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一种电动汽车用动力系统域控制器

阅读：262发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种电动汽车用动力系统域控制器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开一种电动汽车用动力系统域控制器，主要是将电动汽车整车控制器和电池管理控制器集成为一体，该控制器包括主控芯片、集成驱动芯片、电机 H桥驱动芯片及电动汽车整车控制所需的硬件接口，包括五路CAN通讯接口、充电信号检测接口及继电器驱动控制引脚、三极管驱动控制引脚和电机H桥驱动芯片等；主控芯片上集成有5V模拟量采集通道、12V模拟量采集通道、温度采集通道和高/低数字量采集通道等。该控制器涵盖了电动汽车整车控制所需的全部硬件功能和电池管理所需的硬件信号检测功能。该域控制器为一款成本相对更低、性能更加优化、资源利用率更大的高度集成化的动力系统域控制器。(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利，下面是一种电动汽车用动力系统域控制器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种电动汽车用动力系统域控制器，其特征在于，将电动汽车整车控制器和电池管理控制器集成为一体，包括主控芯片和集成驱动芯片和电机H桥驱动芯片；
所述主控芯片和集成驱动芯片和电机H桥驱动芯片上集成有电动汽车整车控制所需的硬件接口；
所述硬件接口包括充电枪连接信号接口、充电枪脉冲信号接口、五路CAN通讯接口、钥匙信号接口、踏板信号接口、档位信号接口、充电信号检测接口；
所述主控芯片上还集成有5V模拟量采集通道、12V模拟量采集通道、温度采集通道、高/低数字量采集通道、RTC模块、Flash模块和车辆端的接口；
所述集成驱动芯片集成有继电器驱动控制引脚和三极管驱动控制引脚。
2.根据权利要求1所述电动汽车用动力系统域控制器，其特征在于，所述5V模拟量采集通道由所述主控芯片的ADC模块和模拟信号调理电路中的5V分压板级调理电路共同完成信号的输入采集；所述5V模拟量采集通道连接加速踏板开度信号输出端、制动踏板开度传感器信号输出端，以完成踏板开度采集，连接真空泵压力传感器信号输出端、大气压力传感器信号输出端，以获取制动罐和大气压力值，完成制动系统的控制；
所述12V模拟量采集通道由主控芯片的ADC模块和模拟信号调理电路中的12V分压板级调理电路共同完成信号的输入采集；所述12V模拟量采集通道连接鼓风机风量信号输出端、风门开度信号输出端，以获取驾驶室送风系统的当前状态，实现散热及送风风扇控制策略；
所述温度采集通道由主控芯片的ADC模块和模拟信号调理电路中的电阻分压板级调理电路共同完成信号的输入采集；所述温度采集通道连接到环境温度热敏电阻的正极端、空调蒸发器温度热敏电阻的正极端和PTC温度热敏电阻的正极端，读取车辆空调暖风系统温度，实现车身空调及暖风控制策略；其中，所述热敏电阻负极端接地；
所述高/低数字量采集通道由主控芯片的GPIO驱动模块和数字量分压板级调理电路共同完成信号的输入采集；所述高/低数字量采集通道连接档位的信号输出端、钥匙点火信号输出端、暖风开关信号输出端、空调开关信号输出端、制动开关信号输出端和行驶模式信号输出端，用以完成来自驾驶员的输入控制请求信号的采集。
3.根据权利要求1所述电动汽车用动力系统域控制器，其特征在于，所述电机H桥驱动芯片采用TLE9201 电子锁驱动芯片，所述主控芯片通过其内部SPI驱动模块1与所述TLE9201电子锁驱动芯片通讯；
所述RTC模块与所述主控芯片以SPI方式通讯，所述主控芯片利用其内部SPI驱动模块2模块获取RTC模块当前的时间信息，用于完成电池SOC估算和电池包采集信息的时间记录；
所述Flash模块与所述主控芯片以SPI方式通讯，用于电池包信息存储功能，所述主控芯片利用其内部SPI驱动模块3模块实现Flash模块数据的读取和写入，所述Flash存储容量配置为128M；
所述主控芯片利用其SPI驱动模块4向所述集成驱动芯片发送控制命令并回读集成驱动芯片的执行状态和故障信息；
所述主控芯片利用其SPI驱动模块4向所述集成驱动芯片发送配置寄存器命令并回读集成驱动芯片的执行状态和看门狗状态，完成电源管理和监控的功能。
4.根据权利要求1所述电动汽车用动力系统域控制器，其特征在于，所述充电枪连接信号接口和充电枪脉冲信号接口实现充电枪连接信号和充电枪脉冲信号的激活及检测，从而满足车辆启动激活和充电激活的功能。
5.根据权利要求1所述电动汽车用动力系统域控制器，其特征在于，所述五路CAN通讯接口用于连接充电CAN网络、子板通讯CAN网络以及三路整车CAN通讯网络，其中三路整车CAN通讯网络中有一路支持CAN-FD功能,一路支持CAN激活；
所述五路CAN通讯接口中的子板通讯CAN接口获取电池包的参数信息，至少包括单体电压和电池包节点温度；所述五路CAN通讯接口中的子板通讯CAN接口将电池包内部接触器的控制命令发送给电池包内的管理系统，电池包内的管理系统按照指令直接控制接触器的动作执行。
6.根据权利要求1所述电动汽车用动力系统域控制器，其特征在于，所述继电器驱动控制引脚由所述集成驱动芯片内的mos管实现门控功能；所述继电器驱动控制引脚在整车上分别连接高压系统的高压总正接触器线圈负极、高压总负接触器线圈负极和高压预充接触器线圈负极，用于完成整车高压电源回路的控制；所述继电器驱动控制引脚在整车上分别连接真空泵继电器线圈负极、水泵继电器线圈负极和风扇继电器线圈负极，实现整车低压附件供电驱动；
所述三极管驱动控制引脚由所述集成驱动芯片内的驱动调理电路实现，所述主控芯片通过IO口直接控制三极管的通断状态实现输出引脚的程序可控；所述三极管驱动引脚包含Lamp灯驱动引脚和PWM输出驱动引脚，所述Lamp灯驱动引脚与仪表充电连接指示灯控制引脚和充电指示灯控制引脚相连；所述PWM输出驱动引脚与风扇PWM调速引脚和水泵PWM调速引脚相连。
7.根据权利要求1所述电动汽车用动力系统域控制器，其特征在于，所述主控芯片采用AurixTC234L单片机，所述集成驱动芯片采用Infineon TLE8888芯片，所述AurixTC234L单片机通过SPI通讯向所述集成驱动芯片Infineon TLE8888发送控制命令。

