车载高压控制系统及其高压接触器剩余寿命均衡控制方法

技术领域

本发明属于新能源汽车技术领域，特别是涉及一种新能源车辆的车载高压控制系统及其高压接触器剩余寿命均衡控制方法。

背景技术

新能源汽车的车载高压控制系统通常集成一些用于车载高压负载供配电的配电系统，这些配电系统常常采用高压接触器分断高压供电。但高压负载大电流下，频繁分断接触器容易导致接触器寿命过短。当前技术能够对接触器寿命进行监测，但未能提出有效的方案解决接触器过度损耗，导致寿命过短的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车载高压控制系统及其高压接触器剩余寿命均衡控制方法，以解决现有技术中高压回路上的接触器寿命较短的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种车载高压控制系统高压接触器剩余寿命均衡控制方法的技术方案，高压负载通过第一接触器连接电源正极，通过第二接触器连接电源负极；在设定时间内，通过先断开第一接触器断开高压负载电源；当第一接触器的剩余寿命小于第二接触器的剩余寿命，且第一接触器的剩余寿命和第二接触器的剩余寿命的差值超过设定值，则在以后的一定时间段内通过先断开第二接触器实现断开高压负载电源；当第二接触器的剩余寿命小于第一接触器的剩余寿命，且第二接触器的剩余寿命和第一接触器的剩余寿命的差值超过设定值，则再在后面的一定时间段内通过先断开第一接触器断开高压负载电源。

本发明的有益效果为：通过剩余寿命对比使得正负极的两个接触器实现交替工作，既能避免某一个接触器过早失效影响整车功能，又能尽量使得两个接触器使用寿命相当，减少易损件的总更换次数。解决了现有技术中高压回路上的接触器控制不当导致寿命降低的问题。

进一步地，接触器的剩余寿命通过如下方式获得：记录每次断开接触器时的高压负载电流，结合预先获得的接触器寿命关系，对接触器进行剩余寿命的预测；所述接触器寿命关系为不同电流条件下接触器带载切断次数。

本发明的有益效果为：基于回路电流检测功能，进行接触器剩余寿命监测，实现接触器的剩余寿命预估。

进一步地，通过一个接触器断开高压负载电源后，再无载断开另一个接触器，以保证高压负载被可靠断开。

本发明的有益效果为：先通过一个接触器断开高压负载电源，再无载断开另一个接触器，使得两个接触器均实现安全断开，以保证高压负载被可靠断开。

进一步地，所述设定时间为0.5～1.5个月，所述设定值为5％～15％。

本发明的有益效果为：在设定时间属于0.5～1.5个月的范围，设定值为5％～15％的范围时，能够在尽量减少切换首先断开的接触器的前提下，尽可能地减少接触器的寿命损耗。

一种车载高压控制系统，包括用于连接电源的电源连接端、用于连接高压负载的负载连接端和用于断开高压负载电源的接触器；所述负载连接端通过第一接触器连接电源连接端的正极，通过第二接触器连接电源连接端的负极；在设定时间内，通过先断开第一接触器断开高压负载电源；当第一接触器的剩余寿命小于第二接触器的剩余寿命，且第一接触器的剩余寿命和第二接触器的剩余寿命的差值超过设定值，则在以后的一定时间段内通过先断开第二接触器实现断开高压负载电源；当第二接触器的剩余寿命小于第一接触器的剩余寿命，且第二接触器的剩余寿命和第一接触器的剩余寿命的差值超过设定值，则再在后面的一定时间段内通过先断开第一接触器断开高压负载电源。

进一步地，接触器的剩余寿命通过如下方式获得：记录每次断开接触器时的高压负载电流，结合预先获得的接触器寿命关系，对接触器进行剩余寿命的预测；所述接触器寿命关系为不同电流条件下接触器带载切断次数。

