CN103770655A - 一种动力电池的高压保护系统及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种动力电池的高压保护系统，所述系统包括整车控制器、碰撞开关、第一继电器、第二继电器、动力电池管理模块以及电源，动力电池管理模块包括用于提供高压电的动力电池、动力电池控制器以及与所述动力电池连接的第三继电器组，所述电源、第一继电器、碰撞开关以及第二继电器控制端依次串联形成第一控制回路，所述电源、第二继电器、第三继电器组控制端、动力电池控制器依次串联形成第二控制回路。该系统的可靠性较高且不会增加开发成本。

Description

一种动力电池的高压保护系统及车辆
技术领域
本发明涉及动力电池领域，尤其涉及一种动力电池的高压保护系统及车辆。
背景技术
随着混合动力车和电动车的发展，动力电池作为混合动力车和电动车的关键部件，对整车动力性、经济性和安全性都具有重大影响。为了满足混合动力车和电动车上的能量需求，动力电池组通常都是由几十个甚至上百个单体电池串联起来为混合动力车和电动车提供能量，动力电池的总电压一般可达到300V。混合动力车和电动车在碰撞过程中，高压动力电池，高压接插件和线束都有可能被碰撞过程中，随着车辆的变形而被挤压或破坏，导致高压系统短路或者漏电事故的发生即引起二次事故发生，因此必须保证车辆在碰撞事故中，及时断开高压系统的连接，保证驾驶员和乘客的人身安全。
在现有中，一般通过电控ECU单元（如动力电池管理系统，电机控制器）的绝缘监测功能，检测是否有短路或者漏电事故的发生，如果发现有短路或者漏电事故，则通过电控ECU单元控制低压控制回路停止工作，以断开动力电池的高压输出。但是该方案需要电控ECU单元的逻辑判断，对故障的反应动作时间较慢，而且电控ECU单元的检测和控制回路，在长时间的运行后，可靠性会降低。另外一种方案是根据安全气囊ECU处发送的碰撞信号，电控ECU单元控制低压控制回路停止工作，以断开动力电池的高压输出，但是该方案必须要求电动汽车配置有安全气囊，同时要求安全气囊的碰撞感应位置必须跟动力电池的布置位置一致，考虑到当前绝大部分配备安全气囊的车辆，碰撞感应位置一般都在前部或者侧部，而电池多安装在后部，因此该方案会可能会导致安全气囊的设计变更，从而导致开发成本上升。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，提供一种动力电池的高压保护系统，可靠性较高且不会增加开发成本。
本发明提供一种动力电池的高压保护系统，一种动力电池的高压保护系统，其特征在于：所述系统包括整车控制器、碰撞开关、第一继电器、第二继电器、动力电池管理模块以及电源，所述电源、第一继电器、碰撞开关以及第二继电器控制端依次串联形成第一控制回路，所述电源、第二继电器、动力电池管理模块依次串联形成第二控制回路；其中，
整车控制器，与第一继电器控制端电连接，用于输出闭合或断开的控制信号至第一继电器控制端；
电源，用于当第一继电器闭合且碰撞开关闭合时，给第二继电器的控制端供电；当第一继电器断开或碰撞开关断开时，停止给第二继电器控制端供电；
动力电池管理模块，用于当电源给第二继电器控制端供电时，输出高压电，以及电源停止给第二继电器控制端供电时，停止输出高压电。
进一步，所述整车控制器包括主控单元以及与主控单元电连接的数字量输出单元，第一继电器控制端分别与数字量输出单元和电源电连接。
进一步，所述整车控制器还包括与主控单元电连接的第一检测单元；第一检测单元，用于检测第一控制回路的工作状态；主控单元，还用于当第一检测单元到第一控制回路正常，且数字量输出单元未输出闭合信号至第一继电器控制端时，输出第一继电器的异常信号。
进一步，第一检测单元的输入端连接在所述碰撞开关与第二继电器控制端之间。
进一步，所述动力电池管理模块包括可提供高压电的动力电池、动力电池控制器以及与所述动力电池连接的第三继电器组，所述电源、第二继电器、第三继电器组控制端、动力电池控制器依次串联形成第二控制回路；
动力电池控制器，与第三继电器组控制端电连接，用于输出闭合或断开的控制信号至第三继电器组控制端；
所述电源，还用于当电源给第二继电器供电且第三继电器组控制端接收到动力电池控制器的闭合信号时，给第三继电器组控制端供电；
所述动力电池，用于当电源给第三继电器组控制端供电时，输出高压电，以及电源停止给第三继电器组控制端供电时，停止输出高压电。
进一步，所述动力电池控制器包括动力电池控制单元、高压正极数字量输出单元、高压负极数字量输出单元和高压预充数字量输出单元，所述第三继电器组包括分别动力电池连接的高压正极继电器、高压负极继电器和高压预充继电器；
