CN103001265B - 动力电池高压输出电气盒 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种动力电池高压输出电气盒，包括：正极继电器、负极继电器、预充电继电器、预充电电阻、电流传感器、监测模块、中央处理器和控制模块。预充电继电器和预充电电阻串联后与正极继电器并联再连接到动力电池的正极与负载电路之间，负极继电器连接在动力电池的负极与负载电路之间，电流传感器串联在正极线上，监测模块分别与电流传感器以及三个继电器与动力电池和负载电路的接线端连接，采集电压和电流信号，中央处理器根据监测模块采集到的电压和电流进行数据处理，控制模块根据中央处理器的数据处理结果控制三个继电器的开关。本发明可以实现动力电池预充电过程和高压输出的监控，保证动力电池和负载电路的安全，提高动力电池的寿命。

Description

动力电池高压输出电气盒

技术领域

本发明涉及汽车电气技术领域，特别涉及一种动力电池高压输出电气盒。 

背景技术

目前，由于能源危机，石油等不可再生资源的日益短缺，以及人们对于环保的日益重视，世界各国纷纷开始开发使用纯电动汽车和混合电动汽车。 

对于混合动力车辆，为了保护电池及负载电路的安全，对动力电池的预充电过程以及动力电池能量输出时的高压及电流监控是非常重要的。 

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术问题之一。 

为达到上述目的，本发明提出一种动力电池高压输出电气盒，包括：负极继电器，所述负极继电器的一端与动力电池的负极连接，所述负极继电器的另一端与负载电路连接；正极继电器，所述正极继电器的一端与所述动力电池的正极连接，所述正极继电器的另一端与所述负载电路连接；预充电继电器，所述预充电继电器的一端与所述动力电池的正极连接，所述预充电继电器的另一端与预充电电阻连接；预充电电阻，所述预充电电阻的一端与所述预充电继电器连接，所述预充电电阻的另一端与所述负载电路连接；第一电流传感器，所述第一电流传感器连接在并联的所述正极继电器和所述预充电继电器与所述动力电池的正极之间；监测模块，所述监测模块分别与所述第一电流传感器、所述负极继电器与所述动力电池的接线端、所述负极继电器与所述负载电路的接线端、所述正极继电器与所述动力电池的接线端、所述正极继电器与所述负载电路的接线端相连，用于采集所述动力电池的正负极电压信号、所述负载电路的正负极电压信号以及所述动力电池的输出电流信号；中央处理器，所述中央处理器与所述监测模块连接，用于接收所述监测模块获取到的动力电池的正负极电压、负载电路的正负极电压和动力电池的输出电流，并对接收到的动力电池的正负极电压、负载电路的正负极电压和动力电池的输出电流进行数据处理，以及存储所述动力电池的正负极电压、负载电路的正负极电压、动力电池的输出电流和所述数据处理的结果；和控制模块，所述控制模块分别与所述中央处理器、所述正极继电器、所述负极继电器和所述预充电继电器连接，用于根据所述中央处理器的数据处理结果控制所述正极继电器、所述负极继电器和所述预充电继电器的闭合和断开。 

在本发明的一个实施例中，所述动力电池高压输出电气盒还包括：通信模块，所述通信模块与所述中央处理器和上层控制单元连接，用于发送所述中央处理器中存储的动力电池的正负极电压、负载电路的正负极电压、动力电池的输出电流和所述中央处理器的数据处理结果，以及接收所述上层控制单元的控制指令，其中所述上层控制单元包括电池管理系统控制单元和整车控制单元。在本发明的一个实施例中，所述第一电流传感器为两通道的电流传感器。在本发明的另一个实施例中，所述动力电池高压输出电气盒还包括第二电流传感器，所述第二电流传感器与所述第一电流传感器串联。 

在本发明的一个实施例中，所述正极继电器、所述负极继电器和所述预充电继电器分别具有两个控制端和两个状态指示端，其中所述控制端用于控制继电器的闭合和断开，所述状态指示端用于指示继电器的闭合和断开。 

在本发明的一个实施例中，所述监测模块进一步包括：隔离监测单元，用于根据所述采集的动力电池的正负极电压信号和负载电路的正负极电压信号计算隔离电阻以进行动力电池的隔离监测。 

