本发明涉及一种安全关断系统和方法，具体涉及一种电动汽车安全关断系统和方法。
背景技术：
新能源汽车一般情况下是由多个动力源驱动整车，动力源包括驱动电机和发动机等，电机既可和发动机同时驱动也可单独驱动完成各种整车工作模式。电动汽车用驱动电机一般为高压永磁同步电机，可提高系统效率，满足整车对高功率和长续驶里程的需求，然而，存在的问题是，由于采用高压系统(高于安全电压60v)，存在高压安全问题；永磁同步电机由于转子上安装有永磁体，在高速失效时会产生较大反电势，反电势超过器件耐压将损坏逆变器及高压系统中的其他零部件，不但造成经济损坏还有可能导致人员触电等安全事故。高压触电风险，当人体流过5ma电流时就被称为“触电”，但人体超过10ma以上时，将触发身体痉挛导致无法摆脱电源。为避免车用出现因高压电驱动系统失效而造成部件损坏及人员触电风险，需要在电动汽车上增加安全装置和相应的控制方法，保证安全。
现有的安全关断方法多未全面考虑整车各总成的协同控制，如发动机、变速器、离合器等关键零部件，对各部件的断开时序没有定义，尤其是涉及到高压部件的关断顺序以及对反电势抑制功能的设计。
技术实现要素：
针对上述技术问题，本发明提供一种电动汽车安全关断系统和方法，全面考虑整车各总成的协同控制，如发动机、变速器、离合器等关键零部件，并对这些关键零部件的工作时序进行定义，能够有效地保证安全。
本发明采用的技术方案为：
本发明实施例提供一种电动汽车安全关断系统，包括：故障检测单元、整车控制单元和执行控制单元，其中，
所述故障检测单元，用于对整车高压主回路是否存在漏电和整车是否存在碰撞分别进行检测，并生成相应的检测信号并发送给所述整车控制单元；
所述整车控制单元，用于基于所述检测信号生成相应的整车控制指令，并发送给所述执行控制单元，其中，在接收到的所述检测信号为表征整车高压主回路存在漏电和/或整车存在碰撞的信号时，生成需要对整车进行安全关断的安全关断指令；
所述执行控制单元，用于基于所述整车控制指令对整车的驱动部件、传动部件和高压部件进行控制，其中，在所述整车控制指令为安全关断指令时，断开所述驱动部件、所述传动部件和所述高压部件。
可选地，所述故障检测单元包括漏电检测单元和碰撞检测单元；其中，
所述漏电检测单元，用于检测整车高压主回路是否存在漏电，并基于检测结果生成相应的漏电检测信号，并将生成的漏电检测信号发送给所述整车控制单元，所述漏电检测信号包括表征整车高压主回路存在漏电的漏电故障信号和表征整车高压主回路不存在漏电的漏电检测正常信号；
所述碰撞检测单元，用于检测整车是否存在碰撞，并基于检测结果生成相应的碰撞检测信号，并将生成的碰撞检测信号发送给所述整车控制单元，所述碰撞检测信号包括表征整车存在碰撞的碰撞故障信号和表征整车不存在故障的故障检测正常信号。
可选地，所述执行控制单元包括发动机控制单元、电机控制单元、电池管理单元和传动控制单元，所述驱动部件包括发动机、逆变器和驱动电机，所述传动部件包括变速器和离合器，所述高压部件包括高压回路继电器；其中，
所述发动机控制单元，用于基于接收的整车控制指令控制所述发动机，在接收到所述安全关断指令时，向所述发动机发送断油指令；
所述电机控制单元，用于基于接收的整车控制指令控制所述逆变器，进而控制所述驱动电机，其中，在接收到所述安全关断指令时，对驱动电机的当前转速进行检测，在检测到驱动电机的当前转速超过拐点转速时，向所述逆变器发送三相短路控制指令；
所述电池管理单元，用于基于接收的整车控制指令控制所述高压主回路继电器，在接收到所述安全关断指令时，断开所述高压主回路继电器；
所述传动控制单元，用于基于接收的整车控制指令控制所述传动部件，在接收到所述安全关断指令时，断开所述变速器和所述离合器。
可选地，所述电机控制单元，还用于在检测到驱动电机的当前转速没有超过拐点转速时，向所述逆变器发送三相开路控制指令，同时启动快速放电。
本发明另一实施例还提供一种电动汽车安全关断方法，包括：
对整车高压主回路是否存在漏电和整车是否存在碰撞分别进行检测，并生成相应的检测信号；
基于所述检测信号生成相应的整车控制指令，其中，在确定所述检测信号为表征整车高压主回路存在漏电和/或整车存在碰撞的信号时，生成需要对整车进行安全关断的安全关断指令；
基于所述整车控制指令对整车的驱动部件、传动部件和高压部件进行控制，其中，在所述整车控制指令为安全关断指令时，断开所述驱动部件、所述传动部件和所述高压部件。
