CN101570181A - 混合动力汽车电池故障管理系统及其管理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提出一种可靠的混合动力汽车电池故障管理系统及其管理方法，该管理系统包含整车控制器、电池控制器、与整车控制器连接的电机状态监测模块、电池电压监测模块、电池电流监测模块、电池温度监测模块、电池绝缘监测模块、高压预充电监测模块和电池均衡化监测模块，以及与电池控制器连接的高压环路互锁监测模块，所述电池控制器分别与整车控制器及控制电池高压回路通断的继电器连接，所述整车控制器还与故障提示单元连接。上述管理系统根据不同的电池故障，结合电机的运转情况做出不同的处理，在保证行车及驾乘人员安全的同时，能够提高电池系统的安全性及电池组的使用寿命，使得整个电池系统更加可靠。

Description

混合动力汽车电池故障管理系统及其管理方法
技术领域
本发明涉及混合动力汽车管理系统技术领域，尤其是涉及混合动力汽车的电池管理系统。
背景技术
用于混合动力汽车上的多个电池组，在它们串联形成高压电池包后，这些电池组会因充放电、电池温度等因素出现组间的不平衡，如果出现这种情况后不及时对电池组进行修复和维护，将会影响这些电池组的工作效率和使用寿命，使整个系统的电量减少，大大影响汽车的动力供给，从而影响汽车的整体性能和安全。另外，电池组还会因为各种原因而出现绝缘、过压、过流等危及驾乘人员安全及行车安全的问题，因此，作为混合动力车的辅助动力，电池系统的可靠性显得极为重要，有必要在工作状态下实时检测电池组运行状态和性能好坏，及时对电池组进行修复和维护，以保障汽车的整体性能和人员安全。
发明内容
本发明的第一个目的是提出一种可靠的混合动力汽车电池故障管理系统，以提高电池系统的安全性及电池组的使用寿命，保护驾乘人员的人身安全。
本发明的混合动力汽车电池故障管理系统包含整车控制器、电池控制器、与整车控制器连接的电机状态监测模块、电池电压监测模块、电池电流监测模块、电池温度监测模块、电池绝缘监测模块、高压预充电监测模块和电池均衡化监测模块，以及与电池控制器连接的高压环路互锁监测模块，所述电池控制器分别与整车控制器及控制电池高压回路通断的继电器连接，所述整车控制器还与故障提示单元连接。
为在电池发生绝缘故障时确保能够及时断开电池高压回路，保护驾乘人员的安全，该系统还包含串联设置在电池高压回路中的起保护作用的熔断器，所述熔断器接收电池绝缘监测模块的信号，并可在电池绝缘监测模块的控制下自动熔断。针对绝缘故障采用比其他故障更为直接、有效的处理方式，可以避免因为电池管理系统信号传输延误等原因而造成对驾乘人员的直接伤害，保护更加有效。
为在汽车发生碰撞时能够及时断开电池高压回路，避免因车体受损时电池高压回路漏电，保护驾乘人员的安全，上述继电器与汽车的碰撞传感器连接，并可在碰撞传感器的信号控制下切断电池高压回路。
为保护维修人员的安全，防止因操作不当而在维修电池时发生触电危险，上述继电器与汽车的揭盖开关连接，所述揭盖开关设置在容纳电池组的电池箱的箱盖和箱体上，当箱盖关闭或打开时，揭盖开关向继电器发送不同的信号以控制继电器的吸合或断开。这样当维修人员打开箱盖时，揭盖开关会发送控制信号至继电器，断开电池高压回路，防止维修人员触电。
本发明的第二个目的是提出上述混合动力汽车电池故障管理系统的管理方法，该方法具体如下：
整车控制器通过电池电压监测模块、电池电流监测模块、电池温度监测模块、电池绝缘监测模块、高压预充电监测模块或电池均衡化监测模块的信息来诊断电池状态，在电池发生故障时通过电机状态监测模块检测电机是否运转，若电机正在运转则只通过故障提示单元向驾乘人员发出提示信息，若电机未运转则在通过故障提示单元向驾乘人员发出提示信息的同时立即发出控制命令至电池控制器，控制继电器断开电池高压回路；所述电池控制器通过高压环路互锁监测模块的信息来诊断电池状态，并在电池发生高压环路互锁故障时控制继电器断开电池高压回路。
