《一種用於電動汽車的高壓泄漏保護電路及其控制方法》是合肥巨一動力系統有限公司於2016年4月20日申請的發明專利，該專利申請號為2016102489948，公布號為CN105730244A，專利公布日為2016年7月6日，發明人是劉蕾、王體偉、唐旗。
《一種用於電動汽車的高壓泄漏保護電路及其控制方法》所述方法解決了高壓泄露保護無法滿足電動汽車使用需要的缺陷。該發明中高壓檢測模組的輸入端與被監測組件的輸出端相連，高壓檢測模組的檢測信號輸出端與FPGA模組的檢測信號輸入端相連，FPGA模組的控制信號輸出端與高壓保護模組的信號輸入端相連，FPGA模組的CAN通信接口與通信模組的CAN通信接口相連，高壓保護模組串接在車體高壓電源與DC?DC電源模組的傳輸電路上。該發明能夠及時有效的檢測到高壓泄漏，並在檢測到高壓泄漏危害時快速的執行保護方案。
2019年5月16日，《一種用於電動汽車的高壓泄漏保護電路及其控制方法》獲得安徽省第六屆專利獎優秀獎。
（概述圖為《一種用於電動汽車的高壓泄漏保護電路及其控制方法》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種用於電動汽車的高壓泄漏保護電路及其控制方法
- 公布號：CN105730244A
- 公布日：2016年7月6日
- 申請號：2016102489948
- 申請日：2016年4月20日
- 申請人：合肥巨一動力系統有限公司
- 地址：安徽省合肥市包河工業區上海路東大連路北
- 發明人：劉蕾、王體偉、唐旗
- 代理機構：合肥天明專利事務所
- 代理人：張祥騫; 奚華保
- Int.Cl.：B60L3/04(2006.01)I、H02H3/04(2006.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
截至2016年4月，對於電動汽車的安全考慮仍舊有很多欠缺，很多還是基於傳統燃油車設計的安全方案，並沒有結合電動汽車的一些獨有的特性設計新的安全方案。特別是電動汽車的動力來源採用高壓電池驅動方案的電池，其電壓普遍高於200伏，對於採用高壓驅動的電動車，高壓就是一種新的獨有的特性，應對這種特性加以考慮，一旦出現高壓泄漏將會引起嚴重的安全危害或致使設備損壞。特別是由於車內結構設計密集，在車輛長期使用過程中，原有的高壓電絕緣層可能由於螺絲脫落、絕緣層缺失等多種原因，導致產生高壓泄漏時，高壓電通過機體外殼之間進行傳輸，即非原電路連線方式的傳輸。此種高壓泄露極其危險，極有可能對駕駛者造成致命傷害。
截至2016年4月，並沒有切實有效的高壓泄漏保護方案，僅有的也是基於檢測高壓漏電流的方案，採用這種方案系統回響較慢。因為當檢測到高壓漏電流時，高壓危害已經產生了，這時系統僅僅才開始檢測到高壓泄漏，再加上系統回響時間和保護動作時間，這樣的方案保護能力有限。並且傳統的高壓保護方案僅是單獨的切除高壓，使設備不能工作，並不能及時有效的通知整車或其他系統發生了高壓泄漏故障，不適用於電動汽車的高壓監測使用。因此，如何開發出一種用於電動汽車的高壓泄露監測裝置已經成為急需解決的技術問題。
發明內容
專利目的
《一種用於電動汽車的高壓泄漏保護電路及其控制方法》的目的是為了解決2016年4月之前的技術中高壓泄露保護無法滿足電動汽車使用需要的缺陷，提供一種用於電動汽車的高壓泄漏保護電路及其控制方法來解決上述問題。
技術方案