可选地，所述对整车高压主回路是否存在漏电和整车是否存在碰撞分别进行检测，并生成相应的检测信号具体包括：
对整车高压主回路是否存在漏电进行检测，并基于检测结果生成相应的漏电检测信号，所述漏电检测信号包括表征整车高压主回路存在漏电的漏电故障信号和表征整车高压主回路不存在漏电的漏电检测正常信号；
对整车是否存在碰撞进行检测，并基于检测结果生成相应的碰撞检测信号，所述碰撞检测信号包括表征整车存在碰撞的碰撞故障信号和表征整车不存在故障的故障检测正常信号。
可选地，所述驱动部件包括发动机、逆变器和驱动电机，所述传动部件包括变速器和离合器，所述高压部件包括高压回路继电器；
所述基于所述整车控制指令对整车的驱动部件、传动部件和高压部件进行控制具体包括：
基于所述整车控制指令控制所述发动机，在确定所述整车控制指令为所述安全关断指令时，向所述发动机发送断油指令；
基于所述整车控制指令控制所述逆变器，进而控制所述驱动电机，其中，在确定所述整车控制指令为所述安全关断指令时，对驱动电机的当前转速进行检测，在检测到驱动电机的当前转速超过拐点转速时，向所述逆变器发送三相短路控制指令；
基于所述整车控制指令控制所述高压主回路继电器，在确定所述整车控制指令为所述安全关断指令时，断开所述高压主回路继电器；以及
基于所述整车控制指令控制所述传动部件，在确定所述整车控制指令为所述安全关断指令时，断开所述变速器和所述离合器。
可选地，还包括：在检测到当前转速没有超过拐点转速时，向所述逆变器发送三相开路控制指令，同时启动快速放电。
本发明实施例提供的电动汽车安全关断系统和方法，当出现漏电或者碰撞时，第一时间发出安全断开指令，可以快速断开发动机和电机等驱动部件与整车传动系的机械连接，保证机械安全；此外，快递断开高压主回路继电器可以切断高压电池对外的输出回路，保证电气安全。
附图说明
图1为本发明实施例的电动汽车安全关断系统的结构框图；
图2为本发明实施例的电动汽车安全关断系统的工作原理框图；
图3为本发明实施例的三相短路电流、短路转矩与转速的关系曲线；
图4为本发明实施例的电动汽车安全关断方法的流程示意图；
图5为本发明实施例的电动汽车安全关断方法的具体流程示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
图1为本发明实施例的电动汽车安全关断系统的结构框图；图2为本发明实施例的电动汽车安全关断系统的工作原理框图；图3为本发明实施例的三相短路电流、短路转矩与转速的关系曲线；图4为本发明实施例的电动汽车安全关断方法的流程示意图；图5为本发明实施例的电动汽车安全关断方法的具体流程示意图。
本发明一实施例提供一种电动汽车安全关断系统，如图1所示，包括：故障检测单元1、整车控制单元2和执行控制单元3，其中，所述故障检测单元1，用于对整车高压主回路是否存在漏电和整车是否存在碰撞分别进行检测，并生成相应的检测信号并发送给所述整车控制单元；所述整车控制单元2，用于基于所述检测信号生成相应的整车控制指令，并发送给所述执行控制单元，其中，在接收到的所述检测信号为表征整车高压主回路存在漏电和/或整车存在碰撞的信号时，生成需要对整车进行安全关断的安全关断指令；所述执行控制单元3，用于基于所述整车控制指令对整车的驱动部件4、传动部件6和高压部件5进行控制，其中，在所述整车控制指令为安全关断指令时，断开所述驱动部件4、所述传动部件6和所述高压部件5，即切断驱动部件4与整车传动系的机械连接，以及切断高压电池对外的输出回路。
具体地，在本发明实施例中，如图2所示，所述故障检测单元1包括漏电检测单元101和碰撞检测单元102；所述执行控制单元3包括发动机控制单元301、电机控制单元302、电池管理单元303和传动控制单元304；所述驱动部件4包括发动机401、逆变器402和驱动电机403，所述传动部件6包括变速器和离合器等机械传动部件，所述高压部件5为高压回路继电器。