进一步地，通过一个接触器断开高压负载电源后，再无载断开另一个接触器，以保证高压负载被可靠断开。

进一步地，所述设定时间为0.5～1.5个月，所述设定值为5％～15％。

附图说明

图1为适用于本发明方法的车载高压控制系统高压部分拓扑结构图；

图2为适用于本发明方法的车载高压控制系统弱电控制部分原理示意图；

图3为本发明的车载高压控制系统的电流检测示意图；

图4为实施例中热管理配电回路接触器剩余寿命均衡控制方法流程图；

图5为实施例中电池加热配电回路接触器剩余寿命均衡控制方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。

车载高压控制系统高压接触器剩余寿命均衡控制方法实施例：

本发明基于回路的电流检测功能，结合接触器寿命曲线或表格(不同电流条件下接触器带载切断次数，该对应关系有多种成熟的方法获取)，开发一种接触器剩余寿命均衡控制的方法，实现对动力域接触器剩余寿命的预估。对于正负两极都有接触器控制的高压回路(如电池加热、热管理配电等情况下)，开发一种基于接触器剩余寿命监测的均衡控制方法，通过剩余寿命对比使得正负极的两个接触器实现交替工作，既能避免某一个接触器过早失效影响整车功能，又能尽量使得两个接触器使用寿命相当，减少易损件的总更换次数。

本发明的车载高压控制系统高压接触器剩余寿命均衡控制方法，适用于如下车载高压控制系统，车载高压控制系统包括电池充配电系统、电热管理配电系统及电机控制系统三大部分，带有上述高压控制系统的车载高压系统如图1所示，动力电池通过高压控制系统与各个高压负载供电连接，还通过DC/DC与车载低压系统(低压24V蓄电池)连接。

电池充配电系统：车辆动力电池输入后直接接入到该多合一动力域控制器上，每一支路电池输入正极设计有高精度电流传感器及激励熔断器。同时在主回路熔断器FUSE0与电池输入之间设计电池加热配电，在主回路熔断器后端设计直流充电回路，本处按照4支路电池输入、4支路电池加热、2路直流充电设计，实际可根据应用做相应调整。各支路电池加热正负均配置熔断器，在4路加热主回路上正负分别设计接触器K6、K7；每个充电回路正负均设计接触器K8、K9、K10、K11。在4路电池输入正负处均设计快插连接器，无需使用工具即可实现高压安全分断，直接取代传统的MSD功能，在不额外增加部件的情况下从根本上避免了电池绝缘问题后检修过程存在的误触电风险。

电机控制系统：包括主驱电机控制器、转向电机控制器、空压机电机控制器、DC/DC等，其中主驱电机控制器采用双IGBT模块并联方案，可并联后输出控制单个大功率驱动电机，也可以分别输出后控制两个小功率驱动电机，转向电机控制器及空压机电机控制器与主驱电机控制器共用预充及主回路接触器K1、K2，可节约接触器数量，降低成本。DC/DC供电直接取用，不通过接触器控制，DCDC内部设置预充电路，在主驱电机控制器接触器前端处直接接在正负母线之间，该DC/DC具备24小时唤醒功能的产品，通过休眠及唤醒控制模块实现24小时监控功能。

热管理配电系统：包括电空调配电、电除霜配电及电加热配电。三者从主回路主熔断器FUSE0前端取电，共用母线正负接触器K3、K5，由于空调压缩机正负之间有大电容，因此还设计有预充接触器K4，预充电阻与主驱电机控制器预充电阻复用，节约成本；包括电池各支路。

电空调、电除霜、电加热等热管理供电共用接触器K3、预充接触器K4和预充电阻。负极接触器K5、接触器K3、K4闭合断开及预充接收VCU/TMS指令后由主驱控制闭合断开。