在本发明的一个实施例中，所述中央处理器进一步包括：接收单元，用于接收所述动力电池的正负极电压、负载电路的正负极电压和动力电池的输出电流；计算单元，用于根据所述接收到的动力电池的正负极电压、负载电路的正负极电压和动力电池的输出电流计算预充电过程中的预充电电阻的能量和预充电电阻的温度以及各个继电器的寿命；判断单元，用于根据所述接收单元接收到的电压和所述计算单元的计算结果判断所述动力电池的预充电过程是否顺利完成；和存储单元，用于存储所述动力电池的正负极电压、所述负载电路的正负极电压和动力电池的输出电流、以及所述计算单元的计算结果。 

在本发明的一个实施例中，所述计算单元计算各个继电器的寿命，进一步包括：根据各个继电器的电流，参照电流与开关次数的关系表，获取各个继电器的第一开关次数；根据各个继电器的状态指示端的状态指示，获取各个继电器的第二开关次数；以及分别将各个继电器的第一开关次数和第二开关次数相加，获得各个继电器的寿命。 

在本发明的一个实施例中，所述存储单元还用于存储预定的预充电理想电压曲线范围、预定的时间阈值、预定的电压差值范围、预定的预充电电阻的能量允许范围和预定的预充电电阻的温度允许范围。 

根据本发明的一个实施例，所述判断单元根据所述计算单元的计算结果判断所述动力电池的预充电过程是否顺利完成，进一步包括：判断预充电过程的任一时刻的负载正极电压是否在所述预充电理想电压曲线范围内；判断在所述时间阈值内，所述负载正极电压与所述动力电池的正极电压的差值是否达到所述电压差值阈值内；以及判断所述预充电电阻的能量和所述预充电电阻的温度是否在所述预充电电阻的能量允许范围和所述预充电电阻的温度允许范围内，只有当上述三个条件同时满足时，判断所述动力电池的预充电过程顺利完成。 

在本发明的一个实施例中，所述控制模块通过双边驱动控制各个继电器，其中所述双边驱动包括高边驱动和低边驱动，且所述高边驱动为常闭状态。 

根据本发明实施例的动力电池高压输出电气盒，通过实时监测动力电池正负极电压和负载正负极电压以及实时采集动力电池的输出电流，可以实时监控动力电压的高压输出和预充电过程，保护动力电池和负载电路的安全，提高动力电池的寿命。而且，本发明实施例的动力电池高压输出电气盒具有集成度高、安装维修方便的优点。 

在本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。 

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中： 

图1为本发明一个实施例的动力电池高压输出电气盒的示意图。 

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。 

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。 

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。 

根据本发明实施例的动力电池高压输出电气盒，包括：负极继电器、正极继电器、预充电继电器、预充电电阻、电流传感器、监测模块、中央处理器和控制模块。 

其中，负极继电器的一端与动力电池的负极连接，另一端与负载电路连接。正极继电器的一端与动力电池的正极连接，另一端与负载电路连接。预充电继电器的一端与动力电池的正极连接，另一端与预充电电阻连接。预充电电阻的一端与预充电继电器连接，另一端与负载电路连接。电流传感器连接在并联的正极继电器和预充电继电器与动力电池的正极之间。 

监测模块分别与电流传感器、负极继电器与动力电池的负极的接线端、负极继电器与负载电路的接线端、正极继电器与动力电池的正极的接线端和正极继电器与负载电路的接线端相连，用于采集动力电池的正负极电压信号、负载电路的正负极电压信号以及动力电池的输出电流信号。 

中央处理器与监测模块连接，用于接收监测模块获取到的动力电池的正负极电压、负载电路的正负极电压和动力电池的输出电流，并对接收到的电压和电流进行数据处理，以及存储接收到的电压和电流和数据处理后的结果； 

控制模块分别与中央处理器、正极继电器、负极继电器和预充电继电器连接，用于根据中央处理器的数据处理结果控制正极继电器、负极继电器和预充电继电器的闭合和断开。 

根据本发明实施例的动力电池高压输出电气盒，通过实时监测动力电池正负极电压和负载正负极电压以及实时采集动力电池的输出电流，可以实时监控动力电压的高压输出和预充电过程，保护动力电池和负载电路的安全，提高动力电池的寿命。 

