专利名称：一种实现高压电路安全通断电的系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及汽车电气技术领域，特别是一种实现高压电路安全通断电的系统。
背景技术：
现代电动汽车、因其对环境的影响比传统车辆要小，前景被广泛看好，根据国家标准GB/T 19596规定，电动汽车包括纯电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池电动汽车。现代电动汽车用动力电池的直流电压达到300V以上，因此动力电池和驱动电机之间电路接通与断开的安全性与稳定性对于电动汽车的长时间安全稳定运行具有重要意义。在现有技术中，电动汽车对高压电路的控制采用的是利用低压电路控制高压电源开关，实现高压电路的通断。电动汽车可以采用的高压电源开关主要包括金属-氧化层-半 导体-场效晶体管，简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor, M0SFET)、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)、传统大电流继电器和高能继电器四种。参见图I所示，是现有技术中一种实现高压电路通断电的电路示意图，其工作原理是时序控制电路根据电子控制单元(ElectronicControl Unit, E⑶)的控制信号接通或断开高压电源开关,实现高压电路的通断，时序控制电路由蓄电池为其提供电源。然而，使用MOSFET和IGBT作为高压开关接触损失较大，影响动力电池使用时间。传统大电流继电器具有接触损失小、成本低的优点，但在应用于现有技术的实现高压电路通断电电路时，在继电器两端的电压差始终是动力电池的电压值，电路接通和断开的过程中会产生电弧。电弧是当开关电器断开电流时，如果电路电压大于10-20伏，电流大于SO-IOOmA,电器的动、静触头间便会产生电弧。此时触头虽已分开，但是电流通过触头间的电弧继续流通，一直到触头分开到足够的距离，电弧熄灭后，电路才断开。因此，使用大电流继电器作为高压开关具有危险性且易损坏用电设备。而使用高能继电器，能够很好的消除电弧但成本比较高。另外，现有技术控制高压电路通断电的电路在电子控制单元ECU和时序控制电路间没有保护措施，易使ECU受到回流冲击。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型的主要目的是提供一种实现高压电路安全通断电的系统，解决现有技术中高压电路通断电时可能会产生电弧而使用电设备易损坏且存在危险性的问题。为解决上述问题，本实用新型提供的技术方案如下一种实现高压电路安全通断电的系统，所述系统包括电子控制单元、时序控制电路、第一高压电路、继电器、第二高压电路和电流传感器；所述电子控制单元与所述时序控制电路相连，所述第一高压电路与所述时序控制电路相连，所述继电器与所述时序控制电路相连，所述第二高压电路与所述时序控制电路相连，所述第一高压电路、所述继电器和所述第二高压电路并联连接于动力电池与电机之间，所述电流传感器设置于所述第一高压电路、所述继电器和所述第二高压电路并联节点与所述电机之间，与所述时序控制电路相连；所述电子控制单元，用于向所述时序控制电路发送接通高压电路信号或断开高压电路信号；所述第一高压电路，用于接通或断开所述动力电池和所述电机；所述继电器，用于接通或断开所述动力电池和所述电机；所述第二高压电路，用于接通或断开所述动力电池和所述电机；所述电流传感器，用于检测所述动力电池和所述电机之间的电流；所述时序控制电路，用于接收到所述电子控制单元发送的接通高压电路信号后， 控制所述第一高压电路接通；在所述第一高压电路接通后，如果所述电流传感器检测到的电流变化率小于阈值，则控制所述继电器接通；在所述继电器接通后，如果所述电流传感器检测到的电流变化率小于阈值，则控制所述第一高压电路断开；接收到所述电子控制单元发送的断开高压电路信号后，控制第二高压电路接通；在所述第二高压电路接通后，控制所述继电器断开；如果所述电流传感器检测到的电流变化率小于阈值，则控制所述第二高压电路断开。相应的，所述第一高压电路包括第一场效应管和调节电阻；所述第一场效应管的栅极与所述时序控制电路相连，漏极与所述调节电阻的一端相连，源极与所述电机相连，所述调节电阻的另一端与所述动力电池相连；所述第一场效应管，用于接通或断开所述第一高压电路；所述调节电阻，用于限制所述第一高压电路的电流。