车载高压控制系统的控制部分如图2所示，基于各集成部件功能与应用场景分析，对控制系统进行功能划分与组合，由于整车控制器(VCU)、热管理控制器(TMS)、换挡控制器(TCU)、电池管理控制器(BMS)等接口多、功能复杂，因此VCU+TMS+TCU+BMS控制部分深度融合为一个控制板，主控芯片采用英飞凌TC397，TCU驱动板需要散热且在应用中为少量车型选配，因此单独设计一块板。各高压配电控制、直流充电控制等由高压板实现；主驱电机控制器单独一块控制板，主控芯片采用英飞凌TC275；空压机及转向电机控制器由于功率较小，采用驱动、控制一体式设计；DCDC为单独模块；DC/DC、转向/空压机控制板、主驱电机控制板及VCU+TMS+TCU+BMS控制板之间通过内网CAN通信，VCU+TMS+TCU+BMS控制板分别通过电池内CAN、整车CAN与动力电池系统从板与车身控制模块通信。

带有车载高压控制系统的高压系统的拓扑结构如图3所示。在高压安全控制方面的设计方案主要有以下几种：

1)无传统MSD的配电设计

在4路电池输入正负处均设计快插连接器，无需使用工具即可实现高压安全分断，直接取代传统的MSD功能，在不额外增加部件的情况下从根本上避免了电池绝缘问题后检修过程的触电风险。

2)优化高压输入端子组合方式

为了提高安全性，电池4路输入正负做了针对性调整，电池输入1+、2+一组、3+、4+一组、1-、2-一组、3-、4-一组分别共用一个2Pin的快插连接器，这样可以避免在拔掉一个连接器后由于进水、异物等导致的同一个连接器上出现正负短路情况，同时开发高压互锁检测功能，用于识别电池输入连接器连接状态。

3)通过合理分流设计，减小熔断器规格

考虑到集成控制负载多、功率较大，如果将主回路熔断器(FUSE0)设置在所有负载前端的主回路上，会使得熔断器规格很大，选型困难；而系统中电池加热配电、上装配电、热管理系统配电回路本身就自带熔断器，因此将主回路熔断器设置在上述配电部分后端，通过对配电单元进行分流，即可实现在不额外增加系统部件的情况下，有效减少主熔断器(FUSE0)规格，降低成本。

4)高压回路主动分断设计

在每个电池输入支路上分别设计智能熔断器(激励熔断器)，通过在不同工况下设置不同电流大小与持续时间作为熔断触发条件，即可实现在回路电流异常时通过智能熔断器内部主动分断结构实现高压回路自动分断，避免常规熔断器、接触器在电流异常时无法主动分断导致的安全风险。

5)完善的电压电流检测

11个高压测量点，具体如图3所示的圆点VS1-VS11，电压检测VS2由主驱TC275检测，其他电压检测由低压部分(VCU+TMS+TCU+BMS)TC397处理。

另10路高压采样，分别为VS1-VS11、VS2-VS11、VS3-VS11、VS1-VS4、VS5-VS11、VS1-VS6、VS7-VS11、VS1-VS8、VS9-VS11、VS1-VS10。VS1-VS11采集电池电压，进行绝缘检测；VS2-VS11用于检测K1/K2接触器状态，主回路电量计算；VS3-VS11用于检测K3/K4接触器状态、热管理电路计算；VS1-VS4用于检测K5接触器状态；VS5-VS11用于检测K6接触器状态；VS1-VS6用于检测K7接触器状态；VS7-VS11用于检测K8接触器状态；VS1-VS8用于检测K9接触器状态；VS9-VS11用于检测K10接触器状态；VS1-VS10用于检测K11接触器状态。

21个电流采样点，具体如图3所示的三角形标识CS1-CS18、CS19、CS20和CS4’。CS4、CS4’、CS5、CS6、CS7、CS8、CS9、CS10由主驱电机控制器检测(因主驱电机控制器母线电流较大，采用两个单独的小量程电流传感器CS4、CS4’并联使用，可实现系统降本)，CS11、CS12、CS13、CS14、CS15、CS16由辅驱(转向+空压机)检测，CS17检测在DCDC模块内部，CS1、CS2、CS3、CS19三路电池输入和CS18、CS20热管理电流检测由低压板(VCU+TMS+TCU+BMS)检测。

