车辆高压总线安全防护装置的制作方法

本发明涉及一种车辆高压总线安全防护装置，尤其涉及一种纯电动或者混合动力车辆的高压总线安全防护装置，属于汽车电器设备技术领域。

背景技术：

纯电动或者混合动力车辆的高压供电系统电压≥60V DC或20V AC，，高压安全是必须考虑的问题。按照相关法规和标准要求，在车辆正常使用的过程中，车辆相关的高压安全防护能够保护人员没有触电的风险。但在车辆碰撞损毁或者检修时，除了隔离高压电池外，还必须对高压电路中的电容器、电感、变压器等储能器件中的能量迅速放电，高压总线及车辆上各子系统上的电压必须在规定的时间内降至安全电压。

目前采用的方法是：

1)碰撞发生时，气囊控制装置会将碰撞信号通过CAN总线或硬线将信号发出，高压系统的控制装置接收到此信号，会切断高压电池与用电系统的联系。

2)如果需要检修，当修理人员拔下高压插头时，由于原接插件上有高压互锁信号，高压互锁信号使能，车辆的控制装置接收到此信号，也会切断高压电池与用电系统的联系。

当采用了以上方案，高压电池不会持续对用电系统作用，也降低了人员持续触电的可能性。但是高压总线中有起缓冲作用的大电容，这些电容上的电压与电池电压基本一致，电容容量较大，储存有一定的能量，若超过一定阈值对人员存在触电风险。

为解决电动汽车或混合动力汽车的高压安全问题，通常需要先检测到碰撞、高压接插件脱落或者正常下电的信号，然后根据具体情况断开高压连接。断开高压连接后，电路板上的储能元件还有较多的电荷，一般连接高压电源的控制装置都会设计放电电路，来泄放掉这部分电荷。如果在规定的时间内放电到安全电压，需要较大的电流放电，为了避免大电流放电造成电路过温，对放电电路需要做充分的散热设计，以及温度监控。现有技术的放电电路和温度采集电路需要在原控制装置上额外设计，同时为了满足系统安全的要求，还要设计相关的保护电路和诊断电路，放电部分有可能还要做散热设计，增加了系统的体积、成本和安全风险。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种车辆高压总线安全防护装置，在车辆碰撞、高压接插件脱落或者车辆正常停止时，避免控制装置上电容的高压余电对人员的伤害，还能降低高压线路上其他用电系统内电容的余电，避免其他用电系统对人员的伤害。在不增加额外电路的前提下，解决电动车辆或混合动力车辆上控制装置大电容放电问题。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种车辆高压总线安全防护装置，包括高压电池1、高压电池控制装置2、高压接插件3、气囊控制器4、汽车钥匙6、继电器KL15、加热器控制装置7、加热器8；所述高压电池1通过高压总线与高压电池控制装置2相连，所述高压电池控制装置2通过高压接插件3与加热器控制装置7相连，所述高压电池控制装置2、气囊控制器4、加热器控制装置7之间通过CAN总线相连，所述汽车钥匙6通过继电器KL15与加热器控制装置7相连，所述加热器控制装置7通过高压总线与加热器8相连；加热器控制装置7内部的电容C两端连接于高压电源，功率管Q与加热器8串联，串联电路两端连接于高压电源，加热器控制装置微处理器9控制功率管Q的导通与关断。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：

前述一种车辆高压总线安全防护装置，其中高压接插件3上安装有高压互锁装置，高压互锁装置包括高压接插件公头10、高压接插件母头11、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1，所述高压接插件公头10的1号端与2号端短接，所述电阻R2与电容C1并联，并联电路的一端接地，并联电路的另一端经电阻R1接5V电源正极，所述电阻R3的一端接于电阻R1和电阻R2之间，电阻R3的另一端接于高压接插件母头11的1号端，所述电阻R4的一端接地，所述电阻R4的另一端接高压接插件母头11的2号端，所述电阻R1和电阻R2之间引出至加热器控制装置微处理器9的IN0端。

前述一种车辆高压总线安全防护装置，所述加热器控制装置7还包括电压检测电路，所述电压检测电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C2、电容C3、稳压管D、运算放大器U1，所述电阻R5的一端接待测电压，所述电阻R5的另一端接电阻R6的一端，所述电阻R6的另一端接地，所述电容C2与电阻R6并联，所述稳压管D的正极接于电阻R5和电阻R6之间，所述稳压管D的负极接地，所述运算放大器U1的同相输入端与稳压管D的正极相连，所述运算放大器U1的反相输入端与运算放大器U1的输出端相连，所述运算放大器U1的电源输入端分别接+5V电源和地，所述电阻R7的一端接运算放大器U1的输出端，所述电阻R7的另一端接电容C3的一端，所述电容C3的另一端接地，从电阻R7和电容C3之间引出信号线输送至加热器控制装置微处理器9。

前述一种车辆高压总线安全防护装置，所述运算放大器U1的型号为LMV3581YDT。

前述一种车辆高压总线安全防护装置，以电机的定子线圈代替加热器8作为放电电路。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在车辆碰撞、高压互锁接插件脱落或者正常下电的状态下，保证车辆控制装置和其他用电子系统的控制装置上电容残余电量释放完毕，不造成人身安全风险，采用车辆自身加热装置或者电机放电，不需要增加额外的温度检测和散热装置，简化设计，节约成本。

