一种分布式四轮驱动的纯电动汽车电气系统的制作方法

本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及一种分布式四轮驱动纯电动汽车电气系统。

背景技术：

电动汽车一种电能参与的新能源汽车，电能通过电动机等动力装置转化为机械能，从而驱动汽车行驶。由于环境污染和传统能源的逐渐匮乏，电动汽车已经成为各国汽车行业关注的焦点，四轮驱动纯电动汽车以其体积小、比功率大，具有很高的传动效率等特点越来越受到世界的推崇。现有的纯电动汽车研发一般是基于传统汽车进行，相应的电气系统也是基于传统的轿车电气系统开发。这个现状阻碍了新能源电动汽车发展，由于四轮驱动的纯电动汽车是高压电气系统和低压电气系统并存的，所以一旦设计不当，就会人身安全带来极大的隐患。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足之处，本发明目的是提供一种分布式四轮驱动的纯电动汽车电气系统，本发明采取的纯电动汽车电气系统的技术方案如下。

1)电气系统的结构构成

本发明的分布式四轮驱动纯电动汽车电气系统包括动力电池组、电池管理系统、高压配电盒、分线盒、车载充电机、DCDC、空调压 缩机控制器、空调压缩机、PTC、电动控制器、电机、车轮、远程监控系统、整车控制器、蓄电池、点火开关、组合仪表、车身模块控制器、灯光，以及为配合各部件工作的低压供电继电器和高压继电器，同时该系统还包括用于连接各部件的高压直流母线和低压输出线路。

2)电气系统连接方式

在该电气系统中，动力电池的输出端与高压配电盒的输入端相连，高压配电盒的输出端与分线盒的输入端相连，分线盒的输出端与四个电机控制器的输入端相连；高压配电盒的输出端与空调压缩机控制器的输入端相连，空调压缩机控制器的输出端与空调电动压缩机相连；高压配电盒的输出端与PTC的输入端相连；高压配电盒的输出端与DCDC的输入端相连；DCDC的输出端与低压蓄电池的输入端相连，负责为低压蓄电池充电，以保证低压蓄电池的电压处于合理的工作范围内。

钥匙开关的用二个挡位分别是OFF挡和ON挡，用于控制ON线路与低压蓄电池正极的连通，钥匙开关处于OFF挡位时，所述的ON线路与低压蓄电池正极断开。在正常上电过程中，整车控制器低压供电线路受ON线路控制。驱动电机控制器的低压供电线路正极由驱动电机控制器继电器控制，该驱动电机控制器继电器的通断由整车控制器来控制。电池管理系统的低压供电线路正极与电池管理系统继电器连接，其负极直接搭铁，该电池管理系统继电器由整车控制器来控制。空调压缩机控制器的低压供电线路正极与空调压缩机控制器继电器相连，该空调压缩机控制器继电器的通断由整车控制器来控制。制动助力真空泵的低压供电线路正极与制动助力真空泵继电器相连，该制动助力真空泵继电器受制动踏板开关的通断控制。组合仪表直接由 ON线路供电。电动助力转向的低压供电线路正极与电动助力转向继电器相连，该电动助力转向继电器的通断受整车控制器控制。

整车控制器、电池管理系统、车载充电机、驱动电机控制器、挡位控制器、PTC、DCDC之间通过CAN总线进行数据交换；整车控制器、车身模块控制器及组合仪表的通信通过另外一路CAN总线实现；

3)电气系统工作方式

本发明电气系统工作过程如下：

(1)钥匙开关工作过程

钥匙从OFF挡打至ON挡时，整车控制器、电动助力转向、组合仪表开始工作，整车控制器控制电池管理系统、驱动电机控制器的低压继电器接通，各控制器开始工作，完成低压自检；

钥匙处于ON挡位置时，电池管理系统发送的CAN信息中无重大故障信号时，整车控制器通过CAN发给电池管理系统接通负极接触器的指令，同时整车控制器直接输出控制信号接通预充电高压继电器进行预充电。当驱动电机控制器返回的CAN信号中，显示预充电已完成，则整车控制器断开预充电高压继电器，若此时驱动电机控制器发送的CAN信息中无严重故障，整车控制器控制正极接触器闭合，同时整车控制器发送电机工作使能命令给驱动电机控制器，驱动电机控制器才能处于工作状态，电机可以响应整车控制器发出的转矩命令，此时电气驱动系统可以驱动车辆。

