CN106671814A - 电动汽车动力电池包主动安全防护系统 - Google Patents

电动汽车动力电池包主动安全防护系统 Download PDF

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严小勇
黄静婷
李军
刘孟
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Abstract

本发明公开了一种电动汽车动力电池包主动安全防护系统,所有电芯串联形成电芯组,电芯组的正极通过正极出线和设于正极出线上的常闭继电器、熔断器接总正输出端,电芯组的负极通过负极出线接总负输出端。高压常闭继电器的控制端接电池管理从控单元,负极出线上设有分流器,分流器用于采集电芯组输出电流并输出给电池管理从控单元。本防护系统能够在出现意外情况时智能切断动力电池包输出,避免因高压危及人身安全,特别是能有效解决车辆出现涉水、碰撞等事故时动力电池包安全问题。本系统通过多重安全保护功能,充分保证动力电池无论是在车里装载中运行或者线下集中式充电条件下都能安全可靠,完全杜绝重大安全事故发生。

Description

电动汽车动力电池包主动安全防护系统
技术领域
[0001] 本发明涉及电动汽车,具体涉及一种电动汽车使用的动力电池包主动安全防护系统,属于电动汽车技术领域。
背景技术
[0002]随着世界能源形式的不断严峻,不使用传统燃料的新能源车越来越多地被大家所倡导和鼓励。其中电动汽车成为企业研发的重点方向,并随着技术的发展也实现了商业应用,逐渐进入人们的生活。虽然电动汽车早已实现上路行驶,但其面对的问题还很多,这也是导致其发展缓慢的重要原因,其中最重要的制约因素就是动力电池。目前动力电池主要存在以下缺陷:1、成本居高不下,占整车成本的一半以上;2、续航能力弱,普通电池即使充满电也只能行驶200-300公里,而且随着充电次数的增加,续航里程还会不断减少;3、电池充电不方便,远远不及目前加油站的布设密度,而且对充电环境温度有一定的要求,否则会影响电池寿命;4、寿命短,动力电池的寿命通常为5_6年,报废后需要购买新的动力电池,而其价格昂贵,消费者难以承受;5、充电时间长,即使快充也需要大半个小时,跟传统的加油站加油还是显得很慢,且快充续航里程更短;6、不同车企、车型配置的电池规格不同,往往不能互换,对电池生产厂家和整车生产厂家都提出了更高的要求,同时也提高了整车开发成本;同一款车电池配置相同,消费者不能根据自身实际驾驶情况个性化地调整。7、为了对电池工作状况进行监测,现有电动汽车给动力电池配置了 BMS管理系统,BMS管理系统用于监测电池的电压、电流和温度等重要信息,这些信息储存在BMS管理系统中,需要专门的设备才能读取,用户没有配备这样的设备故无法了解。
[0003]目前市面大多为充电式或依靠大型辅助机械设备整包换电。不管那种方式,上述缺陷都或多或少地存在。为解决上述问题,现有技术出现了单元化的动力电池包,动力电池包为模块化设计,为标准件,所有厂家生产的电动汽车都可以使用,只是不同车企生产的不同车型动力电池包的数量和串并联方式不同而已,这根据汽车功率大小和续航里程需要而定。前述电动汽车的所有问题该模式几乎都能够在一定程度上解决,大大减少了动力电池的开发周期和成本,由于单个动力电池包质量轻,可以实行手动换电方式,大大节省换电设备高额费用投入,同时由于电池包小型化,能实现车型开发动力电池单元标准化,统一了动力电池包型号,即便车型、技术指标不同,只需增加或改变这些“标准件”(即动力电池包)的数量和串并联方式即可实现。但由于动力电池本身的特性,其输出仍然为高压,这样作为电压源与车辆上其他器件的连接,以及在出现意外情况下的自身安全保护,相比传统的燃油发动机而言,电动汽车这方面要求更高一些,一旦出现漏电、绝缘不够,将会对车上人员和车辆带来严重安全威胁。
发明内容
[0004] 针对现有技术存在的上述不足,本发明的目的在于提供一种电动汽车动力电池包主动安全防护系统,本防护系统可以在意外情况下智能断开高压输出,从而保证人员和车辆安全。
[0005] 为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
电动汽车动力电池包主动安全防护系统,包括若干相同的电芯和电池管理从控单元,所有电芯串联连接形成电芯组,电芯组的正极通过正极出线接总正输出端,电芯组的负极通过负极出线接总负输出端,其特征在于:所述正极出线经过高压常闭继电器接总正输出端;高压常闭继电器的控制端接电池管理从控单元,电池管理从控单元上设有高压回路绝缘电阻值采集器和安全气囊弹开信号采集器,电池管理从控单元根据高压回路绝缘电阻值采集器和安全气囊弹开信号采集器采集的高压回路绝缘电阻值和安全气囊弹开信号控制高压常闭继电器的通断;负极出线上设有分流器,分流器用于采集电芯组输出电流并输出给电池管理从控单元。
[0006] 进一步地,在高压常闭继电器和总正输出端之间的正极出线上还接有熔断器。在外部发生短路、过流等故障时,毫秒级内迅速烧断熔断器,切断动力电池包对外输出,达到安全保护作用。
