本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車(chē)被動(dòng)安全測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種電動(dòng)汽車(chē)直流高壓母線殘余電能測(cè)量裝置及方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)完成碰撞試驗(yàn)后，需要對(duì)其高壓母線進(jìn)行電安全測(cè)試。其中，整車(chē)負(fù)載端殘余電能的測(cè)量為一個(gè)重要的考核指標(biāo)。為了測(cè)量該值，可以通過(guò)以下方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：

在已知整車(chē)標(biāo)稱電壓和負(fù)載端等效電容的情況下，利用公式(1)來(lái)計(jì)算得出整車(chē)的殘余電能。

式中：u1為整車(chē)標(biāo)稱電壓，u2為安全電壓，c為整車(chē)負(fù)載端等效電容。

公式中u1和u2為已知量，需要確定負(fù)載端等效電容c。由于該電容在整車(chē)電路中為一個(gè)等效電容值，在實(shí)際操作過(guò)程中難以確定。因此，該計(jì)算方法在實(shí)施上難以實(shí)現(xiàn)。

目前，國(guó)內(nèi)還未有關(guān)于電動(dòng)汽車(chē)碰撞后直流高壓母線殘余電能測(cè)試設(shè)備的相關(guān)文獻(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種電動(dòng)汽車(chē)直流高壓母線殘余電能測(cè)量裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)直流高壓母線負(fù)載端殘余電能的精確計(jì)算。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種電動(dòng)汽車(chē)直流高壓母線殘余電能測(cè)量裝置，包括外殼，所述外殼設(shè)有控制面板，還包括設(shè)置在外殼內(nèi)的電路板，所述電路板上集成有電子負(fù)載模塊、電氣隔離模塊、主控模塊、顯示模塊；

所述電子負(fù)載模塊連接主控模塊，用于根據(jù)輸入電壓調(diào)節(jié)負(fù)載電阻，并將電阻值反饋給主控模塊；

所述電氣隔離模塊連接主控模塊，用于將輸入的高壓電轉(zhuǎn)換為低壓信號(hào)，所述電氣隔離模塊還連接高壓母線；

所述主控模塊連接顯示模塊，用于將結(jié)果輸出顯示；

所述主控模塊還連接控制面板。

進(jìn)一步的，所述外殼上還設(shè)有

第一線纜：接電動(dòng)汽車(chē)reess高壓母線正極端；

第二線纜：接電動(dòng)汽車(chē)reess高壓母線負(fù)極端；

第三線纜：接電動(dòng)汽車(chē)電底盤(pán)；

數(shù)據(jù)采集接口：與數(shù)據(jù)采集設(shè)備連接，用于記錄碰撞后vb,v1,v2三個(gè)值；

5伏充電接口：用于給設(shè)備充電，供內(nèi)部電路和顯示屏使用；

斷電指示燈：用于判斷試驗(yàn)后高壓電系統(tǒng)是否斷電；

觸發(fā)接口：殘余電能測(cè)試觸發(fā)開(kāi)關(guān)，即碰撞0時(shí)刻信號(hào)。

進(jìn)一步的，所述主控模塊采用單片機(jī)主控模塊，所述單片機(jī)主控模塊采用16位單片機(jī)，內(nèi)含ad模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，輸入、輸出控制模塊，數(shù)據(jù)通訊模塊和運(yùn)算處理模塊。

進(jìn)一步的，所述電子負(fù)載模塊采用mosfet器件，該器件用作控制短路測(cè)試電流的大小，根據(jù)短路電壓的大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)短路電阻的大小。

進(jìn)一步的，所述隔離模塊采用光隔離放大器器件或電磁隔離放大器器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)電子負(fù)載本身與控制電子負(fù)載的單片機(jī)之間的物理隔離。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的一種電動(dòng)汽車(chē)直流高壓母線殘余電能測(cè)量裝置具有以下優(yōu)勢(shì)：

(1)本發(fā)明提供了一種針對(duì)具有試驗(yàn)后自動(dòng)斷電的電動(dòng)汽車(chē)的安全測(cè)試設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)直流高壓母線負(fù)載端殘余電能的精確測(cè)量；