在行车的过程中，整车控制器采集加速踏板34、制动踏板、挡位控制器和其他传感器的信号，分析、判断车辆的运行状态，给电机控制器发送控制信号，电机控制器给电机施加相应的转矩，从而来实现车辆前进、倒车、转向。

在行车过程中，当动力系统和电动辅助系统出现故障，整车控制器首先会对故障进行分类处理。

当发生一般故障时，整车控制器会记录故障码，或者发送降低电机输出转矩的命令。当发生严重故障时，整车控制器会发送降低电机输出转矩的命令。并且一旦车辆停止运行，除非故障清除，否则整车控制器将不允许车辆再次运行。

当发生紧急故障时，整车控制器会快速切断正极接触器和负极接触器，确保车辆自身和乘员的安全。

钥匙从ON挡位置回到OFF位置时，所有部件停止工作。

钥匙回到OFF挡后，可以进行停车充电。充电线连接与车辆后，唤醒整车控制器，整车控制器唤醒电池管理系统等部件，电池管理系统与车载充电机的CAN通信开始工作，判断当前充电需求，当电池满足充电条件时，电池管理系统与车载充电机通过CAN网络传递命令，对电池进行充电操作。充电过程中，组合仪表显示当前信息，整车控制器实时监测当前充电状态，禁止高压系统上电，保证车辆在充电状态下处于行驶锁止状态；并根据电池状态信息限制充电功率，保护电池。

(2)DCDC

当钥匙处于ON挡时，预充电完成后，DCDC完成自检，输出正常信号，整车控制器发给DCDC一个使能信号。若整车控制器检测到低压蓄电池的电压低于规定值时，整车控制器发送使能信号给DCDC，DCDC开始为低压蓄电池充电。若低压蓄电池端电压达到充电电压上限值时，整车控制器发出DCDC停止充电命令。

当钥匙处于OFF挡时，此时整车控制器不再工作，DCDC收不到整车控制器信号后，将不再工作。

(3)电动助力转向

当钥匙置于ON挡时，整车控制器控制接通电动助力转向继电器，电动助力转向开始工作。

(4)制动助力真空泵

制动助力真空泵的开关继电器由制动踏板进行控制。踩下制动踏板后，制动开关闭合，真空助力继电器接通，助力真空泵开始工作，用于制动踏板助力。

(5)电动冷却风扇

电动冷却风扇用于冷却驱动电机控制器和空调系统。当其中一组有冷却需求时，根据风扇需求的高低速进行控制，风扇的高速需求优先于低速需求。整车控制器通过控制电动冷却风扇继电器来控制电动冷却风扇的闭合。

(6)电动水泵

电动水泵用于冷却驱动电机控制器，当驱动电机控制器温度或者水温高于规定值时，整车控制器控制水泵继电器来启动电动水泵；当驱动电机控制器温度或者水温低于规定值时，整车控制器通过断开水泵继电器关闭电动水泵。

(7)空调压缩机控制器

钥匙ON挡接通时，完成预充电工作，整车控制器控制空调压缩机控制器上电完成。

整车控制器采集空调面板、PTC开关信号、AC开关信号、鼓风机开关信号、蒸发器温度信号和压缩机故障信号。整车控制器经过分类、处理后确定空调系统工作在制冷还是制热的模式下，再根据不同进行相应的控制，最后将控制信号输出。

当空调系统处于制热的模式下，整车控制器通过CAN总线接收到的电池管理系统发送的车载剩余能量、单体动力电池电压及温度通讯参数后，整车控制器判断后控制PTC的开启或关闭。

当空调系统处于制冷模式下，整车控制器通过接收车辆环境温度传感器、蒸发器温度传感器采集车辆环境温度参数及蒸发器表面温度参数，整车控制器根据车辆环境温度、车载剩余能量、单体动力电池电压及温度，经过判断、处理后，以PWM控制信号给空调压缩机控制器，调节空调压缩机转速，从而达到不同的空调调温效果。