动力电池控制单元，用于当动力电池管理模块上电正常时，得到闭合的控制信号，否则得到断开的控制信号；
高压正极数字量输出单元，与高压正极继电器控制端连接，用于将动力电池控制单元闭合或断开的控制信号输出至高压正极继电器控制端；
高压负极数字量输出单元，与高压负极继电器控制端连接，用于将动力电池控制单元闭合或断开的控制信号输出至高压负极继电器控制端；
高压预充数字量输出单元，与高压预充继电器控制端连接，用于将动力电池控制单元闭合或断开的控制信号输出至高压预充继电器控制端。
进一步，所述动力电池控制器还包括动力电池控制单元、第二检测单元和第三检测单元；
第二检测单元，用于检测第一控制回路的工作状态；
第三检测单元，用于检测第二控制回路的工作状态；
动力电池控制单元，用于当第一控制回路停止工作，且第二控制回路正常工作时，输出第二继电器的异常信号。
进一步，所述第二检测单元的输入端连接在所述碰撞开关与第二继电器控制端之间，第三检测单元的输入端连接在第二继电器与第三继电器组控制端之间。
进一步，所述动力电池管理模块还包括动力电池高压互锁单元，所述动力电池高压互锁单元串联在所述碰撞开关与第二继电器控制端之间。
进一步，所述系统包括串联在所述碰撞开关与第二继电器控制端之间的至少一个高压互锁单元。
本发明还提供一种车辆，包括上述的高压保护系统和与所述高压保护系统连接的高压系统；
所述高压保护系统，用于当车辆发生碰撞时，碰撞开关断开，所述高压保护系统的动力电池停止给所述高压系统供电。
从上述的方案可以看出，在碰撞开关断开时，通过两级控制回路的连接断开，就可以使得动力电池无法输出高压电，不需要电控ECU单元的逻辑判断，就可以防止由于高压系统短路或漏电产生的二次事故，可靠性较高且不会增加开发成本。
附图说明
图1为本发明动力电池的高压保护系统一种实施例的结构框图；
图2为本发明动力电池的高压保护系统另一种实施例的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种实施例的动力电池的高压保护系统，如图1所示，所述系统包括整车控制器1、碰撞开关2、第一继电器3、第二继电器4、动力电池管理模块5以及电源6，所述电源6、第一继电器3、碰撞开关2以及第二继电器控制端依次串联形成第一控制回路，所述电源6、第二继电器4、动力电池管理模块5依次串联形成第二控制回路；
整车控制器1，与第一继电器3控制端电连接，用于输出闭合或断开的控制信号至第一继电器3控制端；
动力电池控制器52，与第三继电器组53控制端电连接，用于输出闭合或断开的控制信号至第三继电器组53控制端；
电源6，用于当第一继电器3闭合且碰撞开关2闭合时，给第二继电器的控制端供电，以及当第二继电器4闭合时即电源6给第二继电器4的控制端供电时，动力电池管理模块5输出高电压，也就是说当第二继电器4闭合且第三继电器组53控制端接收到动力电池控制器52的闭合信号时，给第三继电器组53控制端供电；当第一继电器3断开或碰撞开关2断开时，停止给第二继电器4控制端供电，那么此时动力电池管理模块5停止输出高电压。
在具体实施中，如图1所示，当动力电池管理模块5包括用于提供高压电的动力电池51、动力电池控制器52以及与所述动力电池51连接的第三继电器组53时，所述电源6、第二继电器4、第三继电器组53控制端、动力电池控制器52依次串联形成第二控制回路；
动力电池控制器52，与第三继电器组53控制端电连接，用于输出闭合或断开的控制信号至第三继电器组53控制端；
所述电源6，还用于当电源6给第二继电器4供电且第三继电器组53控制端接收到动力电池控制器52的闭合信号时，给第三继电器组53控制端供电即第三继电器组53闭合；
所述动力电池51，用于当电源6给第三继电器组53控制端供电即第三继电器组53闭合时，输出高压电，以及电源6停止给第三继电器组53控制端供电即第三继电器组53断开时，停止输出高压电。
这里的继电器通常包括一个输入端，一个输出端和一个控制端，当控制端接收到闭合控制信号时，继电器的输入端与输出端之间导通，电流从输入端流向输出端，而控制端通常为线圈，通过闭合或断开的控制信号给线圈，以对线圈进行供电或断电的操作，从而控制继电器闭合或断开。另外当继电器的控制端分别与电源和继电器的控制单元电连接，则需要控制单元输出闭合的控制信号，电源才会可以给继电器供电，继电器才能处于闭合导通状态，当控制单元不输出闭合的控制信号或电源连接其中一个条件不满足时，继电器就会断开。而当继电器的控制端分别与电源和地连接时，不需要控制信号，电源也可以给继电器供电，那么继电器就处于闭合导通状态的。