说明书全文

一种电动汽车用动力系统域控制器

技术领域

[0001] 本实用新型属于电动汽车整车控制系统设计领域，特别涉及一种电动汽车用动力系统域控制器(Vehicle Battery Unit,VBU)的设计。

背景技术

[0002] 近些年，电动汽车作为新兴交通工具越来越常见，电动汽车的普及程度在不断提升，涉及电动汽车开发制造的技术也在不断提升。电动汽车需要具备整车控制、电池包管理和电机驱动功能。整车控制器实现车辆控制，附件管理，能量管理，网络管理等众多复杂的功能，该控制器掌握整车最重要的信息，为车辆的核心零部件。该控制器的主控芯片属于高速控制芯片，性能要求较其他控制器高。电池管理系统(Battery Management System,BMS)实现电池包管理工作，主要负责完成电池包状态估算，均衡管理，故障保护等功能，该控制器需要执行的控制算法较多，同样需要高速控制芯片的支撑。目前，整车控制器和电池管理系统为独立的两个控制器，单独完成各自的工作。这样一方面会导致整车系统硬件资源浪费，另一方面会使电池管理系统软件与电池包系统无法分离，阻碍电池包系统的通用化设计。实用新型内容

[0003] 鉴于上述问题，本设计为电动汽车动力系统域控制器，该控制器实现了整车控制和电池包管理的工作。该域控制器比独立的整车控制器和电池管理系统成本相对更低、性能更加优化、资源利用率更高，便于电动汽车动力系统的集成化开发。

[0004] 为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种电动汽车用动力系统域控制器，将电动汽车整车控制器和电池管理控制器集成为一体，包括主控芯片和集成驱动芯片；所述主控芯片、集成驱动芯片、电机H桥驱动芯片上集成有电动汽车整车控制所需的硬件接口；所述硬件接口包括充电枪连接信号接口、充电枪脉冲信号接口、五路CAN通讯接口、钥匙信号接口、踏板信号接口、档位信号接口、充电信号检测接口和电机H桥驱动芯片；所述主控芯片上还集成有5V模拟量采集通道、12V模拟量采集通道、温度采集通道、高/低数字量采集通道、RTC(Real-Time Clock)模块、Flash模块和车辆端的接口；所述集成驱动芯片集成有继电器驱动控制引脚和三极管驱动控制引脚。