如图4所示，以高压控制系统中热管理配电回路为例，对本发明的车载高压控制系统高压接触器剩余寿命均衡控制方法进行说明：

①热管理配电回路每次下电都由K3接触器先断开，K5后断开；

②基于CS18电流检测，进行热管理电流检测，由低压控制板中控制芯片记录K3每次断开时回路电流大小，累计记录一定时间(例如一个月)；

③结合回路接触器寿命曲线，给出K5、K3两个接触器剩余寿命预测；

④K5接触器剩余寿命与K3接触器剩余寿命做减法，得到剩余寿命偏差；

⑤如果寿命偏差未达到设定值(例如10％)，接下来一个月该回路高压下电都仍有K3接触器先断开(回到步骤①)；如果寿命偏差大于一定值后接下来一个月热管理配电回路高压下电都由K5先断开；

⑥基于CS18电流检测，由低压控制板中控制芯片记录K5每次断开时回路电流大小，累计记录一定时间(例如一个月)；

⑦结合回路接触器寿命曲线，给出K5、K3两个接触器剩余寿命预测；

⑧K3接触器剩余寿命与K5接触器剩余寿命做减法，得到剩余寿命偏差；

⑨如果寿命偏差未达到设定值(例如10％)，接下来一个月该回路高压下电都仍有K5接触器先断开(回到步骤⑥)；如果寿命偏差大于一定值后接下来一个月热管理配电回路高压下电都由K3先断开(回到步骤①)；如此循环。

如图5所示，本实施例再以电池加热配电回路为例，对本发明的车载高压控制系统高压接触器剩余寿命均衡控制方法进行说明：

①最初热管理配电回路每次下电都由K6接触器先断开，K7后断开；

②基于CS20电流检测，由低压控制板中控制芯片记录K6每次断开时回路电流大小，累计记录一定时间(例如一个月)；

③结合回路接触器寿命曲线，给出K7、K6两个接触器剩余寿命预测；

④K7接触器剩余寿命与K6接触器剩余寿命做减法，得到剩余寿命偏差；

⑤如果寿命偏差未达到设定值(例如10％)，接下来一个月该回路高压下电都仍有K6接触器先断开(回到步骤①)；如果寿命偏差大于一定值后接下来一个月热管理配电回路高压下电都由K7先断开；

⑥基于CS20电流检测，由低压控制板中控制芯片记录K7每次断开时回路电流大小，累计记录一定时间(例如一个月)；

⑦结合回路接触器寿命曲线，给出K7、K6两个接触器剩余寿命预测；

⑧K6接触器剩余寿命与K7接触器剩余寿命做减法，得到剩余寿命偏差；

⑨如果寿命偏差未达到设定值(例如10％)，接下来一个月该回路高压下电都仍有K7接触器先断开(回到步骤⑥)；如果寿命偏差大于一定值后接下来一个月热管理配电回路高压下电都由K6先断开(回到步骤①)；如此循环。

本发明的一种车载高压控制系统高压接触器剩余寿命均衡控制方法，具有以下优势：①基于回路电流检测功能，进行接触器剩余寿命监测，实现接触器剩余寿命预估；②对于正负两极都有接触器控制的高压回路(例如电池加热、热管理配电等)，开发一种基于接触器剩余寿命均衡控制方法，通过剩余寿命对比使得正负极的两个接触器实现交替工作，既能避免某一个接触器过早失效影响整车功能，又能尽量使得两个接触器使用寿命相当，减少更换总次数。

车载高压控制系统实施例；

本发明的一种车载高压控制系统，如图3所示，包括电池充配电系统、电热管理配电系统及电机控制系统三大部分，用于主要通过高压接触器实现动力电池到高压负载的供配电。本发明的车载高压控制系统执行本发明车载高压控制系统高压接触器剩余寿命均衡控制方法解决车载高压接触器寿命较短可靠性较差的问题，该均衡控制方法和对应的车载高压控制系统已在车载高压控制系统高压接触器剩余寿命均衡控制方法实施例中介绍的足够清楚，此处不再赘述。