由于整车控制器1上电自检完成之后，如果一切状态正常，整车控制器1便会输出闭合的控制信号至第一继电器3控制端，第一继电器3闭合，在初始状态时，碰撞开关2也是闭合的，第二继电器4控制端串联在第一控制回路中，第二继电器4必然会闭合，因此第一控制回路处于工作状态。同时动力电池控制器52也会进行上电自检，如果自检完成之后一切状态正常，动力电池控制器52也会输出闭合的控制信号至第三继电器组53控制端，第三继电器组53闭合，此时第二控制回路也处于工作状态，当第三继电器组53闭合时，动力电池51才能通过第三继电器组53给高压系统提供高压电，从而使得混合动力车或电动车完成高压电上电。但是如果在车辆行驶的过程中，发生碰撞事故时，碰撞开关2由于碰撞过程中的惯性力作用而断开，因此碰撞开关2所在的第一控制回路停止工作，那么第二继电器4也就断开，第二继电器4所在的第二控制回路也必然断开，动力电池51也就无法给高压系统提供高压电而避免了二次事故的发生。
从上述方案可以看出，在碰撞开关2断开时，通过两级控制回路的连接断开，就可以使得动力电池无法输出高压电，不需要电控ECU单元的逻辑判断，就可以防止由于高压系统短路或漏电产生的二次事故，可靠性较高且不会增加开发成本。
在具体实施中，图2为另一种实施例的动力电池的高压保护系统。如图2所示，所述整车控制器1包括主控单元11，与主控单元11电连接的数字量输出单元12以及与主控单元11电连接的第一检测单元13，主控单元11通过数字量输出单元12将闭合或断开的控制信号输出至第一继电器3控制端，第一继电器3控制端分别与数字量输出单元12和电源6电连接。第一检测单元13用于检测第一控制回路的工作状态，第一检测单元13的输入端连接在所述碰撞开关与第二继电器控制端之间，第一检测单元13的输出端与主控单元11连接，将检测到的状态输出至主控单元11。主控单元11还用于当第一检测单元13检测到第一控制回路正常工作，且数字量输出单元12未输出闭合信号至第一继电器3控制端时，输出第一继电器3的异常信号至车辆故障系统，也就是说，当数字量输出单元12为输出闭合信号至第一继电器3控制端时，第一继电器3是无法导通的，但是如果检测到第一控制回路正常工作，说明第一继电器3必然是导通的，在没有收到闭合控制信号时，第一继电器3就导通，则说明第一继电器3发生粘合，出现故障。为了提高高压保护系统的安全性和可靠性，主控单元11输出第一继电器3的异常信号至车辆故障系统，以请求更换第一继电器3。
在具体实施中，电源6可以是一个低压电源，也可以是两个电源。如图2所示，电源6包括第一低压电源61和第二低压电源62，第一低压电源61串联在第一控制回路中，第二低压电源62串联在第二控制回路中。
优选地，如图2所示，所述动力电池控制器52包括动力电池控制单元521、高压正极数字量输出单元522、高压负极数字量输出单元523和高压预充数字量输出单元524，所述第三继电器组53包括分别动力电池连接的高压正极继电器531、高压负极继电器532和高压预充继电器533；
动力电池控制单元521，用于当动力电池管理模块上电正常时，得到闭合的控制信号，否则得到断开的控制信号；
高压正极数字量输出单元522，与高压正极继电器531控制端连接，用于将动力电池控制单元521闭合或断开的控制信号输出至高压正极继电器控制端；
高压负极数字量输出单元523，与高压负极继电器532控制端连接，用于将动力电池控制单元521闭合或断开的控制信号输出至高压负极继电器控制端；
高压预充数字量输出单元524，与高压预充继电器533控制端连接，用于将动力电池控制单元521闭合或断开的控制信号输出至高压预充继电器控制端。
进一步，所述动力电池控制器52还包括第二检测单元525和第三检测单元526，第二检测单元525检测第一控制回路的工作状态，所述第二检测单元525的输入端连接在所述碰撞开关2与第二继电器控制端之间，所述第二检测单元525的输出端与动力电池控制单元521连接；
第三检测单元526检测第二控制回路的工作状态，第三检测单元的输入端连接在第二继电器4与第三继电器组53控制端之间，所述第三检测单元526的输出端与动力电池控制单元521连接；
动力电池控制单元521，还用于当第一控制回路停止工作，且第二控制回路正常工作时，输出第二继电器4的异常信号。