为确保整车控制器的诊断准确，当整车控制器接收到电池电压监测模块、电池电流监测模块或电池温度监测模块传来的故障信息后，立即开始计时，并在计时结束后重新检测电池电压监测模块、电池电流监测模块或电池温度监测模块，若在设定的计时时间内电池的电压、电流或温度一直没有恢复到所设定的阈值内，整车控制器即判断电池发生了电压、电流或温度故障。这样通过多次信息采样，可以避免发生误判。
为在电池发生绝缘故障时确保能够及时断开电池高压回路，保护驾乘人员的安全，该系统还包含串联设置在电池高压回路中的起保护作用的熔断器，所述电池绝缘监测模块根据电池电压正端、负端对地电压值与正常值的偏差大小不同而向整车控制器发出不同的信息，当电池电压正端、负端对地电压值与正常值的偏差达到设定的阈值后，电池绝缘监测模块发出控制命令至熔断器，控制熔断器熔断以断开电池高压回路。因为较小的绝缘故障对人体不会造成伤害，所以无需立即断开电池高压回路进行维修，只需提醒驾乘人员即可，而当电池出现较大的绝缘故障时，不立即维修就可能会造成驾乘人员触电，危及生命安全，所以必须立即断开高压电池回路，通过设置熔断器的方式不仅使断开高压回路的操作更加直接有效，还可以与继电器形成双保险，避免因继电器发生故障而无法断开高压回路。
本发明的混合动力汽车电池故障管理系统组成简单、可靠，可以在电池发生故障时及时提示及断开电池高压回路，避免造成电池的进一步损坏，提高电池的使用寿命，保护驾乘人员的人身安全。
附图说明
图1是混合动力汽车电池故障管理系统的组成结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图来详细说明本发明。
实施例1：
如图1所示(箭头表示信号流向)，本实施例的混合动力汽车电池故障管理系统包含整车控制器、电池控制器、与整车控制器连接的电机状态监测模块、电池电压监测模块、电池电流监测模块、电池温度监测模块、电池绝缘监测模块、高压预充电监测模块和电池均衡化监测模块，以及与电池控制器连接的高压环路互锁监测模块，所述电池控制器分别与整车控制器及控制电池高压回路通断的继电器连接，所述整车控制器还与故障提示单元连接。
为在汽车发生碰撞时能够及时断开电池高压回路，保护驾乘人员的安全，该系统还包含串联设置在电池高压回路中的起保护作用的熔断器，所述熔断器与电池绝缘监测模块连接，并可在电池绝缘监测模块的控制下自动熔断；继电器与汽车的碰撞传感器连接，并可在碰撞传感器的信号控制下切断电池高压回路。
为保护维修人员的安全，防止因操作不当而在维修电池时发生触电危险，上述继电器与汽车的揭盖开关连接，所述揭盖开关设置在容纳电池组的电池箱的箱盖和箱体上，当箱盖关闭或打开时，揭盖开关向继电器发送不同的信号以控制继电器的吸合或断开。
上述电机状态监测模块、电池电压监测模块、电池电流监测模块、电池温度监测模块、电池绝缘监测模块、高压预充电监测模块、电池均衡化监测模块、高压环路互锁监测模块、碰撞传感器均为现有技术，此处不再赘述。上述故障提示单元可以为驾驶室内的仪表或指示灯。
上述混合动力汽车电池故障管理系统的管理方法如下：
整车控制器通过电池电压监测模块、电池电流监测模块、电池温度监测模块、电池绝缘监测模块、高压预充电监测模块或电池均衡化监测模块的信息来诊断电池状态，在电池发生故障时通过电机状态监测模块检测电机是否运转，若电机正在运转则只通过故障提示单元向驾乘人员发出提示信息，若电机未运转则在通过故障提示单元向驾乘人员发出提示信息的同时立即发出控制命令至电池控制器，控制继电器断开电池高压回路；所述电池控制器通过高压环路互锁监测模块的信息来诊断电池状态，并在电池发生高压环路互锁故障时控制继电器断开电池高压回路。
为确保整车控制器的诊断准确，当整车控制器接收到电池电压监测模块、电池电流监测模块或电池温度监测模块传来的故障信息后，立即开始计时，并在计时结束后重新检测电池电压监测模块、电池电流监测模块或电池温度监测模块，若在设定的计时时间内电池的电压、电流或温度一直没有恢复到所设定的阈值内，整车控制器即判断电池发生了电压、电流或温度故障。
