CN104300597A - 电动汽车充电系统高压环路互锁结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电动汽车充电系统高压环路互锁结构及方法，为了解决电动汽车系统的设计中，没有考虑人员操作的安全，可能出现高压插接件断开或者零部件外盖打开，零部件仍然带高压电的情况，会产生带电操作的危险，所述的高压环路互锁结构即为充电互锁系统，包括锂离子电池包系统1、车载充电器总成2、充电器高压输入转接线束3、内接线束充电口4和外接线束充电口5五个器件、高压线缆、高压插接件和线束对插件的四个环路互锁，此连接结构设计成本低、有环路互锁故障判断功能，有充电器充电和READY启动的互锁保护功能，完全满足现代电动汽车需求，高压安全保护更可靠。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车充电系统领域,特别涉及电动汽车充电系统高压环路互锁结构及方法。
背景技术
电动车辆包括混合动力汽车和纯电动汽车，在电动车辆中，原来由内燃机驱动的车轮、空压机、转向泵、空调压缩机等机械系统都需要由大功率电机驱动，这些大功率电机就需要有高压电源提供电力。目前大部分电动车辆无高压互锁保护功能，当接插件出现脱落时容易造成高压线路漏电，一方面会导致车内部件损坏，另一方面还会危及驾乘人员的人身安全
目前，混合动力汽车及纯电动汽车高压系统的电压已经远远超过了人体的安全电压。因此在设计过程中，出于人身安全的考虑，需要在高压系统中加入高压互锁结构及相关的回路，防止非专业人员操作造成人身安全损伤的情况。
高压互锁电连接器在工业产品上，例如汽车电连接器上，具有广泛的应用。连接器的高压互锁功能是汽车电连接器领域的一个特殊要求，主要是两段式分离(例如5秒钟停顿)规则。具体地，首先是连接器中的低压控制电路，即高压互锁回路断开，在停顿约5秒钟之后，高压电源或者高压装置中所存储的电能被释放，再断开连接器的高压回路。
目前一般的高压互锁(HVIL)连接都是与混合动力车(HEV)连接器整合在一起，其中的弊端是需要增加混合动力车(HEV)连接器的尺寸，另外有些混合动力车(HEV)连接器在车中的位置不便于客户操作。
现有技术中主要存在如下两种高压互锁连接器结构：
第一种是分体式外置高压互锁结构，其主要由公端对配件和线束侧对配件组成，在线束侧对配件上设有高压互锁连接器。具体装配时，首先将线束侧对配件插置到公端对插件中，完全卡扣后，推动线束侧对配件上的高压互锁连接器至完全到位。该结构的高压互锁连接器存在如下缺陷：1、安装较为复杂，该结构需要在高压互锁连接器到位后进一步装配相应的锁止结构；此外，产品的生产工艺也相对繁琐，不利于控制成本。2、在没有装配公端对配件和线束侧对配件的情况下，可以将线束侧对配件上的高压互锁连接器直接进行装配。也就是说，一旦 高压互锁连接器装配好后，公端对插件和线束侧对配件中的高压回路便带有高压电，操作人员一旦触碰，就会有触电的安全隐患，及其危险。
第二种是与连接器壳体一体的内置式高压互锁结构，其主要是通过行程差来实现高压互锁功能，其存在如下缺陷：1、无法实现二次锁的防漏装功能，实际装配过程中，如果二次锁未装配，不影响连接器的功能和使用，会造成二次锁漏装的风险。2、在断开公端对配件和线束侧对配件的过程中，高压互锁回路断开与充电高压回路断开的时间间隔太短，系统还不能及时断开高压电，极易产生电弧，造成拔出公端对配件和线束侧对配件的过程带电操作，影响该连接结构的可靠性和安全性。
目前，在已知技术中，与本发明技术效果相近似的技术材料有：