其中，所述漏电检测单元101，用于检测整车高压主回路是否存在漏电，并基于检测结果生成相应的漏电检测信号，并将生成的漏电检测信号发送给所述整车控制单元，所述漏电检测信号包括表征整车高压主回路存在漏电的漏电故障信号和表征整车高压主回路不存在漏电的漏电检测正常信号。在本发明实施例中，漏电检测信号的输出值可分别用值1和0表示，其中值1表示漏电故障信号，值0表示漏电检测正常信号。所述碰撞检测单元102，用于检测整车是否存在碰撞，并基于检测结果生成相应的碰撞检测信号，并将生成的碰撞检测信号发送给所述整车控制单元，所述碰撞检测信号包括表征整车存在碰撞的碰撞故障信号和表征整车不存在故障的故障检测正常信号。在本发明实施例中，故障检测信号的输出值可分别用值1和0表示，其中值1表示碰撞故障信号，值0表示碰撞检测正常信号。
所述整车控制单元2，用于基于所述检测信号生成相应的整车控制指令，并分别发送给发动机控制单元301、电机控制单元302、电池管理单元303和传动控制单元304。其中，在接收到漏电故障信号和/或碰撞故障信号时，即从漏电检测单元101和碰撞检测单元102中的任一个处接收到1时，生成需要对整车进行安全关断的安全关断指令。否则，生成安全正常指令。在本发明实施例中，制整车控制指令的输出值可分别用值1和0表示，其中值1表示安全关断指令，值0表示安全正常指令。
所述发动机控制单元301，用于基于接收的整车控制指令控制所述发动机，在接收到所述安全关断指令时，即接收到值1时，向所述发动机401发送断油指令；否则，不发出断油指令。
所述电机控制单元302，用于基于接收的整车控制指令控制所述逆变器402，进而控制所述驱动电机403，其中，在接收到所述安全关断指令时，即接收到值1时，对驱动电机的当前转速进行检测，在检测到当前转速超过拐点转速ωg时，向所述逆变器402发送三相短路控制指令，输出值为1；在检测到当前转速没有超过拐点转速时，向所述逆变器发送三相开路控制指令，输出值为0，同时启动快速放电，对电机控制单元302的储能装置进行快速放电。在本发明实施例中，三相短路控制即逆变器三相桥臂的上桥臂的三管同时闭合(处于on状态)，或者下桥臂的三管同时闭合(处于on状态)；三相开路控制即逆变器三相桥臂的六管同时打开(处于off状态)。所述逆变器402可包括六个开关元件，开关元件为绝缘栅双极晶体管(igbt)，接收电机控制单元发出pwm信号，控制相应的三个上桥臂或下桥臂开关元件执行闭合(on状态)或者断开(off状态)动作。所述驱动电机403为三相永磁同步电机，是被控对象，接受逆变器402的控制。
图3为本实施例的三相短路转矩与转速的关系曲线，其中，横轴为驱动电机的机械转速，纵轴为三相短路转矩。永磁同步电机的三相短路转矩为与电机机械转速相反的阻力矩，因此，如图3所示，驱动电机正向旋转的情况下，其短路转矩为负值；随着转速升高，其短路转矩绝对值先增加后减小，超过拐点转速ωg后，逐渐趋于零。当出现漏电或者碰撞情况下，永磁同步电机的转速很高，将产生较大反电势，存在高压触电风险，通过对电机的三相短路控制可抑制电机反电势，避免电机反电势产生高压经过igbt的反并联二极管整流损坏高压部件或者漏电到车体导致触电。快速放电的目的是将直流侧电压通过电机绕组消耗掉，使直流母线电压低于60v(安全电压)，保证了安全。这两种措施分别抑制交流侧和直流侧的高压，保证了系统安全。
所述电池管理单元303，用于基于接收的整车控制指令控制所述高压主回路继电器，在接收到所述安全关断指令时，即接收到值1时，直接切断所述高压主回路继电器；否则，不切断高压主回路继电器。
所述传动控制单元304，用于基于接收的整车控制指令控制所述传动装置，在接收到所述安全关断指令时，即接收到值1时，直接断开所述传动部件6；否则，不切断。
本发明实施例提供的电动汽车安全关断系统，当出现漏电或者碰撞时，整车控制单元第一时间发出安全断开指令，同时发给发动机控制单元、电机控制单元、电池管理单元和传动控制单元，一方面，可以快速断开发动机和电机等驱动部件与传动部件的机械连接，保证机械安全；另一方面，快速断开高压主回路继电器可以切断高压电池对外的输出回路，保证电气安全。
本发明另一实施例提供一种电动汽车安全关断方法，通过前述实施例的电动汽车安全系统执行，如图4所示，所述方法包括以下步骤：
s101、对整车高压主回路是否存在漏电和整车是否存在碰撞分别进行检测，并生成相应的检测信号；
s102、基于所述检测信号生成相应的整车控制指令，其中，在确定所述检测信号为表征整车高压主回路存在漏电和/或整车存在碰撞的信号时，生成需要对整车进行安全关断的安全关断指令；