下面结合图1详细描述本发明实施例的动力电池高压输出电气盒。 

如图1所示，根据本发明一个实施例的动力电池高压输出电气盒，包括主盒体1和监控室2。主盒体1内安装高压电路部分，监控室2内安装监控电路部分。 

具体地，主盒体1内设置三个继电器(正极继电器110、负极继电器120和预充电继电器130)、预充电电阻140和第一电流传感器150。预充电继电器130和预充电电阻140串联后与正极继电器110并联，其前端(如图1所示的箭头方向A)的接线柱连接到主盒体1上的第一高压接线口161，第一高压接线口161连接到动力电池的正极，其后端(如图1所示的箭头方向B)的接线柱连接到主盒体1上的第二高压接线口162，第二高压接线口162连接到负载电路。同样，负载继电器120的前端接线柱连接到主盒体1上的第三高压接线口163，第三高压接线口163连接到动力电池的负极，负载继电器120的后端接线柱连接到第四高压接线口164，第四高压接线口164连接到负载电路。第一电流传感器150设置在并联的正极继电器110和预充电继电器130与动力电池的正极之间，用于采集高压电路的输出电流。应理解，第一电流传感器150也可设在负极继电器120与动力电池的负极之间。 

此外，在四个高压接口161-164处分别设定四个电压监测点，这四个点的电压分别为动力电池的正负极电压和负载电路的正负极电压。 

监控室2内设置有监测模块210、中央处理器220和控制模块230。监测模块210分别与四个电压监测点和第一电流传感器150连接，采集动力电池的正负极电压、负载电路的正负极电压和高压电路的电流。中央处理器220与监测模块210连接，接收监测模块210获取到的电压和电流，并对其进行数据处理，以及存储接收到的电压和电流和数据处理的结果。控制模块230分别与中央处理器220和三个继电器相连，根据中央处理器的数据处理结果控制三个继电器的闭合和断开。 

在本发明的实施例中，监控室2内还可设置有通信模块240。通信模块240与中央处理器220和上层控制单元连接，用于发送中央处理器中存储的采集到的电压和电流以及数据处理结果，并接收上层控制单元的控制指令，其中上层控制单元可包括电池管理系统控制单元和整车控制单元。例如，通信模块240可通过CAN总线与上层控制单元通信。 

在本发明的一个实施例中，主盒体1内还可设置有第二电流传感器(图中未示出)，第二电流传感器与第一电流传感器150串联，作为第一电流传感器150的备用，以防止第一电流传感器150坏掉。应理解，备用的第二电流传感器的精度可比第一电流传感器150的精度低一点。 

或者，在本发明的另一个实施例中，第一电流传感器150为两通道的电流传感器。 

在本发明的一个实施例中，每个继电器都有两个控制端和两个状态指示端，其中控制端用于控制继电器的闭合和断开，状态指示端用于指示继电器的闭合和断开。当状态指示端为通路时，表示继电器闭合，当状态指示端为断路时，表示继电器断开。由此，可以监测继电器的状态。 

根据四个电压监测点的电压和第一电流传感器150采集到的电流可以实时监测动力电池的预充电过程和高压输出过程。 

具体地，可在监测模块210内设置隔离监测单元，例如设置隔离监测芯片，根据采集到的动力电池的正负极电压和负载电路的正负极电压进行隔离电阻的计算，完成动力电池的隔离检测。其中，隔离电阻为动力电池与车体之间的绝缘电阻，具体的计算过程可参照现有技术，此处为了简单起见，不再赘述。 

中央处理器220可完成预充电过程的检测和继电器的寿命检测。具体地，中央处理器220可包括接收单元221、计算单元222、判断单元223和存储单元224。接收单元221用于接收动力电池的正负极电压、负载电路的正负极电压和动力电池的输出电流。计算单元222根据接收到的动力电池的正负极电压、负载电路的正负极电压和动力电池的输出电流计算预充电过程中的预充电电阻的能量和预充电电阻的温度以及各个继电器的寿命。判断单元223根据接收单元221接收到的电压和计算单元222的计算结果判断动力电池的预充电过程是否顺利完成。存储单元224用于存储接收单元221接收到的电压和电流和计算单元222的计算结果。 