专利号为CN 202138321U的专利，它主要的内容是一种电动汽车充电互锁回路的连接结构，包括高压线缆、电机控制器,高压接插件、充电机、高压电器盒和电池，其特征在于:电池通过高压线缆和高压接插件与高压电器盒连接在一起，电机控制器、充电机通过高压线缆和高压接插件分别与高压电器盒连接。
这个技术的优点有：该连接结构可以避免高压部件在安装、维修过程中出现带电操作，提供了电动车使用的安全性，且该方案易于实现、结构简单。
该技术的的缺点是：
1.该结构需要单独的控制电器件，成本相对较高；
2.整车出现充电故障，并无环路互锁故障判断功能，排查故障点困难；
3.缺少充电器充电和READY启动的互锁保护。
发明内容
针对相关技术领域文献和以上现有技术的不足，在大量现有文献研究和长期在相关领域研发实践的基础上，本发明提出“电动汽车充电系统高压环路互锁结构及方法”，解决现有技术中，安装较为复杂，需要单独的控制电器件，成本相对较高；整车出现充电故障，并无环路互锁故障判断功能，排查故障点困难；缺少充电器充电和READY启动的互锁保护的问题；实现“集中化控制，节约了成本；互锁插件结构更为简单，可靠性强，完全满足现代电动汽车保护多功能需求，高压安全保护更可靠；具备了充电器充电和READY启动的互锁保护；”的有益效果。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种电动汽车充电系统高压环路互锁结构，其特征在于：该结构包括锂离子电池包系统、锂离子电池包系统经过电池包慢充输入插件和车载充电器总成上的充电器高压输出插件连通，车载充电器总成上的充电器高压输入插件通过充电器高压输入转接线束和内接线束充电口上的充电口高压输出插件连通，内接线束充电口和外接线束充电口连通；电池控制系统(BMS)通过整车低压线束与车载充电器总成(2)、内接线束充电口、外接线束充电口连通。
所述电池控制系统通过外接线束充电口发出控制信号控制充电系统高压环路互锁的信号回路。
所述外接线束充电口设有缆上控制盒，缆上控制盒上设有指示灯，指示灯是通过充电互锁信号的相关信息反馈给缆上控制盒，由缆上控制盒对信息进行处理和判断来点亮相应指示灯状态。
所述缆上控制盒包括充电确认信号回路，充电确认信号回路通过整车低压线束与电池控制系统进行信号确认，实现充电器充电和启动互锁保护。
所述锂离子电池包系统、车载充电器总成、充电器高压转接线束、内接线束充电口、外接线束充电口通过。更改为带有互锁结构的高压接插件线束连接后形成充电互锁回路
所述高压插件具有互锁机构，包括互锁插件公端A和互锁插件母端B；互锁插件公端A上设有两个PIN脚，分别为第一PIN脚和第二PIN脚，第一PIN脚和第二PIN脚在互锁插件公端A的内部短接，互锁插件母端B上设有两个PIN脚，分别为第三PIN脚和第四PIN脚，第三PIN脚和第四PIN脚断开，当互锁插件公端A和互锁插件母端B对插上后，第三PIN脚和第四PIN脚分别和第一PIN脚和第二PIN脚对接，第三PIN脚和第四PIN脚通过第一PIN脚和第二PIN脚短接。
一种电动汽车充电系统高压环路互锁方法，包括以下步骤：
步骤一、接通电池包慢充输入插件回路、充电器高压输出插件回路、充电器高压输入插件回路和充电口高压输出插件回路的高压插件；
步骤二、互锁低压信号的信号回路通过电池控制系统内部电阻接地；
步骤三、外接线束充电口上的缆上控制盒检测互锁低压信号的信号回路是否正常；
步骤四、如果互锁低压信号的信号回路正常，缆上控制盒的高压继电器开启， 充电高压回路接通。
步骤五、电池管理系统通过外接线束充电口断开电池包慢充输入插件回路、充电器高压输出插件回路、充电器高压输入插件回路和充电口高压输出插件回路的高压插件。