《一種用於電動汽車的高壓泄漏保護電路及其控制方法》包括被監測組件、DC-DC電源模組、通信模組和FPGA模組，車體高壓電源的輸出端與DC-DC電源模組的輸入端相連，還包括高壓檢測模組和高壓保護模組，所述高壓檢測模組的輸入端與被監測組件的輸出端相連，高壓檢測模組的檢測信號輸出端與FPGA模組的檢測信號輸入端相連，FPGA模組的控制信號輸出端與高壓保護模組的控制信號輸入端相連，FPGA模組的CAN通信接口與通信模組的CAN通信接口相連，高壓保護模組串接在車體高壓電源與DC-DC電源模組的傳輸電路上。
所述的高壓檢測模組包括儲能電容C1和穩壓管D1，被監測組件依次串接儲能電容C1、分壓電阻R4和分壓電阻R5後接地，穩壓管D1的負極並接在分壓電阻R4和分壓電阻R5之間，穩壓管D1的正極接地，光耦U1的陽極並接在分壓電阻R4和分壓電阻R5之間，光耦U1的陰極通過下拉電阻R6接地，光耦U1的集電極接供電正極+OUT，光耦U1的發射極與FPGA模組的檢測信號輸入端相接，下拉電阻R7的一端並接在光耦U1的發射極上，下拉電阻R7的另一端接地。
所述的高壓保護模組包括三極體Q1和絕緣柵雙極型電晶體Q2，FPGA模組的控制信號輸出端串接電阻R1後接在三極體Q1的基極上，電阻R2的一端接在三極體Q1的集電極上，電阻R2的另一端接供電正極+OUT，三極體Q1的發射極通過電阻R3接地，絕緣柵雙極型電晶體Q2的棚極並接在三極體Q1的發射極上，絕緣柵雙極型電晶體Q2的集電極和發射極串接在車體高壓電源與DC-DC電源模組的正極傳輸電路上。
所述高壓檢測模組的電源供應端、高壓保護模組的電源供應端和通信模組的電源供應端均並接在DC-DC電源模組上。
還包括DC-DC備用模組，DC-DC備用模組的輸入端並接在被監測組件與儲能電容C1之間，DC-DC備用模組的輸出端分別並接在通信模組的電源供應端和FPGA模組的電源供應端上。
一種用於電動汽車的高壓泄漏保護電路的控制方法，包括以下步驟：
高壓泄漏監測，高壓檢測模組實時獲取被監測組件輸出的電壓值，轉化成高壓檢測信號，並傳輸給FPGA模組；
時間閾值對比，FPGA模組將接收到高壓檢測信號的時間長度與自身保存的時間閾值進行對比，若未超出時間閾值，則FPGA模組向高壓保護模組輸出高電平信號；若超出時間閾值，則FPGA模組向高壓保護模組輸出低電平信號；
高壓泄漏保護，高壓保護模組的三極體Q1接收FPGA模組傳送來的低電平信號，三極體Q1斷路致使絕緣柵雙極型電晶體Q2斷路，將車體高壓電源與DC-DC電源模組的正極傳輸電路斷開；泄漏信息的報警，DC-DC備用模組獲得儲能電容C1內的存儲電量，DC-DC備用模組將電源供給通信模組和FPGA模組，FPGA模組控制通信模組發出報警信息。
改善效果
《一種用於電動汽車的高壓泄漏保護電路及其控制方法》與2016年4月之前的技術相比能夠及時有效的檢測到高壓泄漏，並在檢測到高壓泄漏危害時快速的執行保護方案，減少、避免高壓泄漏帶來的危害。該發明實現了高壓泄漏的快速檢測與保護，可以在高壓泄漏時及時保護人身和設備安全，增強了系統的穩定性，減小了系統體積。具有快速、安全可靠、體積小的特點。
附圖說明
圖1為《一種用於電動汽車的高壓泄漏保護電路及其控制方法》的電路連線結構框圖；
圖2為該發明中高壓保護模組的電路連線圖；
圖3為該發明中高壓檢測模組的電路連線圖；
圖4為該發明中所述控制方法的流程圖；