更具体地，各个继电器的寿命计算可分为两部分，一部分是由统计各个继电器的状态指示端所获得的各个继电器的开关次数，另一部分是根据流过各个继电器的电流，参照预设的电流值与开关次数的对照关系表折算出的开关次数，将两个部分的开关次数相加即可得到各个继电器的寿命。其中，流过负极继电器120的电流即为第一电流传感器150采集到的电流值，流过预充电继电器130的电流可通过预充电继电器130的电压和预充电电阻140的阻值计算出，流过正极继电器110的电流可通过计算流过负极继电器120的电流与流过预充电继电器130的电流的差值得到。 

在本发明的一个示例中，中央处理器220的存储单元224内还可存储预定的预充电理想电压曲线范围、预定的时间阈值、预定的电压差值阈值、预定的预充电电阻的能量允许范围和预定的预充电电阻的温度允许范围。根据这些预定的参数结合监测模块210采集到的电压和电流判断可判断动力电池的预充电过程是否顺利完成。 

进一步地，对预充电过程的负载电路的正极电压曲线进行监测，判断预充电过程的任一时刻的负载正极电压是否在预定的预充电理想电压曲线范围内；并判断在预定的时间阈值内，负载正极电压与动力电池的正极电压的差值是否达到预定的电压差值范围内；以及在预充电过程中根据采集到的电压和电流计算通过预充电电阻140的能量，并根据预充电的时间估计预充电电阻140的温度，将计算出的能量值和温度值与预定的能量允许范围和温度允许范围进行比较，判断其是否在预定的预充电电阻的能量允许范围和温度允许范围内。只有上述三个条件同时满足时，才判断动力电池的预充电过程顺利完成。只要有一个条件不满足，则判断动力电池的预充电过程出现错误，紧急断开三个继电器，结束预充电过程，并可将必要信息通过通信模块240发送到上层控制单元。 

三个继电器的控制可以由控制模块230通过高边或者低边驱动实现。在本发明的一个实施例中，采用双边驱动。一般情况下，通过低边驱动控制继电器。高边驱动是常闭状态，只有在紧急情况下断开，以便在低边驱动出现故障时断开继电器，以达到安全的目的。 

根据本发明实施例的动力电池高压输出电气盒，通过实时监测动力电池正负极电压和负载正负极电压以及实时采集动力电池的输出电流，可以实时监控动力电压的高压输出和预充电过程，保护动力电池和负载电路的安全，提高动力电池的寿命。而且，本发明实施例的动力电池高压输出电气盒具有集成度高、安装维修方便的优点。 

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。 

Claims (11)

1.一种动力电池高压输出电气盒，其特征在于，包括：

负极继电器，所述负极继电器的一端与动力电池的负极连接，所述负极继电器的另一端与负载电路连接；

正极继电器，所述正极继电器的一端与所述动力电池的正极连接，所述正极继电器的另一端与所述负载电路连接；

预充电继电器，所述预充电继电器的一端与所述动力电池的正极连接，所述预充电继电器的另一端与预充电电阻连接；

预充电电阻，所述预充电电阻的一端与所述预充电继电器连接，所述预充电电阻的另一端与所述负载电路连接；

第一电流传感器，所述第一电流传感器连接在并联的所述正极继电器和所述预充电继电器与所述动力电池的正极之间；

监测模块，所述监测模块分别与所述第一电流传感器、所述负极继电器与所述动力电池负极的接线端、所述负极继电器与所述负载电路的接线端、所述正极继电器与所述动力电池正极的接线端、所述正极继电器与所述负载电路的接线端相连，用于采集所述动力电池的正负极电压信号、所述负载电路的正负极电压信号以及所述动力电池的输出电流信号；