由于纯电动汽车的电气系统是高压电气系统和低压电气系统并存的，且电气器件数量多，再者一些先进的电气系统的加入，使得电气系统控制较传统汽车复杂，所以如果电气系统设计不当，就会导致行车安全隐患。本发明提出的分布式四轮驱动电动汽车电气系统，添加一些新的电气系统和器件，对原有低压线路做了部分修改，对新增加的电气系统采取了相对独立的布线方式，使得整个电气系统使用可靠，操作简单方便。

附图说明

图1是分布式四轮驱动纯电动汽车电气结构原理图

图2是分布式四轮驱动纯电动汽车高压电气原理图

图3是分布式四轮驱动纯电动汽车低压电气原理图

图4是分布式四轮驱动纯电动汽车控制信号原理图

附图标记说明如下：

动力电池组12、电池管理系统13、高压配电盒11、分电盒10、车载充电机7、DCDC14、空调压缩机控制器6、空调压缩机5、PTC4、左前电机控制器24，左后电机控制器25，右后电机控制器 21、右前电机控制器3，左前电机23，左后电机26，右后电机20，右前电机2、左前车轮22，左后车轮27，右后车轮19，右前车轮1、远程监控系统8、整车控制器9、蓄电池15、组合仪表16、车身模块控制器17、灯光18、正极接触器28、预充电组29、预充电接触器30，维修开关31、负极接触器32、档位控制器33、加速踏板34、制动踏板35、电动助力转向控制器36、空调压缩机控制器继电器37、DCDC继电器38、左前电机控制器继电器39，右前电机控制器继电器40，左后电机控制器继电器41，右后电机控制器继电器42、钥匙开关43、电动助力转向继电器44、电池管理系统继电器45、电动水泵继电器46、冷却风扇继电器47、电动水泵48、电动冷却风扇49。

具体实施方式

为了使审查员能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。

1)电气系统组成

如图1所示，图1为分布式四轮驱动纯电动汽车电气结构原理图。所述的电气系统包括动力电池组12、电池管理系统13、高压配电盒11、分电盒10、车载充电机7、DCDC14、空调压缩机控制器6、空调压缩机5、PTC4、电机控制器24，3，25，21、电机23，2，26，20、车轮22，1，27，19、远程监控系统8、整车控制器9、蓄电池15、钥匙开关43、组合仪表16、车身模块控制器17、灯光18。

。高压配电盒11包括五路输出，一路输出为空调压缩机控制器6，空调压缩机控制器6与电动压缩机5相连；一路输出为分电盒10；一路输出为PTC4；一路输出为DCDC14，DCDC14与低压蓄电 池15相连；一路输出为分电盒10，分电盒10与四个电机控制器24，3，25，21相连，四个电机控制器24，3，25，21分别与四个电机23，2，26，20相连。

高压配电盒11与车载充电机7相连，高压配电盒11与用于为动力电池充电的动力电池组12相连，车载充电机7与电池管理系统13相连，以根据检测动力电池组12的荷电状态、温度的充电信息来决定以何种方式充电，高压配电盒11与车载充电机7通信，以告诉车载充电机7所需的充电电压和充电电流。车载充电机7则把充电回路的输出电压和输出电流的功率信息实时反馈给电池管理系统13。

远程监控系统8与整车控制器9相连，又与车载充电机7和电池管理系统13相连，以对汽车位置实时监控并通过对电动汽车电池电压和温度的监控，来掌握电动汽车电池和温度的变化情况；远程监控系统8与空调压缩机控制器6相连，以使驾驶员在上车之前预先遥控起动电动空调，并实现远程的空调制冷、空调暖风和除霜功能。

电池管理系统13与车载充电机7、远程监控系统8、整车控制器9相连，以使电动汽车充电过程中的通信和远程充电，同时电池管理系统13与动力电池组12相连，以估测动力电池组12的荷电状态，并动态检测动力电池组12的工作状态，单体电池间的均衡。