为在电池发生绝缘故障时确保能够及时断开电池高压回路，保护驾乘人员的安全，该系统还包含串联设置在电池高压回路中的起保护作用的熔断器，所述电池绝缘监测模块根据电池电压正端、负端对地电压值与正常值的偏差大小不同而向整车控制器发出不同的信息，当电池电压正端、负端对地电压值与正常值的偏差达到设定的阈值后，电池绝缘监测模块发出控制命令至熔断器，控制熔断器熔断以断开电池高压回路。
具体来说，整车控制器利用电池电压监测模块、电池电流监测模块、电池温度监测模块实时监测电池组模块电压、电流和温度，当某个电池模块电压低于模块电池电压的最小阈值时，发出欠压警告；当某个电池模块电压高于模块电池电压的最大阈值时，发出过压警告；当电池放电电流大于设定的最大阈值时，发出过放警告；当电池充电电流大于设定的最大阈值时，发出过充警告；当电池组温度大于设定的最大阈值时，发出过温警告；当电池组温度小于设定的最小阈值时，发出低温警告。上述监测模块所检测的电池状态一旦超过阈值，整车控制器即开始计时，在计时时间内若电压、电流、温度一直没有恢复到所设定的阈值内，就利用故障提示单元发出过压、欠压、过放、过充、过温或者低温故障提示；同时整车控制器利用电机状态监测模块检测混合动力车的驱动电机是否正在运行，如果此时电机未在运行，则发送断开继电器指令给电池控制器，电池控制器收到指令后执行断开继电器，从而断开电池高压回路；如果此时电机正在运行，例如整车在上坡过程中需要电机提供辅助动力，则整车控制器不发送断开继电器指令，以免因动力不足而发生危险。
当电池的绝缘状况良好时，理论上电池正端对地电压VP和负端对地电压VN的正常值是相等的，即约等于1/2电池包电压VBat，本管理系统的电池绝缘监测模块实时监测电池包电压正端、负端对地(即车底盘)的电压，并根据电池电压正端、负端对地电压值与正常值的偏差大小不同而向整车控制器发出不同的信息，例如，当VP、VN与正常值的偏差小于0.1VBat时，电池绝缘监测模块判断电池绝缘正常，不发送任何信号；当VP、VN与正常值的偏差在0.1VBat与0.2VBat之间时，电池绝缘监测模块判断电池发生一般绝缘故障，向整车控制器发送一般绝缘故障信号，由整车控制器通过故障提示单元提示驾乘人员；当VP、VN与正常值的偏差超过0.2VBat，即达到设定的阈值后，电池绝缘监测模块判断电池已经发生了严重的绝缘故障，除了向整车控制器发送严重绝缘故障信号以外，还发出控制命令至熔断器，控制熔断器熔断以断开电池高压回路，从而切断电池高压回路，保护乘员安全。同时整车控制器还可以向电池控制器发送控制信号，控制继电器断开，形成双保险。
本管理系统的电池均衡化监测模块实时监测各电池组电压，计算各电池组中单体电压的平均值，并对最小单体电压平均值和最大单体电压平均值进行对比，当两者之差大于某一个设定的值(例如0.1V)时，向整车控制器发送电池需均衡化的信息，整车控制器利用故障提示单元发出电池需均衡化的提示；同时整车控制器利用电机状态监测模块检测混合动力车的驱动电机是否正在运行，如果此时电机未在运行，则发送断开继电器指令给电池控制器，电池控制器收到指令后断开继电器，从而断开电池高压回路，此时可以让电池在静态下进行自动均衡或则利用外部充电设备对电池进行均衡化维护；如果此时电机正在运行，则整车控制器不发送断开继电器指令，以免因动力不足而发生危险。
本管理系统的高压环路互锁监测模块采用双线并行法监测高压线路与各设备的连接状况，防止由于连接松动或断路造成安全隐患。上述高压环路互锁监测的原理是：高压环路互锁监测模块发出监测信号，将此信号输入到电池高压回路，然后高压环路互锁监测模块再接收返回的信号，根据返回信号的幅值判断电池高压回路的连接状况。如果高压环路互锁监测模块不能收到返回的电压信号或收到的电压幅值变化超过一定的限制，就判断出现了高压环路互锁故障，通知电池控制器发出断开继电器指令，断开电池高压回路。
当本管理系统的碰撞传感器检测到汽车发生碰撞后，发出控制信号至继电器，控制继电器切断电池高压回路，以免因车体破损而发生电池漏电，造成人员伤害。
当容纳电池组的电池箱的箱盖打开时，揭盖开关向继电器发送控制信号以控制继电器断开，保护维修人员的安全，防止因操作不当而在维修电池时发生触电危险。