中央处理器，所述中央处理器与所述监测模块连接，用于接收所述监测模块获取到的动力电池的正负极电压、负载电路的正负极电压和动力电池的输出电流，并对接收到的动力电池的正负极电压、负载电路的正负极电压和动力电池的输出电流进行数据处理，以及存储所述动力电池的正负极电压、负载电路的正负极电压、动力电池的输出电流和所述数据处理的结果；和

控制模块，所述控制模块分别与所述中央处理器、所述正极继电器、所述负极继电器和所述预充电继电器连接，用于根据所述中央处理器的数据处理结果控制所述正极继电器、所述负极继电器和所述预充电继电器的闭合和断开。

2.根据权利要求1所述的动力电池高压输出电气盒，其特征在于，还包括：

通信模块，所述通信模块与所述中央处理器和上层控制单元连接，用于发送所述中央处理器中存储的动力电池的正负极电压、负载电路的正负极电压、动力电池的输出电流和所述中央处理器的数据处理结果，以及接收所述上层控制单元的控制指令，其中所述上层控制单元包括电池管理系统控制单元和整车控制单元。

3.根据权利要求1所述的动力电池高压输出电气盒，其特征在于，所述第一电流传感器为两通道的电流传感器。

4.根据权利要求1所述的动力电池高压输出电气盒，其特征在于，还包括：

第二电流传感器，所述第二电流传感器与所述第一电流传感器串联。

5.根据权利要求1所述的动力电池高压输出电气盒，其特征在于，所述正极继电器、所述负极继电器和所述预充电继电器分别具有两个控制端和两个状态指示端，其中所述控制端用于控制继电器的闭合和断开，所述状态指示端用于指示继电器的闭合和断开。

6.根据权利要求1所述的动力电池高压输出电气盒，其特征在于，所述监测模块进一步包括：

隔离监测单元，用于根据所述采集的动力电池的正负极电压信号和负载电路的正负极电压信号计算隔离电阻以进行动力电池的隔离监测。

7.根据权利要求1所述的动力电池高压输出电气盒，其特征在于，所述中央处理器进一步包括：

接收单元，用于接收所述动力电池的正负极电压、负载电路的正负极电压和动力电池的输出电流；

计算单元，用于根据所述接收到的动力电池的正负极电压、负载电路的正负极电压和动力电池的输出电流计算预充电过程中的预充电电阻的能量和预充电电阻的温度以及各个继电器的寿命；

判断单元，用于根据所述接收单元接收到的电压和所述计算单元的计算结果判断所述动力电池的预充电过程是否顺利完成；和

存储单元，用于存储所述动力电池的正负极电压、所述负载电路的正负极电压和动力电池的输出电流、以及所述计算单元的计算结果。

8.根据权利要求7所述的动力电池高压输出电气盒，其特征在于，所述计算单元计算各个继电器的寿命，进一步包括：

根据各个继电器的电流，参照电流与开关次数的关系表，获取各个继电器的第一开关次数；

根据各个继电器的状态指示端的状态指示，获取各个继电器的第二开关次数；以及

分别将各个继电器的第一开关次数和第二开关次数相加，获得各个继电器的寿命。

9.根据权利要求7所述的动力电池高压输出电气盒，其特征在于，所述存储单元还用于存储预定的预充电理想电压曲线范围、预定的时间阈值、预定的电压差值范围、预定的预充电电阻的能量允许范围和预定的预充电电阻的温度允许范围。

10.根据权利要求9所述的动力电池高压输出电气盒，其特征在于，所述判断单元根据所述计算单元的计算结果判断所述动力电池的预充电过程是否顺利完成，进一步包括：

判断预充电过程的任一时刻的负载正极电压是否在所述预充电理想电压曲线范围内；

判断在所述时间阈值内，所述负载正极电压与所述动力电池的正极电压的差值是否达到电压差值阈值内；以及

判断所述预充电电阻的能量和所述预充电电阻的温度是否在所述预充电电阻的能量允许范围和所述预充电电阻的温度允许范围内，

只有当上述三个条件同时满足时，判断所述动力电池的预充电过程顺利完成。

11.根据权利要求1所述的动力电池高压输出电气盒，其特征在于，所述控制模块通过双边驱动控制各个继电器，其中所述双边驱动包括高边驱动和低边驱动，且所述高边驱动为常闭状态。