[0005] 进一步讲，本实用新型所述的电动汽车用动力系统域控制器，其中，所述5V模拟量采集通道由所述主控芯片的ADC模块和模拟信号调理电路中的5V分压板级调理电路共同完成信号的输入采集；所述5V模拟量采集通道连接加速踏板开度信号输出端、制动踏板开度传感器信号输出端，以完成踏板开度采集，连接真空泵压力传感器信号输出端、大气压力传感器信号输出端，以获取制动罐和大气压力值，完成制动系统的控制；所述12V模拟量采集通道由主控芯片的ADC模块和模拟信号调理电路中的12V分压板级调理电路共同完成信号的输入采集；所述12V模拟量采集通道连接鼓风机风量信号输出端、风门开度信号输出端，以获取驾驶室送风系统的当前状态，实现散热及送风风扇控制策略；所述温度采集通道由主控芯片的ADC模块和模拟信号调理电路中的电阻分压板级调理电路共同完成信号的输入采集；所述温度采集通道连接到环境温度热敏电阻的正极端、空调蒸发器温度热敏电阻的正极端和PTC温度热敏电阻的正极端，读取车辆空调暖风系统温度，实现车身空调及暖风控制策略；其中，所述热敏电阻负极端接地；所述高/低数字量采集通道由主控芯片的GPIO驱动模块和数字量分压板级调理电路共同完成信号的输入采集；所述高/低数字量采集通道连接档位的信号输出端、钥匙点火信号输出端、暖风开关信号输出端、空调开关信号输出端、制动开关信号输出端和行驶模式信号输出端，用以完成来自驾驶员的输入控制请求信号的采集。

[0006] 本实用新型中，所述电机H桥驱动芯片采用TLE9201 电子锁驱动芯片，所述主控芯片通过其内部SPI驱动模块1与所述TLE9201电子锁驱动芯片通讯；所述RTC模块与所述主控芯片以SPI方式通讯，所述主控芯片利用其内部SPI驱动模块2模块获取RTC模块当前的时间信息，用于完成电池SOC估算和电池包采集信息的时间记录；所述Flash模块与所述主控芯片以SPI方式通讯，用于电池包信息存储功能，所述主控芯片利用其内部SPI驱动模块3模块实现Flash模块数据的读取和写入，所述Flash存储容量配置为128M；所述主控芯片利用其SPI驱动模块4向所述集成驱动芯片发送控制命令并回读集成驱动芯片的执行状态和故障信息；所述主控芯片利用其SPI驱动模块4向所述集成驱动芯片发送配置寄存器命令并回读集成驱动芯片的执行状态和看门狗状态，完成电源管理和监控的功能。

[0007] 本实用新型中，所述充电枪连接信号接口和充电枪脉冲信号接口实现充电枪连接信号和充电枪脉冲信号的激活及检测，从而满足车辆启动激活和充电激活的功能。

[0008] 本实用新型中，所述五路CAN通讯接口用于连接充电CAN网络、子板通讯CAN网络以及三路整车CAN通讯网络，其中三路整车CAN通讯网络中有一路支持CAN-FD功能,一路支持CAN激活；所述五路CAN通讯接口中的子板通讯CAN接口获取电池包的参数信息，至少包括单体电压和电池包节点温度；所述五路CAN通讯接口中的子板通讯CAN接口将电池包内部接触器的控制命令发送给电池包内的管理系统，电池包内的管理系统按照指令直接控制接触器的动作执行。

[0009] 本实用新型中，所述继电器驱动控制引脚由所述集成驱动芯片内的mos管实现门控功能；所述继电器驱动控制引脚在整车上分别连接高压系统的高压总正接触器线圈负极、高压总负接触器线圈负极和高压预充接触器线圈负极，用于完成整车高压电源回路的控制；所述继电器驱动控制引脚在整车上分别连接真空泵继电器线圈负极、水泵继电器线圈负极和风扇继电器线圈负极，实现整车低压附件供电驱动；所述三极管驱动控制引脚由所述集成驱动芯片内的驱动调理电路实现，所述主控芯片通过IO口直接控制三极管的通断状态实现输出引脚的程序可控；所述三极管驱动引脚包含Lamp灯驱动引脚和PWM输出驱动引脚，所述Lamp灯驱动引脚与仪表充电连接指示灯控制引脚和充电指示灯控制引脚相连；所述PWM输出驱动引脚与风扇PWM调速引脚和水泵PWM调速引脚相连。