所述高压插件的互锁插件公端A和互锁插件母端B对插上后，第三PIN脚(10)和第四PIN脚通过第一PIN脚和第二PIN脚短接，从而信号环路接通；所述互锁插件公端A和互锁插件母端B拔掉后，第三PIN脚和第四PIN脚断开，信号回路断开，充电高压回路无220V高压输入，充电高压回路中没有高压和电流。
当锂离子电池包系统、车载充电器总成、充电器高压转接线束、内接线束充电口、外接线束充电口中任意一个器件拆除或损坏时，信号回路断开，充电互锁回路断开，充电高压回路无220V电压输入，充电高压回路中就没有高压和电流。
在高压接插件连接过程中，高压插接件连接后，充电互锁回路的低压信号接通；在高压接插件断开过程中，充电互锁回路的低压信号断开后，高压插接件才断开。
本发明的有益效果为：省去了专门为互锁线路设计的所有电器件，实现集中化控制，节约了成本。线束对插件的环路互锁分为四个环路，互锁插件结构更为简单，可靠性强，完全满足现代电动汽车保护多功能需求，高压安全保护更可靠。具备了充电器充电和READY启动的互锁保护。
附图说明
图1为本发明具体实施例的系统连接结构图，
图2为本发明具体实施例的互锁插件公端A示意图，
图3为本发明具体实施例的互锁插件母端B示意图。
其中，1为锂离子电池包系统，2为车载充电器总成，3为充电器高压输入转接线束，4为内接线束充电口，5为外接线束充电口，6为缆上控制盒，7为电池控制系统，8为第一PIN脚，9为第二PIN脚，10为第三PIN脚，11为第四PIN脚,12为整车低压线束。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的控制系统，相互间的连接关系，及实施方法，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
在图1中，充电互锁回路系统包括锂离子电池包系统1、车载充电器总成2、充电器高压转接线束3、内接线束充电口4、外接线束充电口、高压线缆、高压插接件和线束对插件的四个环路互锁。线束对插件的四个环路互锁分别为第一环路、第二环路、第三环路和第四环路，第一环路为环路1充电口高压输出插件，第二环路为环路2充电器高压输入插件，第三环路为环路3充电器高压输出插件，第四环路为环路4电池包慢充输入插件，其中，第四环路设置在锂离子电池包系统1上，车载充电器总成2上设有第二环路和第三环路，内接线束充电口4上设有第一环路整车低压线束和电池控制系统(BMS)7；高压线缆和高压插接件分别将第四环路和第三环路、第二环路和充电器高压输入转接线束3、充电器高压输入转接线束3和第一环路、内接线束充电口4和外接线束充电口5连接，内接线束充电口4、整车低压线束和电池控制系统(BMS)7三者串联。所述的高压插接件具有互锁机构。
在图1中，高压线缆和高压插接件将锂离子电池包系统1、车载充电器总成2、充电器高压转接线束3、内接线束充电口4、外接线束充电口5连接后形成充电高压回路，连接结构采用外接线束充电口5发出控制信号作为充电系统高压环路互锁的信号回路(CP)，通过电池控制系统(BMS)7进行处理和控制。为了实现环路互锁故障的判断，外接线束充电口5上设置有缆上控制盒6，缆上控制盒6上设有指示灯，指示灯串联到高压环路互锁的信号回路中，整个高压环路互锁的信号回路(CP)通过缆上控制盒6上的指示灯来判定环路互锁是否存在故障。缆上控制盒6上的充电确认信号回路(CC)通过整车低压线束与电池控制系统(BMS)7进行信号确认，具备了充电器2充电和READY启动的互锁保护，即充电器充电过程中(从外接线束充电口插到内接线束充电口上起)电动汽车不能READY启动。
在充电互锁系统中，线束对插件的环路互锁分为四个环路，分别为第一环路、第二环路、第三环路和第四环路，当任何一个环路断开时，充电互锁回路断开，缆上控制盒6高压继电器动作，车载充电器总成2的220V AC电源切断，充电高压回路中便没有高压和电流。