空调压缩机控制器6与高压配电盒11和空调压缩机5相连，同时空调压缩机控制器6还与整车控制器9相连，以使空调系统具有制冷和制热功能。

低压蓄电池15的负极搭铁，低压蓄电池15的正极与钥匙开关43的输入电源线相连；钥匙开关43设有OFF挡、ON挡；钥匙开关43控制车载充电机7、远程监控系统8、整车控制器9的唤醒功能；钥匙开关43还控制制动助力真空泵52、电动水泵48、电动助力转向 36、电动冷却风扇49、组合仪表16、整车控制器9；钥匙开关43并控制电池管理系统13的低压供电线路、电机控制器24，3，25，21的低压供电线路以及空调压缩机控制器6的低压供电线路，所述低压供电线路由低压蓄电池15供电。

如图2所示，图2为分布式四轮驱动纯电动汽车高压电气原理图。钥匙开关43置于ON挡位置时，整车控制器9开始工作，整车控制器9控制电池管理系统13和电机控制器24，3，25，21开始工作。

低压电路完成自检后，如果电池管理系统13和电机控制器24，3，25，21发送无严重故障时，整车控制器9控制电池管理系统13发送闭合负极接触器32的命令，同时整车控制器9控制预充电接触器，预充电开始。

预充电完成后，整车控制器9控制预充电接触器断开，闭合正极接触器28。

如图3所示，图3为分布式四轮驱动纯电动汽车低压电气、控制信号原理图。钥匙开关43的ON线路决定了整车控制器9、组合仪表16的通断。整车控制器9控制电池管理系统继电器45、正极接触器28、预充电接触器、冷却风扇继电器47、冷却水泵继电器44、驱动电机控制器继电器。

电池管理系统13控制负极接触器32的通断。整车控制器9、电池管理系统13、车载充电机7、驱动电机控制器、挡位控制器、PTC4、DCDC14之间通过CAN总线进行数据交换；整车控制器9、车身模块控制器17及组合仪表16的通信通过另外一路CAN总线实现。

整车空调根据驾驶员对车辆输入(加速踏板34、制动踏板35以及选档开关)、转矩转角传感器、车辆状态，经分析和处理，向驱动电机控制器发出相应的指令，控制电机的驱动转矩来驱动车辆。

整车控制器9发送使能信号给DCDC14，同时接收DCDC14的工作状态；

在空调制热模式下，整车控制器9发送控制给PTC4；在空调制冷模式下，整车还发送空调使能信号、空调电机转速PWM信号至空调压缩机控制器6。

动力电池组12与电池管理系统13相连，电池管理系统13与维修开关31相连，维修开关31用于直流高压的紧急安全通断。与正极接触器28、负极接触器32和预充电接触器30相连；预充电接触器30、正极接触器28的通断受整车控制器9控制；负极接触器32的通断动作由电池管理系统13控制。

当驾驶员踩下制动踏板35时，制动踏板35开关闭合，制动助力真空泵继电器闭合，制动助力真空泵52供电；制动踏板35抬起时，制动助力真空泵52断电。

2)电气系统工作方式

下面结合图1、图2及图3，描述本发明电气系统的工作方式。

钥匙从OFF挡打至ON挡时，整车控制器9、电动助力转向、组合仪表16开始工作，整车控制器9控制电池管理系统13、电机控制器的低压继电器接通，各控制器开始工作，完成低压自检；

钥匙处于ON挡位置时，电池管理系统13发送的CAN信息中无重大故障信号时，整车控制器9通过CAN发给电池管理系统13接通负极母线直流接触器的指令，同时整车控制器9直接输出控制信号接通预充电高压继电器进行预充电。当驱动电机控制器返回的CAN信 号中，显示预充电已完成，则整车控制器9断开预充电高压继电器，若此时驱动电机控制器发送的CAN信息中无严重故障，整车控制器9发送电机工作使能命令给驱动电机控制器，驱动电机控制器才能处于工作状态，电机可以响应整车控制器9发出的转矩命令，此时电气驱动系统可以驱动车辆。