(2)本發(fā)明使用的放電電阻采用了安全隔離控制的動(dòng)態(tài)可變電阻，殘余電能的測(cè)量結(jié)果更符合實(shí)際情況，測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確。

本發(fā)明的另一目的在于提出一種利用上述電動(dòng)汽車(chē)直流高壓母線殘余電能裝置測(cè)量的方法，通過(guò)測(cè)量殘余電能測(cè)量裝置內(nèi)電子負(fù)載模塊中的放電電阻兩端的電壓計(jì)算得到殘余電能。

進(jìn)一步的，計(jì)算公式如下

式中：u為放電電阻兩端電壓，t1為放電電阻接入時(shí)刻，t2為放電結(jié)束時(shí)刻，r為放電電阻。

進(jìn)一步的，所述放電電阻為動(dòng)態(tài)可變電阻。

本發(fā)明所述的利用上述電動(dòng)汽車(chē)直流高壓母線殘余電能裝置測(cè)量的方法與上述一種電動(dòng)汽車(chē)直流高壓母線殘余電能測(cè)量裝置具有相同的有益效果，在此不再贅述。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所述的一種電動(dòng)汽車(chē)直流高壓母線殘余電能測(cè)量裝置的設(shè)備線路連接圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例所述的控制面板的示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例所述的單片機(jī)主控模塊的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例所述的電子負(fù)載模塊的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例所述的電子負(fù)載模塊的核心部分電路結(jié)構(gòu)圖

圖6為本發(fā)明實(shí)施例所述的電磁式的隔離器件的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例所述的光電方式隔離器件的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例所述的顯示模塊的電路結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說(shuō)明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。

在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以通過(guò)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。

本發(fā)明為解決對(duì)帶有自動(dòng)斷電功能的電動(dòng)汽車(chē)在完成碰撞試驗(yàn)后，可對(duì)其負(fù)載端殘余電能進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，并根據(jù)gb/t31498-2015中給出的電能要求，自動(dòng)判定測(cè)試車(chē)輛是否滿足法規(guī)要求。

本發(fā)明提供一種電動(dòng)汽車(chē)直流高壓母線殘余電能測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置主要利用了動(dòng)態(tài)電子負(fù)載放電積分電路，其特點(diǎn)在于單片機(jī)mcu對(duì)高壓母線電壓和短路電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，然后通過(guò)算法實(shí)時(shí)調(diào)整mosfet器件導(dǎo)通電阻的大小，以保證積分電路計(jì)算的精確性。另外，該裝置可對(duì)測(cè)量得到的殘余電能通過(guò)液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示。除此之外，還可根據(jù)使用的需求實(shí)現(xiàn)對(duì)積分放電測(cè)量起始時(shí)間點(diǎn)和結(jié)束時(shí)間點(diǎn)的控制。

裝置主要由5部分組成，包括控制面板和接口部分、主控模塊、電子負(fù)載模塊、電氣隔離模塊和顯示模塊，面板和接口提供了駁接高壓母線的安全接口，駁接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的可靠接口，以及控制開(kāi)關(guān)，指示燈和顯示屏等用于人機(jī)交互的界面。使用者在面板上接線，操作和查看結(jié)果。電子負(fù)載模塊負(fù)責(zé)電能測(cè)試中的短路操作和電流積分計(jì)算操作。電氣隔離模塊用于隔離測(cè)試車(chē)輛的高壓系統(tǒng)和設(shè)備，保證操作者、儀器本身以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的安全。顯示模塊用于人機(jī)交互和測(cè)試結(jié)果的顯示。主控模塊是整個(gè)設(shè)備的核心，負(fù)責(zé)絕緣電阻測(cè)量和電流積分算法的實(shí)現(xiàn)，另外，通過(guò)接收各控制開(kāi)關(guān)的信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制策略。設(shè)備連接圖如圖1所示。