在具体实施中，动力电池控制单元521进行上电自检，如果自检完成之后一切状态正常，动力电池控制单元521通过高压正极数字量输出单元522、高压负极数字量输出单元523和高压预充数字量输出单元524将闭合的控制信号输出至第三继电器组53控制端即高压正极继电器531、高压负极继电器532和高压预充继电器533控制端，高压正极继电器531、高压负极继电器532和高压预充继电器533控制端闭合，此时第二控制回路也处于工作状态，当第三继电器组53闭合时，动力电池51给高压系统提供高压，从而使得混合动力车或电动车完成高压电的上电。但是如果第二检测单元525和第三检测单元526检测到第一控制回路停止工作，但是第二控制回路正常工作时，由于第一控制回路停止工作的话，第二控制回路是不可能正常工作的，因此说明第二继电器4发生粘合，出现故障。为了提高高压保护系统的安全性和可靠性，动力电池控制单元521输出第二继电器4的异常信号至车辆故障系统，以请求更换第二继电器4。
在具体实施中，由于动力电池是高压系统，因此所述动力电池管理模块5还包括动力电池高压互锁单元56，所述动力电池高压互锁单元56串联在所述碰撞开关2与第二继电器4控制端之间，即串联在第一控制回路中。所述高压系统是指车辆中需要接入动力电池高压的部件，可以是电机控制器，电机，电动空调压缩机，DC/DC等，此处用高压系统泛指电动汽车中需要接入动力电池高压的所有部件。高压系统中应包含高压互锁装置，因此根据高压系统的数量，所述系统还包括串联在所述碰撞开关2与第二继电器4控制端之间的至少一个高压互锁单元，本实施例中，高压互锁单元为两个，第一高压互锁单元7以及第二高压互锁单元8，串联在所述碰撞开关2与动力电池高压互锁单元56，也是串联在第一控制回路中。
优选地，为了使第一检测单元13、第二检测单元525和第三检测单元526的检测结果更加准确，所述第一检测单元13的输入端连接在动力电池高压互锁单元56与第二继电器4的控制端之间，所述第二检测单元525的输入端也是连接在动力电池高压互锁单元56与第二继电器4的控制端之间，能更好的检测第一控制回路的状态。第三检测单元526串联在第二继电器4和高压正极继电器531、高压负极继电器532和高压预充继电器533控制端之间，能更好的检测第二控制回路的状态。
当系统进行上电自检且一切状态正常时，主控单元11通过数字量输出单元12输出闭合的控制信号至第一继电器3控制端，第一继电器3闭合，在初始状态时，碰撞开关2、第一高压互锁单元7、第二高压互锁单元8以及动力电池高压互锁单元56也是闭合的，第二继电器4控制端串联在第一控制回路中，第二继电器4必然会闭合，因此第一控制回路处于工作状态。同时动力电池管理模块5也会进行上电自检且一切状态正常时，动力电池控制单元521通过高压正极数字量输出单元522、高压负极数字量输出单元523和高压预充数字量输出单元524分别将闭合的控制信号输出至高压正极继电器531、高压负极继电器532和高压预充继电器533控制端，高压正极继电器531、高压负极继电器532和高压预充继电器533均闭合，此时第二控制回路也处于工作状态，当高压正极继电器531、高压负极继电器532和高压预充继电器533均闭合时，动力电池51通过高压正极继电器531、高压负极继电器532和高压预充继电器533给高压系统提供高压电，从而使得混合动力车或电动车完成高压电上电。但是如果在车辆行驶的过程中，发生碰撞事故时，碰撞开关2由于碰撞过程中的惯性力作用而断开，因此碰撞开关2所在的第一控制回路停止工作，那么第二继电器4也就断开，第二继电器4所在的第二控制回路也必然断开，动力电池51也就无法给高压系统提供高压电，从而在碰撞事故发生后，由于高压系统短路或漏电产生的二次事故，而且由于碰撞事故发生后，通过两级控制回路的连接关系，就可以将高压电断开，电路的导通速度快且可靠性高，使得该保护系统的可靠性较高且不会增加开发成本。
本发明还提供一种车辆，包括上述的高压保护系统和与所述高压保护系统连接的高压系统；
所述高压保护系统，用于当车辆发生碰撞时，碰撞开关断开，所述高压保护系统的动力电池停止给所述高压系统供电。
由于当车辆发生碰撞时，碰撞开关断开，通过两级控制回路的连接断开，就可以使得动力电池无法输出高压电，所述高压保护系统的动力电池也就停止给所述高压系统供电，不需要电控ECU单元的逻辑判断，就可以防止由于高压系统短路或漏电产生的二次事故，因此车辆的可靠性较高且不会增加开发成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种动力电池的高压保护系统，其特征在于：所述系统包括整车控制器、碰撞开关、第一继电器、第二继电器、动力电池管理模块以及电源，所述电源、第一继电器、碰撞开关以及第二继电器控制端依次串联形成第一控制回路，所述电源、第二继电器、动力电池管理模块依次串联形成第二控制回路；其中，