在图2和图3中，图2为互锁插件公端A示意图，图3为互锁插件母端B示意图，互锁插件公端A上设有两个PIN脚，分别为第一PIN脚8和第二PIN脚9，第一PIN脚8和第二PIN脚9在互锁插件公端A的内部是短接的，互锁插件母端 B上设有两个PIN脚，分别为的第三PIN脚10和第四PIN脚11，第三PIN脚10和第四PIN脚11是断开的，当互锁插件公端A和互锁插件母端B对插上后，第三PIN脚10和第四PIN脚11分别和第一PIN脚8和第二PIN脚9对接，第三PIN脚10和第四PIN脚11通过第一PIN脚8和第二PIN脚9短接，从而信号环路接通；互锁插件公端A和互锁插件母端B拔掉后，PIN脚3和PIN脚4是断开的，信号环路断开，充电高压回路无220V高压输入，充电高压回路中就没有高压和电流，保证高压部件在安装、维修过程中出现带电操作。
在充电互锁系统中，当锂离子电池包系统1、车载充电器总成2、充电器高压转接线束3、内接线束充电口4、外接线束充电口5中任意一个器件拆除或损坏时，信号回路(CP)断开，充电互锁回路断开，充电高压回路无220V电压输入，充电高压回路中就没有高压和电流。
高压线缆和高压插接件将锂离子电池包系统1、车载充电器总成2、充电器高压转接线束3、内接线束充电口4、外接线束充电口5连接后形成充电高压回路。所述高压插接件具有互锁机构，在高压接插件连接过程中，高压插接件连接好以后，充电互锁回路的低压信号才接通，在高压接插件分断过程中，充电互锁回路的低压信号断开以后，高压插接件才断开。
在高压互锁回路系统中，在充电系统高压接插件第一环路、第二环路、第三环路和第四环路都连接完好，互锁低压信号的信号回路通过电池控制系统(BMS)7内部电阻接地，外接线束充电口5上的缆上控制盒6检测低压信号的信号回路正常，缆上控制盒6的高压继电器开启，充电高压回路接通。
一种电动汽车充电系统高压环路互锁方法，包括以下步骤：
步骤一、接通电池包慢充输入插件回路、充电器高压输出插件回路、充电器高压输入插件回路和充电口高压输出插件回路的高压插件；
步骤二、互锁低压信号的信号回路通过电池控制系统7内部电阻接地；
步骤三、外接线束充电口5上的缆上控制盒6检测互锁低压信号的信号回路是否正常；
步骤四、如果互锁低压信号的信号回路正常，缆上控制盒6的高压继电器开启，充电高压回路接通。
步骤五、电池管理系统7通过外接线束充电口5断开电池包慢充输入插件回路、充电器高压输出插件回路、充电器高压输入插件回路和充电口高压输出插件 回路的高压插件。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的执行步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
本发明并不局限于上述特定实施例，在不脱离本发明精神及其实质情况下，本领域的普通技术人员可根据本发明做出各种相应改变和变形，这些相应对本发明进行的修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护的范围当中。
Claims (10)
1.一种电动汽车充电系统高压环路互锁结构，其特征在于：该结构包括锂离子电池包系统(1)、锂离子电池包系统(1)经过电池包慢充输入插件和车载充电器总成(2)上的充电器高压输出插件连通，车载充电器总成(2)上的充电器高压输入插件通过充电器高压输入转接线束(3)和内接线束充电口(4)上的充电口高压输出插件连通，内接线束充电口(4)和外接线束充电口(5)连通；电池控制系统(7)通过整车低压线束与车载充电器总成(2)、内接线束充电口(4)、外接线束充电口(5)连通。