測(cè)量裝置的控制面板如圖2所示，各接口功能如下：

第一線纜：接電動(dòng)汽車(chē)reess高壓母線正極端。

第二線纜：接電動(dòng)汽車(chē)reess高壓母線負(fù)極端。

第三線纜：接電動(dòng)汽車(chē)電底盤(pán)(車(chē)架)。

數(shù)采接口：與數(shù)采設(shè)備連接，用于記錄碰撞后vb,v1,v2三個(gè)值。

5伏充電接口：用于給設(shè)備充電，供內(nèi)部電路和顯示屏使用。

斷電指示燈：用于判斷試驗(yàn)后高壓電系統(tǒng)是否斷電。

觸發(fā)接口：殘余電能測(cè)試觸發(fā)開(kāi)關(guān)，即碰撞0時(shí)刻信號(hào)。

操作和顯示面板設(shè)計(jì)以安全，方便為設(shè)計(jì)宗旨。面板上可以對(duì)電動(dòng)汽車(chē)高壓母線的vb,v1和v2的值進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，便于操作人員的觀察和記錄。線纜的接口設(shè)計(jì)方面，也以安全和方便為設(shè)計(jì)宗旨。對(duì)于高壓線纜的接口部分，采用了航空連接器，并具有防誤觸電和接口反接的設(shè)計(jì)。

圖3為主控模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)主控模塊采用16位單片機(jī)，內(nèi)含ad模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，輸入、輸出控制模塊，數(shù)據(jù)通訊模塊和運(yùn)算處理模塊。該模塊利用單片機(jī)mcu實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓母線電壓和短路電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并通過(guò)算法實(shí)時(shí)調(diào)整mosfet器件導(dǎo)通電阻的大小。另外，實(shí)現(xiàn)對(duì)采樣電流和采樣電壓的ad轉(zhuǎn)換，以及對(duì)殘余電能的積分運(yùn)算。

圖4為電子負(fù)載模塊：該模塊是一種可用于高電壓大動(dòng)態(tài)范圍安全隔離控制的動(dòng)態(tài)電子負(fù)載。電子負(fù)載由vds高達(dá)1000v的高壓mosfet實(shí)現(xiàn)。通過(guò)單片機(jī)以隔離電壓控制的方式實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)控制其柵源vgs極間電壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)通電阻大小的調(diào)整。電子負(fù)載模塊采用mosfet器件，該器件用作控制短路測(cè)試電流的大小。根據(jù)短路電壓的大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)短路電阻的大小。防止出現(xiàn)短路電流過(guò)大或過(guò)小的情況，從而提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。mosfet器件采用irf高壓mos管irfpg42,該器件的最大工作電壓為1000v。圖5為電子負(fù)載模塊核心部分電路圖。vref接主控模塊的da數(shù)模單元。

隔離模塊采用光隔離放大器器件或電磁隔離放大器器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)電子負(fù)載本身與控制電子負(fù)載的單片機(jī)之間的物理隔離。隔離模塊在本設(shè)備中非常重要，一方面可以保證測(cè)試人員的安全，另一方面也可以保護(hù)其它模塊和設(shè)備不會(huì)被高壓損壞。設(shè)備中分別運(yùn)用了電磁式的隔離器件ad201和光電方式的隔離器件avagoacpl-c870，直流高壓經(jīng)過(guò)電阻分壓電路的分壓后，由隔離器件傳送到設(shè)備的其它模塊，并在光隔離屏障的另一端產(chǎn)生正比于輸入電壓的差分輸出電壓，該電壓值為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供信號(hào)。電磁隔離方式的特點(diǎn)是可調(diào)節(jié)的輸入電壓范圍廣，用于電子負(fù)載的控制端隔離。光電隔離方式的特點(diǎn)是器件的體積小，且抗干擾性強(qiáng)，用于高壓分壓的隔離端。圖6和圖7分別為電磁隔離器件和光電方式隔離器件avagoacpl-c870的結(jié)構(gòu)圖。

圖8為顯示模塊：該模塊可實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓母線電壓vb、v1和v2的實(shí)時(shí)顯示。另外，也可以顯示殘余電能的測(cè)試結(jié)果。顯示模塊由3塊3位半帶符號(hào)led紅色顯示屏，和一塊128x64點(diǎn)陣的oled顯示屏組成。led的紅色顯示屏用于對(duì)vb,v1和v2的實(shí)時(shí)顯示。oled顯示屏用于對(duì)計(jì)算結(jié)果的顯示。3位半的led顯示屏采用icl7107通過(guò)io驅(qū)動(dòng)。128x64點(diǎn)陣的oled屏采用spi的方式驅(qū)動(dòng)。