相应的，所述第二高压电路包括第二场效应管和二极管；所述第二场效应管的栅极与所述时序控制电路相连，漏极与所述动力电池相连，源极与所述电机相连，所述二极管的正极与所述电机相连，负极与所述动力电池相连；所述第二场效应管，用于接通或断开所述第二高压电路；所述二极管，用于在所述第二场效应管断开后，截止所述动力电池到所述电机间的电流。相应的，所述时序控制电路具体用于接收到所述电子控制单元发送的接通高压电路信号后，控制所述第一场效应管接通；在所述第一场效应管接通后，如果所述电流传感器检测到的电流变化率小于阈值，则控制所述继电器接通；在所述继电器接通后，如果所述电流传感器检测到的电流变化率小于阈值，则控制所述第一场效应管断开；接收到所述电子控制单元发送的断开高压电路信号后，控制所述第二场效应管接通；在所述第二场效应管接通后，控制所述继电器断开；如果所述电流传感器检测到的电流变化率小于阈值，则控制所述第二场效应管断开。相应的，所述系统还包括光耦单元，连接于所述电子控制单元与所述时序控制电路之间，用于隔离电子控制单元与所述时序电路。相应的，所述第一场效应管是MOSFET或IGBT。相应的，所述第二场效应管是MOSFET或IGBT。[0029]相应的，所述继电器是传统大电流继电器。相应的，所述电流传感器是霍尔式电流传感器。由此可见，本实用新型具有如下有益效果通过控制第一高压电路、继电器、第二高压电路的接通与断开的顺序，能够有效消除继电器接通和断开时产生的电弧，使高压电路在通断电时具有较高的安全和稳定性；另夕卜，使用传统大电流继电器接通或断开动力电池和电机间的高压电路，在保证安全稳定性的基础上成本降低，且接触损失小，可延长动力电池使用时间；而且，增加了光耦单元，保护电子控制单元不受高压回路的影响。
图I是现有技术中实现高压电路通断电系统的结构示意图； 图2是本实用新型实现高压电路安全通断电的系统的结构示意图；图3是本实用新型实现高压电路安全通断电的系统的一种具体结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型实施例作进一步详细的说明。本实用新型实现高压通断电的系统，针对现有技术中高压电路通断电时可能产生电弧从而使用电设备容易损坏且存在危险性的问题，在动力电池与电机之间增加了两条高压通路，通过时序控制电路控制继电器与增加的高压通路接通或断开的顺序，实现高压回路安全、稳定地接通或断开，防止电弧的产生。参见图2所示，是本实用新型实现高压电路安全通断电的系统结构示意图，该系统包括电子控制单元I、时序控制电路2、第一高压电路3、继电器4、第二高压电路5和电流传感器6。其中，电子控制单元I与时序控制电路2相连，第一高压电路3与时序控制电路2相连，继电器4与时序控制电路2相连，第二高压电路5与时序控制电路2相连，第一高压电路3、继电器4和第二高压电路5并联连接于动力电池与电机之间，电流传感器6设置于第一高压电路3、继电器4和第二高压电路5的并联节点与电机之间，与时序控制电路2相连；电子控制单元1，用于向时序控制电路发送接通高压电路信号或断开高压电路信号;第一高压电路3，用于接通或断开动力电池和电机；继电器4，用于接通或断开动力电池和电机；第二高压电路5，用于接通或断开动力电池和电机；电流传感器6，用于检测动力电池和电机之间的电流，为时序控制电路提供参考；时序控制电路2，用于接收到电子控制单元发送的接通高压电路信号后，控制第一高压电路接通；在第一高压电路接通后，如果电流传感器检测到的电流变化率小于阈值，则控制继电器接通；在继电器接通后，如果电流传感器检测到的电流变化率小于阈值，则控制第一高压电路断开；接收到电子控制单元发送的断开高压电路信号后，控制第二高压电路接通；在第二高压电路接通后，控制继电器断开；如果电流传感器检测到的电流变化率小于阈值，则控制第二高压电路断开。参见图3所示，是本实用新型实现高压电路安全通断电的系统的一种具体实现结构示意图。第一高压电路3可以包括第一场效应管31和调节电阻32。第一场效应管的栅极与时序控制电路相连，漏极与调节电阻的一端相连，源极与电机相连，调节电阻的另一端与动力电池相连；第一场效应管31，用于接通或断开第一高压电路；调节电阻32，用于限制第一高压电路的电流。调节电阻32与第一场效应管31串联，起限流的作用，防止第一场效应管因电流过 大而烧毁，调节电阻为阻值可调电阻。