其中，1-高壓檢測模組、2-高壓保護模組、3-DC-DC備用模組、4-DC-DC電源模組、5-通信模組、6-FPGA模組、7-被監測組件、8-車體高壓電源。
技術領域
《一種用於電動汽車的高壓泄漏保護電路及其控制方法》涉及高壓保護電路技術領域，具體來說是一種用於電動汽車的高壓泄漏保護電路及其控制方法。
權利要求
1.《一種用於電動汽車的高壓泄漏保護電路及其控制方法》包括被監測組件（7）、DC-DC電源模組（4）、通信模組（5）和FPGA模組（6），車體高壓電源（8）的輸出端與DC-DC電源模組（4）的輸入端相連，其特徵在於：還包括高壓檢測模組（1）和高壓保護模組（2），所述高壓檢測模組（1）的輸入端與被監測組件（7）的輸出端相連，高壓檢測模組（1）的檢測信號輸出端與FPGA模組（6）的檢測信號輸入端相連，FPGA模組（6）的控制信號輸出端與高壓保護模組（2）的控制信號輸入端相連，FPGA模組（6）的CAN通信接口與通信模組（5）的CAN通信接口相連，高壓保護模組（2）串接在車體高壓電源（8）與DC-DC電源模組（4）的傳輸電路上；所述的高壓檢測模組（1）包括儲能電容C1和穩壓管D1，被監測組件（7）依次串接儲能電容C1、分壓電阻R4和分壓電阻R5後接地，穩壓管D1的負極並接在分壓電阻R4和分壓電阻R5之間，穩壓管D1的正極接地，光耦U1的陽極並接在分壓電阻R4和分壓電阻R5之間，光耦U1的陰極通過下拉電阻R6接地，光耦U1的集電極接供電正極+OUT，光耦U1的發射極與FPGA模組（6）的檢測信號輸入端相接，下拉電阻R7的一端並接在光耦U1的發射極上，下拉電阻R7的另一端接地。
2.根據權利要求1所述的一種用於電動汽車的高壓泄漏保護電路，其特徵在於：所述的高壓保護模組（2）包括三極體Q1和絕緣柵雙極型電晶體Q2，FPGA模組（6）的控制信號輸出端串接電阻R1後接在三極體Q1的基極上，電阻R2的一端接在三極體Q1的集電極上，電阻R2的另一端接供電正極+OUT，三極體Q1的發射極通過電阻R3接地，絕緣柵雙極型電晶體Q2的棚極並接在三極體Q1的發射極上，絕緣柵雙極型電晶體Q2的集電極和發射極串接在車體高壓電源（8）與DC-DC電源模組（4）的正極傳輸電路上。
3.根據權利要求1所述的一種用於電動汽車的高壓泄漏保護電路，其特徵在於：所述高壓檢測模組（1）的電源供應端、高壓保護模組（2）的電源供應端和通信模組（5）的電源供應端均並接在DC-DC電源模組（4）上。
4.根據權利要求1所述的一種用於電動汽車的高壓泄漏保護電路，其特徵在於：還包括DC-DC備用模組（3），DC-DC備用模組（3）的輸入端並接在被監測組件（7）與儲能電容C1之間，DC-DC備用模組（3）的輸出端分別並接在通信模組（5）的電源供應端和FPGA模組（6）的電源供應端上。
5.根據權利要求4所述的一種用於電動汽車的高壓泄漏保護電路的控制方法，其特徵在於，包括以下步驟：51）高壓泄漏監測，高壓檢測模組（1）實時獲取被監測組件（7）輸出的電壓值，轉化成高壓檢測信號，並傳輸給FPGA模組（6）；52）時間閾值對比，FPGA模組（6）將接收到高壓檢測信號的時間長度與自身保存的時間閾值進行對比，若未超出時間閾值，則FPGA模組（6）向高壓保護模組（2）輸出高電平信號；若超出時間閾值，則FPGA模組（6）向高壓保護模組（2）輸出低電平信號；53）高壓泄漏保護，高壓保護模組（2）的三極體Q1接收FPGA模組（6）傳送來的低電平信號，三極體Q1斷路致使絕緣柵雙極型電晶體Q2斷路，將車體高壓電源（8）與DC-DC電源模組（4）的正極傳輸電路斷開；54）泄漏信息的報警，DC-DC備用模組（3）獲得儲能電容C1內的存儲電量，DC-DC備用模組（3）將電源供給通信模組（5）和FPGA模組（6），FPGA模組（6）控制通信模組（5）發出報警信息。