[0010] 本实用新型中，所述主控芯片采用AurixTC234L单片机，所述集成驱动芯片采用Infineon TLE8888芯片，所述AurixTC234L单片机通过SPI通讯向所述集成驱动芯片Infineon TLE8888发送控制命令。

[0011] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

[0012] 本实用新型的动力系统域控制器硬件上资源更加丰富，系统的资源利用更充分，有利于完善系统架构，使整车控制系统更加集成。一般情况下，该动力系统域控制器功能囊括原有整车控制器所有软硬件功能和电池管理系统的硬件信号检测功能。该域控制器为一款成本相对更低、性能更加优化、资源利用率更大的高度集成化的动力系统域控制器。附图说明

[0013] 图1是本实用新型提出的电动汽车用动力系统域控制器的结构示意图。

[0014] 图2-1是图1中左部的局部放大示意图；

[0015] 图2-2是图1中右部的局部放大示意图。

具体实施方式

[0016] 下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的说明，但下述实施例绝非对本实用新型有任何限制。

[0017] 如图1所示，本实用新型提出的一种电动汽车用动力系统域控制器，主要是将电动汽车整车控制器和电池管理控制器集成为一体。该电动汽车用动力系统域控制器包括主控芯片和集成驱动芯片和电机H桥驱动芯片；所述主控芯片、集成驱动芯片、电机H桥驱动芯片上集成有电动汽车整车控制所需的硬件接口；所述硬件接口包括充电枪连接信号接口、充电枪脉冲信号接口、五路CAN通讯接口、钥匙信号接口、踏板信号接口、档位信号接口、充电信号检测接口；所述主控芯片上还集成有5V模拟量采集通道、12V模拟量采集通道、温度采集通道、高/低数字量采集通道、RTC模块、Flash模块和车辆端的接口；所述集成驱动芯片集成有继电器驱动控制引脚和三极管驱动控制引脚。

[0018] 所述充电枪连接信号接口和充电枪脉冲信号接口实现充电枪连接信号和充电枪脉冲信号的激活及检测，从而满足车辆启动激活和充电激活的功能；如图2-2所示，所述五路CAN通讯接口用于连接充电CAN网络、子板通讯CAN网络以及三路整车CAN通讯网络，其中三路整车CAN通讯网络中有一路支持CAN-FD功能,一路支持CAN激活；所述五路CAN通讯接口中的子板通讯CAN接口获取电池包的参数信息，至少包括单体电压和电池包节点温度；所述五路CAN通讯接口中的子板通讯CAN接口将电池包内部接触器的控制命令发送给电池包内的管理系统，电池包内的管理系统按照指令直接控制接触器的动作执行。

[0019] 所述继电器驱动控制引脚由所述集成驱动芯片内的mos管实现门控功能；所述继电器驱动控制引脚在整车上分别连接高压系统的高压总正接触器线圈负极、高压总负接触器线圈负极和高压预充接触器线圈负极，用于完成整车高压电源回路的控制；所述继电器驱动控制引脚在整车上分别连接真空泵继电器线圈负极、水泵继电器线圈负极和风扇继电器线圈负极，实现整车低压附件供电驱动，如图2-2所示。

[0020] 所述三极管驱动控制引脚由所述集成驱动芯片内的驱动调理电路实现，所述主控芯片通过IO口直接控制三极管的通断状态实现输出引脚的程序可控；所述三极管驱动引脚包含Lamp灯驱动引脚和PWM输出驱动引脚，所述Lamp灯驱动引脚与仪表充电连接指示灯控制引脚和充电指示灯控制引脚相连；所述PWM输出驱动引脚与风扇PWM调速引脚和水泵PWM调速引脚相连，如图2-2所示。

[0021] 所述5V模拟量采集通道由所述主控芯片的ADC模块和模拟信号调理电路中的5V分压板级调理电路共同完成信号的输入采集；所述5V模拟量采集通道连接加速踏板开度信号输出端、制动踏板开度传感器信号输出端，以完成踏板开度采集，连接真空泵压力传感器信号输出端、大气压力传感器信号输出端，以获取制动罐和大气压力值，完成制动系统的控制，如图2-1所示。