2.根据权利要求1所述的电动汽车充电系统高压环路互锁结构，其特征在于：所述电池控制系统通过外接线束充电口(5)发出控制信号控制充电系统高压环路互锁的信号回路。
3.根据权利要求1所述的电动汽车充电系统高压环路互锁结构，其特征在于：所述外接线束充电口(5)设有缆上控制盒(6)，缆上控制盒(6)上设有指示灯。
4.根据权利要求1所述的电动汽车充电系统高压环路互锁结构，其特征在于：所述缆上控制盒(6)包括充电确认信号回路，充电确认信号回路通过整车低压线束与电池控制系统进行信号确认，实现充电器充电和启动互锁保护。
5.根据权利要求1所述的电动汽车充电系统高压环路互锁结构，其特征在于：所述锂离子电池包系统(1)、车载充电器总成(2)、充电器高压转接线束(3)、内接线束充电口(4)、外接线束充电口(5)通过带有互锁结构的高压接插件线束连接后形成充电互锁回路 。
6.根据权利要求1～4任意一项所述的电动汽车充电系统高压环路互锁结构，其特征在于：所述高压插件具有互锁机构，包括互锁插件公端A和互锁插件母端B；互锁插件公端A上设有两个PIN脚，分别为第一PIN脚(8)和第二PIN脚(9)，第一PIN脚(8)和第二PIN脚(9)在互锁插件公端A的内部短接，互锁插件母端B上设有两个PIN脚，分别为第三PIN脚(10)和第四PIN脚(11)，第三PIN脚(10)和第四PIN脚(11)断开，当互锁插件公端A和互锁插件母端B对插上后，第三PIN脚(10)和第四PIN脚(11)分别和第一PIN脚(8)和第二PIN脚(9)对接，第三PIN脚(10)和第四PIN脚(11)通过第一PIN脚(8)和第二PIN脚(9)短接。
7.根据权利要求1～6任意一项所述的电动汽车充电系统高压环路互锁方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、接通电池包慢充输入插件回路、充电器高压输出插件回路、充电器 高压输入插件回路和充电口高压输出插件回路的高压插件；
步骤二、互锁低压信号的信号回路通过电池控制系统(7)内部电阻接地；
步骤三、外接线束充电口(5)上的缆上控制盒(6)检测互锁低压信号的信号回路是否正常；
步骤四、如果互锁低压信号的信号回路正常，缆上控制盒(6)的高压继电器开启，充电高压回路接通。
步骤五、电池管理系统通过外接线束充电口断开电池包慢充输入插件回路、充电器高压输出插件回路、充电器高压输入插件回路和充电口高压输出插件回路的高压插件。
8.根据权利要求7所述的电动汽车充电系统高压环路互锁结构，其特征在于：所述高压插件的互锁插件公端A和互锁插件母端B对插上后，第三PIN脚(10)和第四PIN脚(11)通过第一PIN脚(8)和第二PIN脚(9)短接，从而CP环路接通；所述互锁插件公端A和互锁插件母端B拔掉后，第三PIN脚(10)和第四PIN脚(11)断开，信号回路断开，充电高压回路无220V高压输入，充电高压回路中没有高压和电流。
9.根据权利要求7所述的电动汽车充电系统高压环路互锁结构，其特征在于：当锂离子电池包系统(1)、车载充电器总成(2)、充电器高压转接线束(3)、内接线束充电口(4)、外接线束充电口(5)中任意一个器件拆除或损坏时，信号回路断开，充电互锁回路断开，充电高压回路无220V电压输入，充电高压回路中就没有高压和电流。
10.根据权利要求7所述的电动汽车充电系统高压环路互锁结构，其特征在于：在高压接插件连接过程中，高压插接件连接后，充电互锁回路的低压信号接通；在高压接插件断开过程中，充电互锁回路的低压信号断开后，高压插接件才断开。
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