第二高压电路5包括第二场效应管51和二极管52。第二场效应管的栅极与时序控制电路相连，漏极与动力电池相连，源极与电机相连，二极管的正极与电机相连，负极与动力电池相连；第二场效应管51，用于接通或断开第二高压电路；二极管52，用于在第二场效应管断开后，截止动力电池到电机间的电流。第一场效应管和第二场效应管可以是M0SFET，也可以是IGBT，但是因为MOSFET响应速度较快，因此第一场效应管和第二场效应管优先选用M0SFET。采用所述高压电路安全通断电的系统，继电器可以是传统大电流继电器，从而能够在保证安全稳定性的基础上降低成本。电流传感器可以是霍尔式电流传感器，也可以是其他类型的电流传感器，在具体应用中，霍尔式电流传感器较为常见，电流传感器优先选用霍尔式电流传感器。时序控制电路可以由24V蓄电池为其提供电源。控制第一高压电路接通可以通过控制第一场效应管接通实现，控制第一高压电路断开可以通过控制第一场效应管断开来实现；同样的，控制第二高压电路接通可以控制第二场效应管接通实现，控制第二高压电路断开可以控制第二场效应管断开实现，因此时序控制电路2可以具体用于接收到电子控制单元发送的接通高压电路信号后，控制第一场效应管接通；在第一场效应管接通后，如果电流传感器检测到的电流变化率小于阈值，则控制继电器接通；在继电器接通后，如果电流传感器检测到的电流变化率小于阈值，则控制第一场效应管断开；接收到电子控制单元发送的断开高压电路信号后，控制第二场效应管接通；在第二场效应管接通后，控制继电器断开；如果电流传感器检测到的电流变化率小于阈值，则控制第二场效应管断开。本系统的工作原理是时序控制电路2接收到电子控制单元I发送的接通高压电路信号后，控制第一场效应管31接通；在第一场效应管接通后，如果电流传感器6检测到的电流变化率小于阈值，则控制继电器4接通；在继电器接通后，如果电流传感器6检测到的电流变化率小于阈值，则控制第一场效应管31断开。上述过程是控制高压电路接通的过程，在继电器用于接通动力电池与电机前，时序控制电路首先控制第一场效应管接通，待动力电池与电机间的高压电路稳定后，即电流变化很小，也就是如果电流传感器检测到的电流变化率小于阈值，再控制继电器接通，此时由于继电器两端的电压几乎相等，不会产生电弧，从而达到了高压电路接通时消除电弧的目的。继电器接通且高压电路稳定后，即电流传感器检测到的电流变化率小于阈值，控制第一场效应管断开，完成动力电池与电机的接通过程。时序控制电路2接收到电子控制单元I发送的断开高压电路信号后，控制第二场效应管51接通；在第二场效应管接通后，控制继电器4断开；如果电流传感器6检测到的电流变化率小于阈值，则控制第二场效应管51断开。上述过程是控制高压电路断开的过程，时序控制电路首先控制第二场效应管接通，待第二场效应管接通后，时序控制电路控制继电器断开，此时由于继电器两端电压相等，不会产生电弧，待高压电路稳定后，即电流传感器检测到的电流变化率小于阈值，时序控制电路控制第二场效应管断开，因为二极管按照外加电压的方向，具备单向电流的传导特性，此时电路冲击可以通过二极管消除，从而达到安全稳定切断高压回路的目的。动力电池与电机间的高压电路最终是由继电器接通的，接触损失可以忽略。场效应管，例如MO S FET，是半导体元件，在导通时有一定的电阻，电流流过时会有能量损失，也就是接触损失。在本实用新型的系统中场效应管的接通时间很短，接触损失很小，因此本实用新型可以延长动力电池的使用时间。另外，本实用新型实现高压电路通断电的系统，还包括光耦单元7，连接于电子控制单元I与时序控制电路2之间，用于隔离电子控制单元与所述时序电路。光耦单元以光为媒介传输电信号，信号单向传输，输入端与输出端没有电路的直接连接，完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，可以保护电子控制单元不受高压电路的影响。需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求1.