CN109050259A - 基于电芯管理单元的电动汽车继电器安全控制装置及方法 - Google Patents

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丁笑
刘晓义
耿以才
张志运
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Abstract

本发明公开了一种基于电芯管理单元的电动汽车继电器安全控制装置及方法，包括电芯管理单元（1）、电池管理单元（2）及高压继电器组（3）；电池管理单元包括单片机（21）、逻辑非门（22）、逻辑与门（23）及继电器控制驱动模块（24）；电芯管理单元的故障端管脚与逻辑非门的输入端连接，单片机的输出管脚及逻辑非门的输出端分别与逻辑与门的两个输入端分别连接，逻辑与门的输出端与继电器控制驱动模块的电源端连接，继电器控制驱动模块与高压继电器组相连。本发明解决了软件控制失效并且电池包中发生各种故障时，高压继电器无法及时断开的问题，避免导致无法预知的故障，避免引发设备和人员安全事故。

Description

基于电芯管理单元的电动汽车继电器安全控制装置及方法
技术领域
本发明涉及电动汽车继电器的安全控制技术领域，尤其涉及一种基于电芯管理单元的电动汽车继电器安全控制装置及方法。
背景技术
当前，电动汽车高压继电器的控制一般由MCU（Microcontroller Unit，即单片机）与继电器控制驱动模块进行直接控制。在电动汽车运行过程中，有相应的软件安全策略对高压继电器进行控制，保证电动汽车安全运行。但是，在某些恶劣环境下，MCU受到外部干扰或其他原因而产生死机或软件跑飞，此时若发生某种故障，如电芯单体过压、电芯单体欠压、电芯单体过温、均衡短路、通信丢失等，高压继电器无法及时断开，容易导致无法预知的故障，进而引发设备和人员安全事故。
尽管可采用对整个电池包的总电压和温度进行监控的方案，如中国实用新型专利ZL 201620413489.X公开了一种电池包高压继电器的高低边控制电路，但该方案只能避免电池包的总电压和温度故障时继电器无法关断的问题，不能避免其他故障发生时继电器无法关断的问题，并且电池包整包故障只有在电芯单体故障扩散到整个电池包时，才能被监控到，存在反应过慢的问题。
中国实用新型专利ZL 201520532310.8公开了一种电动汽车继电器安全控制电路，该电路包括依次连接的MCU模块、逻辑门控制模块、继电器控制驱动模块和高压继电器组；解决了现有技术中MCU受到外部干扰或其他原因而产生复位现象，导致无法预知的故障的问题，但若在行车或充电过程中出现了电芯单体过压、电芯单体欠压、电芯单体过温等安全风险后，所有的控制仍只能由MCU来控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于电芯管理单元的电动汽车继电器安全控制装置及方法，解决了软件控制失效并且电池包中发生各种故障时，如：电芯单体过压、电芯单体欠压、电芯单体过温、均衡短路、通信丢失等，高压继电器无法及时断开的问题，避免导致无法预知的故障，避免引发设备和人员安全事故。
本发明是这样实现的：
一种基于电芯管理单元的电动汽车继电器安全控制装置，包括电芯管理单元、电池管理单元及高压继电器组；电池管理单元包括单片机、逻辑非门、逻辑与门及继电器控制驱动模块；电芯管理单元的故障端管脚与逻辑非门的输入端连接，单片机的输出管脚及逻辑非门的输出端分别与逻辑与门的两个输入端分别连接，逻辑与门的输出端与继电器控制驱动模块的电源端连接，继电器控制驱动模块与高压继电器组相连。
所述的高压继电器组包括主正继电器、主负继电器及预充继电器。
一种基于电芯管理单元的电动汽车继电器安全控制方法，包括如下步骤：
步骤1：电芯管理单元检测故障，若电芯管理单元检测到故障，则通过故障端管脚输出高电平信号，若电芯管理单元未检测到故障，则通过故障端管脚输出低电平信号；
步骤2：逻辑非门将电芯管理单元输出的电平信号变相，并输出到逻辑与门；
步骤3：逻辑与门将单片机的输出管脚的电平信号和逻辑非门输出的电平信号相与，并输出到继电器控制驱动模块；