[0007] 为了给电池管理从控单元供电,本系统还包括DCDC降压转换模块,DCDC降压转换模块输入端接电芯组的正负极,DCDC降压转换模块输出端接电池管理从控单元,用于将高压转换为低压后提供给电池管理从控单元作为工作电源。
[0008] 电池管理从控单元上设有无线通讯模块,电池管理从控单元通过无线通讯模块与车辆上的电池管理主控单元实现无线通讯连接。由于一辆车上动力电池包往往有多个,每个动力电池包都设有一个电池管理从控单元,而每辆车电池管理主控单元只有一个,这样就可以实现电池管理主控单元和所有电池管理从控单元的通信连接。
[0009] 每个电芯正负极耳分别引出引线,每根引线上设置有保险丝,每根引线经过保险丝后分为两路,一路接至电池管理从控单元实现单电芯电压采集,另一路接至动力电池线下检测口。电芯端的保险丝能有效防止电池管理从控单元故障、线下检测口短路造成单体电芯故障,大大提高了动力电池包的安全性和可靠性。
[0010] 在电芯组上设有温度检测元件,温度检测元件的输出接电池管理从控单元,从而使电池管理从控单元能够更好地对动力电池包的工作状况进行监测,从而使其保持在理想的工作状态下。
[0011] 相对现有技术,本发明具有如下有益效果:
1、本防护系统能够在出现意外情况时智能切断动力电池包输出,避免因高压危及人身安全,特别是能有效解决车辆出现涉水、碰撞等事故时动力电池包安全问题。
[0012] 2、本系统通过多重安全保护功能,充分保证动力电池无论是在车里装载中运行或者线下集中式充电条件下都能安全可靠,完全杜绝重大安全事故发生。
[0013] 3、每个电池管理从控单元系能实现对应的动力电池包全生命周期使用过程监控,并与电池管理主控单元实时通信,使动力电池包处于最佳的供电状态和充电状态。
附图说明
[0014]图1-本发明动力电池包立体结构图。
[0015]图2-本发明动力电池包侧面结构图。
[0016]图3-本发明动力电池包内部电路原理图。
具体实施方式
[0017]图1和图2是本发明动力电池包的外形结构图,从图上可以看出,本发明在动力电池包外部设有电池包正负极插接口作为电池包的总正输出端I和总负输出端2,对外进行电能输出。同时还设有线下检测口 3,线下检测口 3平时通过盖子遮盖,需要检测时将盖子揭开即可与匹配的检测设备连接。图3为本发明动力电池包内部电路原理图。下面主要结合图3对本发明防护措施进行详细说明。
[0018] (I)动力主回路
本发明动力电池包包括若干相同的电芯和电池管理从控单元,所有电芯串联连接形成电芯组,电芯组的正极通过正极出线接总正输出端,电芯组的负极通过负极出线接总负输出端。在动力主回路中,正极出线经过高压常闭继电器接总正输出端,高压常闭继电器的控制端接电池管理从控单元,电池管理从控单元上设有高压回路绝缘电阻值采集器和安全气囊弹开信号采集器,电池管理从控单元根据高压回路绝缘电阻值采集器和安全气囊弹开信号采集器采集的高压回路绝缘电阻值和安全气囊弹开信号控制高压常闭继电器的通断;实际设计时,为了简化结构,避免每个动力电池包都分别采集这些控制信息,所有动力电池包都通过各自的高压回路绝缘电阻值采集器和安全气囊弹开信号采集器直接向电池管理主控单元读取高压回路绝缘电阻值和安全气囊弹开信号,因为这两个信息在主控单元上有专门的信息输出。负极出线上设有分流器,分流器用于采集电芯组输出电流并输出给电池管理从控单元(具体接图3中对应从控板的9、10引脚)。进一步地,在高压常闭继电器和总正输出端之间的正极出线上还接有熔断器。
[0019] 本发明动力电池电芯组正极出线首先经过高压常闭继电器(图3中I,2为高压端),然后再经过熔断器到总正输出端;动力电池电芯组负极出线经分流器(用于电流检测)到总负输出端。对于高压常闭继电器,通过12V低压控制端(图3中对应从控板3、4引脚)对常闭继电器通断进行控制,电池管理从控单元以接收到外部高压回路绝缘电阻值低、安全气囊弹开信号为准,第一时间发送控制命令,高压常闭继电器工作,保持断开状态并保持(除非手动通过电池管理主控单元向电池管理从控单元发出高压常闭继电器低压断电命令,否则不恢复),完全切断动力电池包对外输出,达到安全保护作用。同时在动力电池包正极回路上还设置有熔断器,在外部发生短路、过流等故障时,毫秒级内迅速烧断熔断器,切断动力电池包对外输出,达到安全保护作用。
[0020] 通过以上两种双重保险功能,真正实现动力电池包在紧急情况时智能断开高压输出,保证人员和车辆安全。
[0021] (2)智能实时单电芯检测和线下检测
为满足动力电池单电芯电压采集、快换和集中式充电管理要求,动力电池包还设置有能实时单电芯检测和线下检测功能。
[0022]如图3所示,从每个电芯正负极耳分别引出引线,每根引线上设置有保险丝,每根引线经过保险丝后分为两路,一路接至电池管理从控单元实现单电芯电压采集(具体接图3对应从控板中11〜η引脚),另一路接至动力电池线下检测口。线下时可以通过外围检测设备对单体电芯电压数据进行检测和对单电芯进行补电、均衡等功能,以满足换点模式线下均衡、集中式管理需求。电芯端的保险丝能有效防止电池管理从控单元故障、线下检测口短路造成单体电芯故障,大大提高了动力电池包的安全性和可靠性。