一种实现高压电路安全通断电的系统，其特征在于，所述系统包括电子控制单元、时序控制电路、第一高压电路、继电器、第二高压电路和电流传感器； 所述电子控制单元与所述时序控制电路相连，所述第一高压电路与所述时序控制电路相连，所述继电器与所述时序控制电路相连，所述第二高压电路与所述时序控制电路相连，所述第一高压电路、所述继电器和所述第二高压电路并联连接于动力电池与电机之间，所述电流传感器设置于所述第一高压电路、所述继电器和所述第二高压电路并联节点与所述电机之间，与所述时序控制电路相连； 所述电子控制单元，用于向所述时序控制电路发送接通高压电路信号或断开高压电路信号; 所述第一高压电路，用于接通或断开所述动力电池和所述电机； 所述继电器，用于接通或断开所述动力电池和所述电机； 所述第二高压电路，用于接通或断开所述动力电池和所述电机； 所述电流传感器，用于检测所述动力电池和所述电机之间的电流； 所述时序控制电路，用于接收到所述电子控制单元发送的接通高压电路信号后，控制所述第一高压电路接通；在所述第一高压电路接通后，如果所述电流传感器检测到的电流变化率小于阈值，则控制所述继电器接通；在所述继电器接通后，如果所述电流传感器检测到的电流变化率小于阈值，则控制所述第一高压电路断开；接收到所述电子控制单元发送的断开高压电路信号后，控制第二高压电路接通；在所述第二高压电路接通后，控制所述继电器断开；如果所述电流传感器检测到的电流变化率小于阈值，则控制所述第二高压电路断开。
2.根据权利要求I所述的系统，所述第一高压电路包括第一场效应管和调节电阻； 所述第一场效应管的栅极与所述时序控制电路相连，漏极与所述调节电阻的一端相连，源极与所述电机相连，所述调节电阻的另一端与所述动力电池相连； 所述第一场效应管，用于接通或断开所述第一高压电路； 所述调节电阻，用于限制所述第一高压电路的电流。
3.根据权利要求I所述的系统，所述第二高压电路包括第二场效应管和二极管； 所述第二场效应管的栅极与所述时序控制电路相连，漏极与所述动力电池相连，源极与所述电机相连，所述二极管的正极与所述电机相连，负极与所述动力电池相连； 所述第二场效应管，用于接通或断开所述第二高压电路； 所述二极管，用于在所述第二场效应管断开后，截止所述动力电池到所述电机间的电流。
4.根据权利要求I至3任一项所述的系统，其特征在于，所述时序控制电路具体用于 接收到所述电子控制单元发送的接通高压电路信号后，控制所述第一场效应管接通；在所述第一场效应管接通后，如果所述电流传感器检测到的电流变化率小于阈值，则控制所述继电器接通；在所述继电器接通后，如果所述电流传感器检测到的电流变化率小于阈值，则控制所述第一场效应管断开；接收到所述电子控制单元发送的断开高压电路信号后，控制所述第二场效应管接通；在所述第二场效应管接通后，控制所述继电器断开；如果所述电流传感器检测到的电流变化率小于阈值，则控制所述第二场效应管断开。
5.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述系统还包括光耦单元，连接于所述电子控制单元与所述时序控制电路之间，用于隔离电子控制单元与所述时序电路。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一场效应管是MOSFET或IGBT。
7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第二场效应管是MOSFET或IGBT。
8.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述继电器是传统大电流继电器。
9.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述电流传感器是霍尔式电流传感器。
专利摘要本实用新型公开了一种实现高压电路安全通断电的系统，用于电动汽车高压电路的安全通断电，该系统包括电子控制单元，用于发送接通高压电路信号或断开高压电路信号；第一高压电路、继电器、第二高压电路，用于接通或断开动力电池和电机；时序控制电路，用于接收到接通高压电路信号后，控制第一高压电路接通；之后，如电流传感器检测的电流变化率小于阈值，控制继电器接通；之后，如电流传感器检测的电流变化率小于阈值，控制第一高压电路断开；接收到的断开高压电路信号后，控制第二高压电路接通；之后，控制继电器断开；之后，如电流传感器检测到的电流变化率小于阈值，控制第二高压电路断开。
文档编号H02H3/00GK202550470SQ20122020657
公开日2012年11月21日 申请日期2012年5月9日 优先权日2012年5月9日
发明者耿丽珍, 赵强, 辛昊, 陈雪丽, 韩尔樑 申请人:潍柴动力股份有限公司