本管理系统的高压预充电监测模块能够实现对电池高压回路的安全接通，如果直接接通直流高压回路，因为无法事前知道输出电路是否存在负载过大或短路等故障，因此在接通过程中，可能存在熔断器烧断、继电器烧结、器件损害等故障。目前已经有可以解决上述问题的预充电回路，所述预充电回路包括串联的预充电继电器和限流电阻，预充电继电器和限流电阻与主继电器并联，预充电回路还包括一个与负载并联的预充电电容。在接通主继电器之前，首先接通预充电继电器，因为限流电阻的存在，流过预充电继电器的电流不会很大，因此不会产生继电器拉弧现象，待预充电电容的电压达到一定值时，再接通主继电器，断开预充电继电器。高压预充电监测模块实时监测继电器电池端高压和整车端高压，当收到整车控制器需要闭合高压命令后，高压预充电监测模块开始计时，当在预定时间内(例如400ms)，整车端高压值达到预定电压值(例如电池端高压值的90％)时，接通主继电器，断开预充电继电器，并向整车控制器发出预充电成功信号；如果在预定时间内，整车端高压值未达到预定电压值，则高压预充电监测模块向整车控制器发出预充电故障信号，由整车控制器控制断开预充电继电器。
本发明的混合动力汽车电池故障管理系统及其管理方法根据不同的电池故障，结合电机的运转情况做出不同的处理，在保证行车及驾乘人员安全的同时，能够提高电池系统的安全性及电池组的使用寿命，使得整个电池系统更加可靠。

Claims (7)

1、一种混合动力汽车电池故障管理系统，其特征在于该系统包含整车控制器、电池控制器、与整车控制器连接的电机状态监测模块、电池电压监测模块、电池电流监测模块、电池温度监测模块、电池绝缘监测模块、高压预充电监测模块和电池均衡化监测模块，以及与电池控制器连接的高压环路互锁监测模块，所述电池控制器分别与整车控制器及控制电池高压回路通断的继电器连接，所述整车控制器还与故障提示单元连接。
2、根据权利要求1所述的混合动力汽车电池故障管理系统，其特征在于该系统还包含串联设置在电池高压回路中的起保护作用的熔断器，所述熔断器接收电池绝缘监测模块的信号，并可在电池绝缘监测模块的控制下自动熔断。
3、根据权利要求1所述的混合动力汽车电池故障管理系统，其特征在于所述继电器与汽车的碰撞传感器连接，并可在碰撞传感器的信号控制下切断电池高压回路。
4、根据权利要求1所述的混合动力汽车电池故障管理系统，其特征在于所述继电器与汽车的揭盖开关连接，所述揭盖开关设置在容纳电池组的电池箱的箱盖和箱体上，当箱盖关闭或打开时，揭盖开关向继电器发送不同的信号以控制继电器的吸合或断开。
5、根据权利要求1所述的混合动力汽车电池故障管理系统的管理方法，其特征在于所述整车控制器通过电池电压监测模块、电池电流监测模块、电池温度监测模块、电池绝缘监测模块、高压预充电监测模块或电池均衡化监测模块的信息来诊断电池状态，在电池发生故障时通过电机状态监测模块检测电机是否运转，若电机正在运转则只通过故障提示单元向驾乘人员发出提示信息，若电机未运转则在通过故障提示单元向驾乘人员发出提示信息的同时立即发出控制命令至电池控制器，控制继电器断开电池高压回路；所述电池控制器通过高压环路互锁监测模块的信息来诊断电池状态，并在电池发生高压环路互锁故障时控制继电器断开电池高压回路。
6、根据权利要求5所述的混合动力汽车电池故障管理系统的管理方法，其特征在于当整车控制器接收到电池电压监测模块、电池电流监测模块或电池温度监测模块传来的故障信息后，立即开始计时，并在计时结束后重新检测电池电压监测模块、电池电流监测模块或电池温度监测模块，若在设定的计时时间内电池的电压、电流或温度一直没有恢复到所设定的阈值内，整车控制器即判断电池发生了电压、电流或温度故障。
7、根据权利要求5或6所述的混合动力汽车电池故障管理系统的管理方法，其特征在于该系统还包含串联设置在电池高压回路中的起保护作用的熔断器，所述电池绝缘监测模块根据电池电压正端、负端对地电压值与正常值的偏差大小不同而向整车控制器发出不同的信息，当电池电压正端、负端对地电压值与正常值的偏差达到设定的阈值后，电池绝缘监测模块发出控制命令至熔断器，控制熔断器熔断以断开电池高压回路。
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