[0023] 另外,在电芯组上设有温度检测元件,温度检测元件的输出接电池管理从控单元(具体接图3中对应从控板的5、6引脚),从而使电池管理从控单元能够更好地对动力电池包的工作状况进行监测,从而使其保持在理想的工作状态下。
[0024] (3)智能无线传输电池管理系统(BMS)
为真正实现快速换电(实际要求为3分钟完成手动换电)这一目标,动力电池包换电时应尽可能做到对外无其他需手动接线方式。为此整体设计为电池管理控制单元(BMS)主从之间采取无线通讯方式,而电池管理从控单元的工作电源由动力电池包内部提供,通过在电池管理从控单元配置有高压转低压的DCDC转换模块来保证电池管理从控单元12V供电需求。
[0025] 具体地,为了给电池管理从控单元供电,本系统还包括DCDC降压转换模块,D⑶C降压转换模块输入端接电芯组的正负极,DCDC降压转换模块输出端接电池管理从控单元(具体接图3中对应从控板的7、8引脚),用于将高压转换为低压后提供给电池管理从控单元作为工作电源。同时在电池管理从控单元上设有无线通讯模块,电池管理从控单元通过无线通讯模块与车辆上的电池管理主控单元实现无线通讯连接。由于一辆车上动力电池包往往有多个,每个动力电池包都设有一个电池管理从控单元,而每辆车电池管理主控单元只有一个,这样就可以实现电池管理主控单元和所有电池管理从控单元的通信连接。
[0026] 电池管理从控单元主要实现单电芯电压采集(图3中BMS从控板11〜η引脚)、温度采集(5、6引脚)、电流采集(9、10引脚)、高压常闭继电器智能控制(3、4引脚)以及通过GPS模块与电池管理主控单元无线通讯,完成动力电池包数据信息上传电池管理主控单元和接收电池管理主控单元发送的控制命令。
[0027] 本发明通过上述改进,为快换模式发展和运营保驾护航,通过多重安全保护功能,充分保证动力电池无论是在车里装载中运行或者线下集中式充电条件都能安全可靠,完全杜绝重大安全事故发生。
[0028] 智能动力电池管理系统(BMS)能实现车辆动力电池全生命周期使用过程监控,同时通过车载终端模块将电池数据传送至后台,后台可轻松实现与地方、国家信息平台无缝对接,符合多家电动汽车远程服务管理系统技术规范要求。
[0029] 本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.电动汽车动力电池包主动安全防护系统,包括若干相同的电芯和电池管理从控单元,所有电芯串联连接形成电芯组,电芯组的正极通过正极出线接总正输出端,电芯组的负极通过负极出线接总负输出端,其特征在于:所述正极出线经过高压常闭继电器接总正输出端;高压常闭继电器的控制端接电池管理从控单元,电池管理从控单元上设有高压回路绝缘电阻值采集器和安全气囊弹开信号采集器,电池管理从控单元根据高压回路绝缘电阻值采集器和安全气囊弹开信号采集器采集的高压回路绝缘电阻值和安全气囊弹开信号控制高压常闭继电器的通断;负极出线上设有分流器,分流器用于采集电芯组输出电流并输出给电池管理从控单元。
2.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池包主动安全防护系统,其特征在于:在高压常闭继电器和总正输出端之间的正极出线上还接有熔断器。
3.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池包主动安全防护系统,其特征在于:还包括DCDC降压转换模块,DCDC降压转换模块输入端接电芯组的正负极,DCDC降压转换模块输出端接电池管理从控单元,用于将高压转换为低压后提供给电池管理从控单元作为工作电源。
4.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池包主动安全防护系统,其特征在于:电池管理从控单元上设有无线通讯模块,电池管理从控单元通过无线通讯模块与车辆上的电池管理主控单元实现无线通讯连接。
5.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池包主动安全防护系统,其特征在于:每个电芯正负极耳分别引出引线,每根引线上设置有保险丝,每根引线经过保险丝后分为两路,一路接至电池管理从控单元实现单电芯电压采集,另一路接至动力电池线下检测口。
6.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池包主动安全防护系统,其特征在于:在电芯组上设有温度检测元件,温度检测元件的输出接电池管理从控单元。
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CN109901026A (zh) * 2017-12-07 2019-06-18 宝沃汽车(中国)有限公司 动力电池包绝缘状况评估方法和装置、系统及车辆
CN111071047A (zh) * 2019-12-25 2020-04-28 浙江合众新能源汽车有限公司 一种新型低成本电池手动服务开关

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