附图说明

图1是现有的放电电路；

图2是现有的温度检测电路；

图3是汽车高压系统图；

图4是车辆高压总线安全防护装置图；

图5是加热器控制装置图；

图6是高压接插件图；

图7是电压检测电路图。

具体实施方式

为解决电动汽车或混合动力汽车的高压安全问题，通常需要先检测到碰撞、高压接插件脱落或者正常下电，然后根据具体情况断开高压连接。断开高压连接后，电路板上的储能元件还有较多的电荷，一般连接高压电源的控制装置都会设计放电电路，来泄放掉这部分电荷。在规定的时间内放电到安全电压，需要较大电流放电，为了避免大电流放电造成电路过温，对放电电路需要做充分的散热设计，以及温度监控。如图1所示是现有的简单的放电电路。图中电容C存储着与电池同电压的电荷，在电池和控制装置断开后，打开功率管Q，通过放电电阻R放电。如图2所示是现有的温度检测电路，Rt为温度采集电阻，R1为分压电阻，检测点接入单片机的模拟输入口。上述放电电路和温度采集电路需要在原控制装置上额外设计，同时为了满足系统安全的要求，还要设计相关的保护电路和诊断电路，放电部分有可能还要做散热设计，增加了系统的体积、成本和安全风险。

本发明在不增加额外电路的前提下，解决电动车辆或混合动力车辆上控制装置大电容放电问题。下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

电动汽车的电机、加热器、DCDC变换器等系统都使用高压电池，正常工作状态如图3所示，在系统正常下电、车辆发生碰撞、高压接插件脱落等条件被检测到后，各控制装置要断开控制装置与相关子系统的联系，比如加热器控制装置要保证加热器不再加热，电机控制装置保证电机不再运行等；电池管理系统要切断高压电池与各子系统的联系。控制装置都需要满足高压设计，所以都必须包含一个或多个容量较大的电容来做电流缓冲设计，控制装置和高压电池及用电子系统断开后，这些大电容的电量无法释放，存在安全隐患。使用加热器消耗掉这些能量是最低成本的方案。加热器本身能承受较高的温度，且内部有大量的介质可以传导热量，所以该方法不会对系统造成影响。

依据上述解决方案，本发明的车辆高压总线安全防护装置如图4所示，包括高压电池1、高压电池控制装置2、高压接插件3、气囊控制器4、汽车钥匙6、继电器KL15、加热器控制装置7、加热器8；所述高压电池1通过高压总线与高压电池控制装置2相连，所述高压电池控制装置2通过高压接插件3与加热器控制装置7相连，所述高压电池控制装置2、气囊控制器4、其它控制器5、加热器控制装置7之间通过CAN总线相连，所述汽车钥匙6通过继电器KL15与加热器控制装置7相连，所述加热器控制装置7通过高压总线与加热器8相连；如图5所示，加热器控制装置7内部的电容C两端连接于高压电源，功率管Q与加热器8串联，串联电路两端连接于高压电源，加热器控制装置微处理器9控制功率管Q的导通与关断。图中高压电池通过高压电池控制装置与加热系统相连，高压总线与高压系统通过高压接插件3相连，高压接插件3上都安装有高压互锁装置，该装置可以判断高压接插件是否脱落。

如图6所示，高压互锁装置包括高压接插件公头10、高压接插件母头11、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1，所述高压接插件公头10的1号端与2号端短接，所述电阻R2与电容C1并联，并联电路的一端接地，并联电路的另一端经电阻R1接5V电源正极，所述电阻R3的一端接于电阻R1和电阻R2之间，电阻R3的另一端接于高压接插件母头11的1号端，所述电阻R4的一端接地，所述电阻R4的另一端接高压接插件母头11的2号端，所述电阻R1和电阻R2之间引出至加热器控制装置微处理器9的IN0端。在高压接插件上，高压互锁信号对应的输出引脚在公头上作短接处理，母头上的两根信号接入处理电路，若高压接插件连接，加热器控制装置微处理器9接收的信号输入值为：

若高压接插件断开，加热器控制装置微处理器9接收的信号输入值为：

加热器控制装置微处理器9可以根据输入的值判别高压接插件的状态。

系统检测到碰撞、高压互锁接插件脱落或者正常下电时，都可触发放电程序。

碰撞信号由气囊控制器4通过数字通讯总线(一般是CAN总线)发出，加热器控制装置7在总线上接收到后认为产生碰撞；正常下电一般由汽车钥匙6通过继电器KL15发出指令。

在切断电源和控制装置的连接后，需要对控制装置内电容进行放电，如图5所示，加热器控制装置微处理器9控制功率管Q导通，将电容中电量在加热电阻上消耗即可。

系统应不断检测电容两端电压，电压在安全范围内即可终止放电。如果电压并未降低，要考虑电源和用电子系统并未完全脱离，也需要终止放电。

如图7所示电压检测电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C2、电容C3、稳压管D、运算放大器U1，所述电阻R5的一端接待测电压，所述电阻R5的另一端接电阻R6的一端，所述电阻R6的另一端接地，所述电容C2与电阻R6并联，所述稳压管D的正极接于电阻R5和电阻R6之间，所述稳压管D的负极接地，所述运算放大器U1的同相输入端与稳压管D的正极相连，所述运算放大器U1的反相输入端与运算放大器U1的输出端相连，所述运算放大器U1的电源输入端分别接+5V电源和地，所述电阻R7的一端接运算放大器U1的输出端，所述电阻R7的另一端接电容C3的一端，所述电容C3的另一端接地，从电阻R7和电容C3之间引出信号线输送至加热器控制装置微处理器9。运算放大器U1的型号为LMV3581YDT，运算放大器起电压跟随作用，稳压管D起保护作用，防止电压采集信号超过单片机限制，两个电容起缓冲作用，采集的电压值应为高压电压在R6上的分压，加热器控制装置微处理器9根据采集的电压值判断是否需要终止放电。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。