在測(cè)量過(guò)程中，電動(dòng)汽車(chē)的高壓母線和接地線通過(guò)面板上的航空插頭接入設(shè)備，同時(shí)在面板上設(shè)計(jì)相應(yīng)接口，便于兆歐表的測(cè)量。當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)生碰撞時(shí)，由觸發(fā)開(kāi)關(guān)連接設(shè)備，為測(cè)試設(shè)備的計(jì)算提供碰撞零時(shí)刻。高壓電池包的正、負(fù)極和電底盤(pán)接入設(shè)備后，會(huì)經(jīng)過(guò)以下3個(gè)部分。

一，利用精密電阻的分壓和光電方式的安全隔離，獲得1/500的vb,v1,v2的安全電壓分量(vb為高壓電池的正負(fù)極電壓，v1為高壓電池的負(fù)極端對(duì)電底盤(pán)電壓，v2為高壓電池的正極端對(duì)電底盤(pán)電壓，以下簡(jiǎn)稱vb,v1,v2)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過(guò)顯示屏對(duì)3個(gè)電壓值進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；

二，通過(guò)電子開(kāi)關(guān)，連接到由單片機(jī)控制的電子負(fù)載模塊上，當(dāng)單片機(jī)接收到碰撞后的零時(shí)刻時(shí)，控制相關(guān)電路進(jìn)行殘余電能的積分放電測(cè)試；

三，通過(guò)電子開(kāi)關(guān)的切換，在電路中接入一個(gè)已知電阻r，由單片機(jī)記錄接入電阻r后的電壓值，并利用量表法計(jì)算絕緣電阻。

當(dāng)面板上的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)為‘測(cè)量絕緣系數(shù)’，并按下測(cè)試按鈕時(shí)，設(shè)備會(huì)自動(dòng)將已知電阻r分別接入高壓電池正極端與電平臺(tái)(黃色指示燈亮)，高壓電池負(fù)極端與電平臺(tái)(綠色指示燈亮)。此時(shí)v1和v2會(huì)發(fā)生變化，分別得到v1’和v2’。得到相應(yīng)的電壓值后，設(shè)備會(huì)自動(dòng)記錄，并帶入公式計(jì)算，并將絕緣電阻的測(cè)試結(jié)果顯示到顯示屏，此時(shí)的單位為ω/v。當(dāng)面板上的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)為‘測(cè)量電能’時(shí)，在發(fā)生碰撞后，設(shè)備會(huì)按照設(shè)置的要求，在到達(dá)規(guī)定的時(shí)間后，由單片機(jī)控制電子負(fù)載進(jìn)行積分放電測(cè)試。最終，殘余電能的測(cè)試結(jié)果會(huì)顯示在顯示屏上，單位為焦耳。在設(shè)備的整個(gè)測(cè)試和計(jì)算過(guò)程中，vb,v1和v2均通過(guò)顯示屏實(shí)時(shí)顯示。碰撞結(jié)束后，若電動(dòng)汽車(chē)的高壓電系統(tǒng)帶有自動(dòng)斷電功能，為了測(cè)量車(chē)輛負(fù)載端的絕緣電阻，可以利用兆歐表通過(guò)面板上的接口，分別測(cè)量高壓母線正、負(fù)極與電平臺(tái)之間的絕緣阻值。

碰撞試驗(yàn)完成后，將該測(cè)量裝置連接電動(dòng)汽車(chē)高壓母線，通過(guò)測(cè)量放電電阻兩端的電壓和放電電流，然后利用公式(1)來(lái)計(jì)算得出整車(chē)的殘余電能。

式中：u為放電電阻兩端電壓，i為放電電流，t1為放電電阻接入時(shí)刻，t2為放電結(jié)束時(shí)刻。

通過(guò)公式換算，公式(1)可以等效為公式(2)。

由公式(2)可知，整車(chē)的殘余電能可以通過(guò)測(cè)量放電電阻兩端的電壓來(lái)計(jì)算得到。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。