[0022] 所述12V模拟量采集通道由主控芯片的ADC模块和模拟信号调理电路中的12V分压板级调理电路共同完成信号的输入采集；所述12V模拟量采集通道连接鼓风机风量信号输出端、风门开度信号输出端，以获取驾驶室送风系统的当前状态，实现散热及送风风扇控制策略，如图2-1所示。

[0023] 所述温度采集通道由主控芯片的ADC模块和模拟信号调理电路中的电阻分压板级调理电路共同完成信号的输入采集；所述温度采集通道连接到环境温度热敏电阻的正极端、空调蒸发器温度热敏电阻的正极端和PTC温度热敏电阻的正极端，读取车辆空调暖风系统温度，实现车身空调及暖风控制策略；其中，所述热敏电阻负极端接地，如图2-1所示。

[0024] 所述高/低数字量采集通道由主控芯片的GPIO驱动模块和数字量分压板级调理电路共同完成信号的输入采集；所述高/低数字量采集通道连接档位的信号输出端、钥匙点火信号输出端、暖风开关信号输出端、空调开关信号输出端、制动开关信号输出端和行驶模式信号输出端，用以完成来自驾驶员的输入控制请求信号的采集，如图2-1所示。

[0025] 所述电机H桥驱动芯片采用TLE9201电子锁驱动芯片，所述主控芯片通过其内部SPI驱动模块1与所述TLE9201电子锁驱动芯片通讯。所述RTC模块与所述主控芯片以SPI方式通讯，所述主控芯片利用其内部SPI驱动模块2模块获取RTC模块当前的时间信息，用于完成电池SOC估算和电池包采集信息的时间记录；所述Flash模块与所述主控芯片以SPI方式通讯，用于电池包信息存储功能，所述主控芯片利用其内部SPI驱动模块3模块实现Flash模块数据的读取和写入，所述Flash存储容量配置为128M；所述主控芯片利用其SPI驱动模块4向所述集成驱动芯片发送控制命令并回读集成驱动芯片的执行状态和故障信息；所述主控芯片利用其SPI驱动模块4向所述集成驱动芯片发送配置寄存器命令并回读集成驱动芯片的执行状态和看门狗状态，完成电源管理和监控的功能，如图1所示。

[0026] 实施例：

[0027] 动力系统域控制器选用汽车级高性能单片机AurixTC234作为其主控芯片，所述集成驱动芯片选用Infineon TLE8888，所述AurixTC234L单片机通过SPI通讯向所述集成驱动芯片Infineon TLE8888发送控制命令。本实用新型中涉及到的主控芯片和集成驱动芯片及其电机H桥驱动芯片的具体选型不受限制，本领域技术人员在本实用新型提供的技术方案的启示下，可有多种选型方案。

[0028] 动力系统域控制器包含钥匙信号、充电信号，充电器连接信号(Chargegun Connect,CC)信号、充电枪脉冲信号(Chargegun Pulse,CP)激活及检测功能，以满足车辆启动激活和充电激活的功能。

[0029] 动力系统域控制器包含五路CAN(Controller Area Network)通讯接口，满足域控制器包括充电CAN网络，子板通讯CAN网络，以及三路整车CAN通讯网络的需要，其中有一路支持CAN-FD功能。

[0030] 动力系统域控制器的采集系统具有多路数字量采集和模拟量采集功能，满足整车信号采集功能，且具备多路驱动输出功能，满足整车输出控制功能，具有电子锁控制功能，实现充电枪锁止功能，具有外置FLASH及RTC(Real-Time Clock)功能，满足域控制器电池包数据记录和响应时间管理功能。

[0031] 本实用新型电动汽车用动力系统域控制器实现的功能有整车状态机管理、高低压附件管理、驱动扭矩计算、整车能量管理、整车热管理、SOX估算、电池包绝缘检测、电池包均衡管理、电池包参数管理、整车系统故障检测及处理、与子板通讯及电池包信息采集/解析、接触器粘连检测、续驶里程计算、累计里程计算等等。

[0032] 动力系统域控制器实现了整车控制器和电池管理系统的资源以及功能的复用目标。主要复用的功能包括所有底层接口驱动功能(包括模拟量采集，数字量采集，驱动输出，EEPROM读写，调度系统，CAN通讯功能等等)、附件管理功能(如继电器、接触器控制、整车热管理策略等)、高压上/下电管理、CAN通讯数据处理功能、故障诊断及处理功能、网络管理、在线配置和维护等。

[0033] 尽管上面结合附图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。

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