實施方式
如圖1所示，《一種用於電動汽車的高壓泄漏保護電路及其控制方法》所述的一種用於電動汽車的高壓泄漏保護電路，包括被監測組件7、DC-DC電源模組4、通信模組5和FPGA模組6，被監測組件7為實際套用中需要進行高壓泄漏保護的部件，如電動汽車的控制器，當然也可以為其他關鍵部件。DC-DC電源模組4為保護電路和被監測組件7的供電裝置，為其提供電源供應，而DC-DC電源模組4則從電動汽車上的車體高壓電源8接收電量，即車體高壓電源8的輸出端與DC-DC電源模組4的輸入端相連，通過斷開DC-DC電源模組4和車體高壓電源8之間的電源通路，可以斷開整車的高壓電輸出。通信模組5和FPGA模組6為2016年4月之前的技術中的常用模組，通信模組用於對外傳送報警信息，FPGA模組6用於進行高壓持續時間閾值對比，以確定電動汽車是否產生高壓泄漏。
高壓檢測模組1用於進行高壓檢測，高壓保護模組2用於在出現高壓情況下斷開高壓電，保護電子元器件和駕乘人員的安全。高壓檢測模組1的輸入端與被監測組件7的輸出端相連，被監測組件7的電量數據直接傳遞給高壓檢測模組1。高壓檢測模組1的檢測信號輸出端與FPGA模組6的檢測信號輸入端相連，為了防止高壓靜電誤報警，高壓檢測模組1檢測出的高壓信號發給FPGA模組6進行高壓泄漏時間的對比，若高壓持續產生時間超過FPGA模組6內的閾值時間，則說明當前高壓泄漏為真實泄漏；若高壓持續產生時間低於FPGA模組6內的閾值時間，則說明當前高壓泄漏為高壓靜電，無需報警處理。
如圖3所示，高壓檢測模組1包括儲能電容C1和穩壓管D1，儲能電容C1用於儲存電量，在斷電情況下還能給DC-DC備用模組3進行供電。被監測組件7依次串接儲能電容C1、分壓電阻R4和分壓電阻R5後接地，穩壓管D1的負極並接在分壓電阻R4和分壓電阻R5之間，穩壓管D1的正極接地，穩壓管D1用於在遇到高壓泄漏情況時，從被監測組件7接受的高壓在高壓檢測模組1上呈緩慢上升的變化趨勢，防止被監測組件7受到高壓泄漏時，電壓急劇上升，打破其他元器件情況的出現。光耦U1的陽極並接在分壓電阻R4和分壓電阻R5之間，被監測組件7傳出的電壓（高壓）經分壓電阻R4和分壓電阻R5按其相應的電阻值進行分壓後傳至光耦U1。光耦U1的陰極通過下拉電阻R6接地，光耦U1的集電極接供電正極+OUT，下拉電阻R7的一端並接在光耦U1的發射極上，下拉電阻R7的另一端接地。光耦U1的發射極與FPGA模組6的檢測信號輸入端相接，當被監測組件7上電壓正常時，光耦U1不導通，光耦U1不向FPGA模組6傳送信號；當被監測組件7上電壓超過正常值時，光耦U1導通，光耦U1不向FPGA模組6傳送高電平信號，待FPGA模組6進行高壓持續時間核實後再確定是否進行觸發高壓保護模組2。 FPGA模組6的控制信號輸出端與高壓保護模組2的控制信號輸入端相連，FPGA模組6的CAN通信接口與通信模組5的CAN通信接口相連，，當FPGA模組6監測高壓持續時間超過其內的時間閾值後，則觸發高壓保護模組2進行電路保護。高壓保護模組2串接在車體高壓電源8與DC-DC電源模組4的傳輸電路上，斷開車體高壓電源8與DC-DC電源模組4的傳輸電路，並觸發通信模組5對外報警。