s103、基于所述整车控制指令对整车的驱动部件、传动部件和高压部件进行控制，其中，在所述整车控制指令为安全关断指令时，断开所述驱动部件、所述传动部件和所述高压部件。
其中，步骤s101中通过前述的故障检测单元1执行，该步骤可具体包括：
步骤一、对整车高压主回路是否存在漏电进行检测，并基于检测结果生成相应的漏电检测信号，所述漏电检测信号包括表征整车高压主回路存在漏电的漏电故障信号和表征整车高压主回路不存在漏电的漏电检测正常信号。
该步骤中，通过前述的漏电检测单元101执行，漏电检测信号的输出值可分别用值1和0表示，其中值1表示漏电故障信号，值0表示漏电检测正常信号。
步骤二、对整车是否存在碰撞进行检测，并基于检测结果生成相应的碰撞检测信号，所述碰撞检测信号包括表征整车存在碰撞的碰撞故障信号和表征整车不存在故障的故障检测正常信号。
该步骤中，通过前述的碰撞检测单元102执行，碰撞检测信号的输出值可分别用值1和0表示，其中值1表示碰撞故障信号，值0表示碰撞检测正常信号。
在步骤s102中，通过前述的整车控制单元2执行。整车控制单元2在接收到漏电故障信号和/或碰撞故障信号时，即从漏电检测单元101和碰撞检测单元102中的任一个处接收到1时，生成需要对整车进行安全关断的安全关断指令。否则，生成安全正常指令。在本发明实施例中，制整车控制指令的输出值可分别用值1和0表示，其中值1表示安全关断指令，值0表示安全正常指令。
在步骤s103中，通过前述的发动机控制单元301、电机控制单元302、电池管理单元303和传动控制单元304执行，其中，所述基于所述整车控制指令对整车的驱动部件、传动部件和高压部件进行控制可具体包括：
(1)发动机控制单元301基于所述整车控制指令控制所述发动机，在确定所述整车控制指令为所述安全关断指令时，向所述发动机发送断油指令。
(2)电机控制单元302基于所述整车控制指令控制所述逆变器，进而控制所述驱动电机，其中，在确定所述整车控制指令为所述安全关断指令时，对驱动电机的当前转速进行检测，在检测到驱动电机的当前转速超过拐点转速时，向所述逆变器发送三相短路控制指令；在检测到当前转速没有超过拐点转速时，向所述逆变器发送三相开路控制指令，同时启动快速放电。
(3)电池管理单元303基于所述整车控制指令控制所述高压主回路继电器，在确定所述整车控制指令为所述安全关断指令时，切断所述高压主回路继电器。
(4)传动控制单元304基于所述整车控制指令控制所述传动部件，在确定所述整车控制指令为所述安全关断指令时，断开所述变速器和所述离合器。
具体地，如图5所示，本发明实施例提供的电动汽车安全关断方法可包括：
1.整车控制单元接收故障检测信号，生成整车控制指令，具体地，对漏电故障信号和碰撞信号进行“与”计算，即其中任一输入信号为1，则输出安全关断指令，指令值为1；否则，输出安全正常指令，指令值为0。
2.发动机控制单元判断整车控制指令，当值为1时，给发动机发出断油指令；否则，退出程序。电机控制单元判断整车控制指令，当值为1时，检测当前转速，如果转速超过拐点转速ωg，则执行三相短路控制；否则，执行三相开路控制和快速放电；当整车控制指令为0时，退出程序。电池管理单元判断整车控制指令，当值为1时，执行断开高压主回路继电器的动作；否则，退出程序。传动控制单元判断整车控制指令，当值为1时，执行断开传动部件的动作；否则，退出程序。
综上，本发明实施例提供的电动汽车安全关断方法，至少具有以下有益效果：
(1)当出现漏电或者碰撞情况下，永磁同步电机转速很高，将产生较大反电势，存在高压触电风险，通过对电机的三相短路控制可抑制电机反电势，避免电机反电势产生高压经过igbt的反并联二极管整流损坏高压部件或者漏电到车体导致触电。此外，通过快速放电将直流侧电压通过电机绕组消耗掉，使直流母线电压低于60v(安全电压)，能够保证安全。这两种措施分别抑制交流侧和直流侧的高压，保证了系统安全。
(2)当出现故障或者碰撞时，整车控制器第一时间发出安全断开指令，同时发给发动机控制单元、电机控制单元、电池管理单元和传动控制单元，可以快速断开发动机和电机等驱动部件与整车传动系的机械连接，保证机械安全；另一方面，快递断开高压主回路继电器可以切断高压电池对外的输出回路，保证电气安全。
以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。