在行车的过程中，整车控制器9采集加速踏板34、制动踏板35、挡位控制器和其他传感器的信号，分析、判断车辆的运行状态，给电机控制器发送控制信号，电机控制器给电机施加相应的转矩，从而来实现车辆前进、倒车、转向。

在行车过程中，当动力系统和电动辅助系统出现故障，整车控制器9首先会对故障进行分类处理。

当发生一般故障时，整车控制器9会记录故障码，或者发送降低电机输出转矩的命令。当发生严重故障时，整车控制器9会发送降低电机输出转矩的命令。并且一旦车辆停止运行，除非故障清除，否则整车控制器9将不允许车辆再次运行。

当发生紧急故障时，整车控制器9会快速切断正极接触器28和负极接触器32，确保车辆自身和乘员的安全。

钥匙从ON挡位置回到OFF位置时，所有部件停止工作。

钥匙回到OFF挡后，可以进行停车充电。充电线连接与车辆后，唤醒整车控制器9，整车控制器9唤醒电池管理系统13等部件，电池管理系统13与车载充电机7的CAN通信开始工作，判断当前充电需求，当电池满足充电条件时，电池管理系统13与车载充电机7通过CAN网络传递命令，对电池进行充电操作。充电过程中，组合仪表16显示当前信息，整车控制器9实时监测当前充电状态，禁止高压系 统上电，保证车辆在充电状态下处于行驶锁止状态；并根据电池状态信息限制充电功率，保护电池。

(2)DCDC14

当钥匙处于ON挡时，预充电完成后，DCDC14完成自检，输出正常信号，整车控制器9发给DCDC14一个使能信号。若整车控制器9检测到低压蓄电池15的电压低于规定值时，整车控制器9发送使能信号给DCDC14，DCDC14开始为低压蓄电池15充电。若低压蓄电池15端电压达到充电电压上限值时，整车控制器9发出DCDC14停止充电命令。

当钥匙处于OFF挡时，此时整车控制器9不再工作，DCDC14收不到整车控制器9信号后，将不再工作。

(3)电动助力转向

当钥匙置于ON挡时，整车控制器9控制接通电动助力转向继电器44，电动助力转向开始工作。

(4)制动助力真空泵52

制动助力真空泵52的开关继电器由制动踏板35进行控制。踩下制动踏板35后，制动开关闭合，真空助力继电器接通，助力真空泵52开始工作，用于制动踏板35助力。

(5)电动冷却风扇49

电动冷却风扇49用于冷却驱动电机控制器和空调系统。当其中一组有冷却需求时，根据风扇需求的高低速进行控制，风扇的高速需求优先于低速需求。整车控制器9通过控制电动冷却风扇继电器47来控制电动冷却风扇49的闭合。

(6)电动水泵48

电动水泵48用于冷却驱动电机控制器，当驱动电机控制器温度或者水温高于规定值时，整车控制器9控制水泵继电器来启动电动水泵48；当驱动电机控制器温度或者水温低于规定值时，整车控制器9通过断开水泵继电器关闭电动水泵48。

(7)空调压缩机控制器6

钥匙ON挡接通时，完成预充电工作，整车控制器9控制空调压缩机控制器上电完成。

整车控制器9采集空调面板、PTC开关信号、AC开关信号、鼓风机开关信号、蒸发器温度信号和压缩机故障信号。整车控制器9经过分类、处理后确定空调系统工作在制冷还是制热的模式下，再根据不同进行相应的控制，最后将控制信号输出。

当空调系统处于制热的模式下，整车控制器9通过CAN总线接收到的电池管理系统13发送的车载剩余能量、单体动力电池电压及温度通讯参数后，整车控制器9判断后控制PTC4的开启或关闭。

当空调系统处于制冷模式下，整车控制器9通过接收车辆环境温度传感器、蒸发器温度传感器采集车辆环境温度参数及蒸发器表面温度参数，整车控制器9根据车辆环境温度、车载剩余能量、单体动力电池电压及温度，经过判断、处理后，以PWM控制信号给空调压缩机控制器，调节空调压缩机转速，从而达到不同的空调调温效果。