整车控制器，与第一继电器控制端电连接，用于输出闭合或断开的控制信号至第一继电器控制端；
电源，用于当第一继电器闭合且碰撞开关闭合时，给第二继电器的控制端供电；当第一继电器断开或碰撞开关断开时，停止给第二继电器控制端供电；
动力电池管理模块，用于当电源给第二继电器控制端供电时，输出高压电，以及电源停止给第二继电器控制端供电时，停止输出高压电。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述整车控制器包括主控单元以及与主控单元电连接的数字量输出单元，第一继电器控制端分别与数字量输出单元和电源电连接；
主控单元，用于当系统上电正常时，得到闭合的控制信号，否则得到断开的控制信号。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于：所述整车控制器还包括与主控单元电连接的第一检测单元；
第一检测单元，用于检测第一控制回路的工作状态；
主控单元，还用于当第一检测单元检测到第一控制回路正常工作，且数字量输出单元未输出闭合信号至第一继电器控制端时，输出第一继电器的异常信号。
4.如权利要求2所述的系统，其特征在于：第一检测单元的输入端连接在所述碰撞开关与第二继电器控制端之间。
5.如权利要求1-4任意一项所述的系统，其特征在于：所述动力电池管理模块包括可提供高压电的动力电池、动力电池控制器以及与所述动力电池连接的第三继电器组，所述电源、第二继电器、第三继电器组控制端、动力电池控制器依次串联形成第二控制回路；
动力电池控制器，与第三继电器组控制端电连接，用于输出闭合或断开的控制信号至第三继电器组控制端；
所述电源，还用于当电源给第二继电器供电且第三继电器组控制端接收到动力电池控制器的闭合信号时，给第三继电器组控制端供电；
所述动力电池，用于当电源给第三继电器组控制端供电时，输出高压电，以及电源停止给第三继电器组控制端供电时，停止输出高压电。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于：所述动力电池控制器包括动力电池控制单元、高压正极数字量输出单元、高压负极数字量输出单元和高压预充数字量输出单元，所述第三继电器组包括分别动力电池连接的高压正极继电器、高压负极继电器和高压预充继电器；
动力电池控制单元，用于当动力电池管理模块上电正常时，得到闭合的控制信号，否则得到断开的控制信号；
高压正极数字量输出单元，与高压正极继电器控制端连接，用于将动力电池控制单元闭合或断开的控制信号输出至高压正极继电器控制端；
高压负极数字量输出单元，与高压负极继电器控制端连接，用于将动力电池控制单元闭合或断开的控制信号输出至高压负极继电器控制端；
高压预充数字量输出单元，与高压预充继电器控制端连接，用于将动力电池控制单元闭合或断开的控制信号输出至高压预充继电器控制端。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于：所述动力电池控制器还包括动力电池控制单元、第二检测单元和第三检测单元；
第二检测单元，用于检测第一控制回路的工作状态；
第三检测单元，用于检测第二控制回路的工作状态；
动力电池控制单元，用于当第一控制回路停止工作，且第二控制回路正常工作时，输出第二继电器的异常信号。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于：所述第二检测单元的输入端连接在所述碰撞开关与第二继电器控制端之间，第三检测单元的输入端连接在第二继电器与第三继电器组控制端之间。
9.如权利要求5所述的系统，其特征在于：所述动力电池管理模块还包括动力电池高压互锁单元，所述动力电池高压互锁单元串联在所述碰撞开关与第二继电器控制端之间。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述系统包括串联在所述碰撞开关与第二继电器控制端之间的至少一个高压互锁单元。
11.一种车辆，其特征在于：包括如权利要求1-10任意一项所述的高压保护系统和与所述高压保护系统连接的高压系统；
所述高压保护系统，用于当车辆发生碰撞时，碰撞开关断开，所述高压保护系统的动力电池停止给所述高压系统供电。
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