如圖2所示，高壓保護模組2包括三極體Q1和絕緣柵雙極型電晶體Q2。FPGA模組6的控制信號輸出端串接電阻R1後接在三極體Q1的基極上，電阻R2的一端接在三極體Q1的集電極上，電阻R2的另一端接供電正極+OUT，三極體Q1的發射極通過電阻R3接地。絕緣柵雙極型電晶體Q2的棚極並接在三極體Q1的發射極上，絕緣柵雙極型電晶體Q2的集電極和發射極串接在車體高壓電源8與DC-DC電源模組4的正極傳輸電路上。FPGA模組6在正常狀態下，FPGA模組6輸出高電平時，三極體Q1導通，則三極體Q1也輸出高電平，此時絕緣柵雙極型電晶體Q2導通，車體高壓電源8與DC-DC電源模組4之間的電源連線導通，整個設備運作正常。FPGA模組6在超壓（高壓泄漏）狀態下，FPGA模組6輸出低電平時，三極體Q1截止，則三極體Q1也輸出低電平，此時絕緣柵雙極型電晶體Q2截止，車體高壓電源8與DC-DC電源模組4之間的電源連線截止，車體高壓電源8斷開對整車的高壓供電。
為了便於對其他元器件的保護，高壓檢測模組1的電源供應端、高壓保護模組2的電源供應端和通信模組5的電源供應端均並接在DC-DC電源模組4上，可以在高壓泄漏出現時，對高壓檢測模組1、高壓保護模組2和通信模組5自身起到保護作用。但在對以上元器件進行斷電保護的同時，通信模組5或FPGA模組6也斷電，無法保證能及時對外報警，因此在此還可以包括DC-DC備用模組3。DC-DC備用模組3的輸入端並接在被監測組件7與儲能電容C1之間，DC-DC備用模組3的輸出端分別並接在通信模組5的電源供應端和FPGA模組6的電源供應端上。當出現高壓泄漏時，整個高壓電源全部斷開，此時儲存在儲能電容C1內的電量供給DC-DC備用模組3，使得DC-DC備用模組3在少量的儲能電容C1內的電能供應下給通信模組5和FPGA模組6進行供電，使得報警信息可以對外輸出。
如圖4所示，在此還提供一種用於電動汽車的高壓泄漏保護電路的控制方法，包括以下步驟：
第一步，高壓泄漏監測。高壓檢測模組1實時獲取被監測組件7輸出的電壓值，轉化成高壓檢測信號，並傳輸給FPGA模組6，以供FPGA模組6判斷是否為真實地高壓泄漏。 第二步，閾值對比。FPGA模組6將接收到高壓檢測信號的持續時間與自身保存的時間閾值進行對比，若未超出閾值，則說明當時短暫的高壓檢測信號輸出只是靜電或其他影響因素，並非高壓泄漏，FPGA模組6向高壓保護模組2輸出高電平信號。由於FPGA模組6向高壓保護模組2輸出高電平信號，因此高壓保護模組2處於導通狀態，車體高壓電源8與DC-DC電源模組4之間的電源處於導通狀態。若超出時間閾值，則說明當前的高壓檢測信號輸出確實為高壓泄漏，FPGA模組6向高壓保護模組2輸出低電平信號，觸發高壓保護模組2進行高壓斷電隔離保護。
第三步，高壓泄漏保護。高壓保護模組2的三極體Q1接收FPGA模組6傳送來的低電平信號，三極體Q1斷路致使絕緣柵雙極型電晶體Q2斷路，將車體高壓電源8與DC-DC電源模組4的正極傳輸電路斷開，此時整車電源斷開。
第四步，泄漏信息的報警。DC-DC備用模組3獲得儲能電容C1內的存儲電量，DC-DC備用模組3將電源供給通信模組5和FPGA模組6，FPGA模組6控制通信模組5發出報警信息，提供使用者當前出現高壓泄漏。
榮譽表彰
2019年5月16日，《一種用於電動汽車的高壓泄漏保護電路及其控制方法》獲得安徽省第六屆專利獎優秀獎。
