的电流)并发送至高压系统控制器；

高压系统控制器，用于根据接收的电压和电流判断高压系统是否出现故障，将电压、电流及判断结果发送至整车控制器；

整车控制器(vcu)，用于根据电压、电流及判断结果控制高压系统的工作状态。

上述方案中，高压系统包括电池系统、充电系统、电驱动系统和高压用电设备四部分，电池系统、电驱动系统、充电系统和高压用电设备中均设置电压检测模块和电流检测模块，电池系统、充电系统、电驱动系统和高压用电设备之间通过高压母线连接的供电线路形成高压回路。所述高压系统控制器包括分别控制电池系统、电驱动系统、充电系统和高压用电设备的电池系统控制器、充电系统控制器、电驱动系统控制器和高压用电设备控制器，高压系统控制器与vcu通过can总线进行通讯，电池系统控制器、充电系统控制器、电驱动系统控制器和高压用电设备控制器、vcu均为实时嵌入式操作控制系统。电池系统控制器、充电系统控制器、电驱动系统控制器和高压用电设备控制器内包括电流和电压诊断模块，vcu内包括高压回路的诊断模块和故障处理模块。

高压系统各设备中的电流检测模块包括电流传感器和电流采样电路，电压检测模块包括电压传感器和电压采样电路，由各设备的控制器控制并采集高压母线的电流、输出到高压母线的输出电压或高压母线输入到设备的输入电压，将两个电流值进行互相校验获得可靠的电流采样值，两个电压值进行互相校验获得可靠的电压采样值，然后通过各设备的控制器内的诊断模块，根据各部件采集的电流和电压检测值诊断设备内是否出现短路(过流)和/或开路(均为欠压)，当出现短路或开路时发送故障信号至整车控制器。

如电池系统内设置的电流传感器和电流采样电路，由电池系统控制器采集高压直流母线上的电流并采用两个电流采样值进行互相校验获得可靠的电流采样值，电池系统内的电压传感器和电压采样电路，由电池系统控制器控制采集高压继电器前后的高压母线电压。

上述方案中，电池系统内设有绝缘检测电路和高压互锁检测电路，电池系统控制器控制绝缘检测电路和高压互锁检测电路在一定周期内重复检测高压回路正极和负极对车身地的绝缘电阻及高压接插件的连接状态。所述绝缘检测电路用于检测高压回路正极和负极对车身地的绝缘电阻并发送至充电系统控制器，充电系统控制器根据绝缘电路判断高压回路的绝缘是否正常，在不正常时发送故障信号至整车控制器；所述高压互锁检测电路用于检测高压回路中插接件的连接状态并发送至充电系统控制器，充电系统控制器根据连接状态判断插接件的连接是否正常，在不正常时发送故障信号至整车控制器。

上述方案中，高压回路上在电池系统的输出端设有用于控制高压回路通断的高压继电器，所述整车控制器在检测到工作电流小于设定值或检测到碰撞信号时控制高压继电器断开，所述工作电流指任意电流检测模块检测的电流值。

上述方案中，充电系统和电驱动系统中设有主动放电电路，高压回路中的高压继电器断开或发生碰撞时，整车控制系统控制主动放电电路放电。如图2所示，所述主动放电电路包括存储电容、高压转低压的dcdc模块、开关驱动模块、计时器、回路电阻和回路开关，所述存储电容连接在高压回路的正极与负极之间，dcdc模块与存储电容并联，所述回路电阻与回路开关串联后与存储电容并联，所述dcdc模块输出端连接开关驱动模块的电源端，计时器的控制端连接整车控制器，计时器的输出端连接开关驱动模块的控制端，开关驱动模块的输出端连接回路开关的控制端。工作原理为：通过内部高压转12v低压的dcdc模块将高压母线两端存储电容中的能量转换为12v输出，成为开关驱动模块的电源，当计时器收到来自vcu的主动放电请求时开始计时，达到一定时间(如500ms)后确认进行主动放电；此时开关驱动模块驱动回路开关闭合，由回路电阻释放高压母线中的电压。为了避免高压继电器粘连时主动放电电池持续不断放电引起的温度累计造成过热甚至起火点，计时器在计时达到一定时间(如7s)之后，将会控制开关驱动模块驱动回路开关打开，停止主动放电。

上述方案中，整车控制器在判断满足以下任意一个条件时，控制高压系统的各设备停止工作：1)整车控制器接收到高压系统控制器发送的故障信号；2)整车控制器根据电压和电流判断任意一个高压节点故障，所述高压节点为高压回路与高压系统的连接点；3)整车控制器检测到碰撞信号。

基于上述的防护安全系统，本发明还提供一种新能源汽车高压电击防护安全方法，在车辆不同的运行条件(包括车辆行驶条件和充电条件)下，通过上述系统实时检测高压系统的工作电流、输入或输出电压，根据电压和电流判断高压系统或高压节点出现故障时控制高压系统停止工作。

如图3所示为车辆行驶条件下的防护安全流程，整车控制器在检测到任意一个高压设备故障或检测到碰撞信号时，控制高压系统停止工作，此时充电系统和电驱动系统停止能量转换；之后在检测到电流小于设定值或检测到碰撞信号时控制高压继电器断开，控制充电系统和电驱动系统中的主动放电电路主动放电。

如图4所示为车辆充电条件下的防护安全流程，此时电驱动系统和高压用电设备是不工作的，仅充电系统和电池系统工作，整车控制器在检测到任意一个高压设备故障时，控制充电系统和电池系统停止工作，充电系统停止能量转换，电池系统停止充电，在充电系统的ac端接口放电至小于设定值后控制充电口电子锁解锁；同时在检测到电流小于设定值时控制高压继电器断开，控制充电系统和电驱动系统中的主动放电电路主动放电。

本发明的整车控制器负责整个高压系统的安全机制，整车控制器通过can总结接收来自电池系统、充电系统、电驱动系统、高压用电设备等高压设备的高压故障信息，包括各设备内的高压短路、高压开路、高压母线上的漏电(绝缘电阻过低)、高压接插件互锁断开等。同时整车控制器中的诊断模块监测高压系统中充电系统、电驱动系统、高压用电设备等高压用电部件的输入电压和电池包的输出电压，通过压差识别高压线束连接、高压接插件的短路和开路状态。整车控制器根据接收的故障信息及识别的高压回路状态控制高压系统中各设备的工作状态。

本发明在高压系统中的故障发生时，vcu中的故障处理模块关闭所有高压部件工作，通过切断高压继电器断开高压回路。高压回路断开后，vcu通过can总线向高压回路主继电器后的两个独立高压部件(充电系统和电驱动系统)发出主动放电请求。高压回路上的高压继电器后的充电系统和电驱动系统中均有主动放电电路，根据vcu发出的主动放电请求，触发计时器计时，达到500ms后确认进行主动放电，通过dcdc模块为主动放电电路提供电源，控制回路开关闭合，在两个充电系统和电驱动系统中通过回路电阻释放高压母线中的电压，5秒钟之内将高压回路中电压放电到安全电压(60vdc)以下。为了避免高压继电器粘连时主动放电电池持续不断放电引起的温度累计造成过热甚至起火点，计时器在计时7s之后将会打开回路开关，停止主动放电。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。