步骤4：继电器控制驱动模块根据逻辑与门的输出信号控制电源开关，若继电器控制驱动模块输出高电平信号，高压继电器组通电，若继电器控制驱动模块输出低电平信号，高压继电器组断电。
在所述的步骤1中，电芯管理单元采集电芯单体的电压和温度，并根据电压和温度信息判断故障，故障包括电芯单体过压、电芯单体欠压、电芯单体过温、均衡短路及通信丢失。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明通过电芯管理单元检测到故障后发出硬件信号（高电平），并与软件信号从逻辑与门输出，形成继电器控制的双保险，使用更加安全，即使软件失效，也能断开继电器。
2、本发明的控制快速有效，不仅可以由MCU控制，同时也可以由硬件电路根据电芯状态来直接控制继电器，一旦发生故障，硬件电路及时断开，无需等待软件的响应，保证了系统的安全，解决了在软件控制失效时导致的无法预知的安全问题。
本发明解决了软件控制失效并且电池包中发生各种故障时，如：电芯单体过压、电芯单体欠压、电芯单体过温、均衡短路、通信丢失等，高压继电器无法及时断开的问题，避免导致无法预知的故障，避免引发设备和人员安全事故。
附图说明
图1是本发明基于电芯管理单元的电动汽车继电器安全控制装置的示意图；
图2是本发明基于电芯管理单元的电动汽车继电器安全控制方法的流程图。
图中，1电芯管理单元，2电池管理单元，21单片机，22逻辑非门，23逻辑与门，24继电器控制驱动模块，3高压继电器组。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
请参见附图1，一种基于电芯管理单元的电动汽车继电器安全控制装置，包括电芯管理单元1、电池管理单元2及高压继电器组3；电池管理单元2包括单片机21、逻辑非门22、逻辑与门23及继电器控制驱动模块24；电芯管理单元1的故障端管脚与逻辑非门22的输入端连接，单片机21的输出管脚及逻辑非门22的输出端分别与逻辑与门23的两个输入端分别连接，逻辑与门23的输出端与继电器控制驱动模块24的电源端连接，继电器控制驱动模块24与高压继电器组3相连。
所述的高压继电器组3包括主正继电器、主负继电器、预充继电器等。
优选的，电芯管理单元1可采用型号为MC33771的芯片，负责采集电芯单体的电压和温度、均衡处理以及电芯相关诊断。
电池管理单元2为电池管理系统的主控板，具有电池包总压采集、电流采集、继电器控制等功能。
优选的，单片机21可采用型号为MCP5744P的芯片。
逻辑非门22用于将电芯管理单元1的故障端管脚输出信号反相，逻辑与门23将逻辑非门22的输出信号和单片机21的输出信号相与，保证两个输入端信号都是高电平时才输出高电平。
请参见附图2，一种基于电芯管理单元的电动汽车继电器安全控制方法，包括如下步骤：
步骤1：电芯管理单元1检测故障，若电芯管理单元1检测到故障，则通过故障端管脚输出高电平信号，若电芯管理单元1未检测到故障，则通过故障端管脚输出低电平信号。
步骤2：逻辑非门22将电芯管理单元1输出的电平信号变相，并输出到逻辑与门23。
步骤3：逻辑与门23将单片机21的输出管脚的电平信号和逻辑非门22输出的电平信号相与，并输出到继电器控制驱动模块24。
步骤4：继电器控制驱动模块24根据逻辑与门23的输出信号控制电源开关，若继电器控制驱动模块24输出高电平信号，高压继电器组3通电，继电器控制驱动模块24输出低电平信号，高压继电器组3断电。
在所述的步骤1中，电芯管理单元1采集电芯单体的电压和温度，并根据电压和温度信息判断故障，故障包括电芯单体过压、电芯单体欠压、电芯单体过温、均衡短路、通信丢失等，可采用现有技术的故障判断方法确认电芯单体的故障情况。
在本发明中，单片机21输出的信号只是辅助步骤，即无论软件是否发出断开高压继电器组3的信号，只要电芯管理单元1的故障端管脚的信号拉高了，都切断高压继电器组3的电源。
实施例：
步骤1：电芯管理单元1检测到故障，如电芯单体过压、电单体欠压、电单体过温、均衡短路、通信丢失等，电芯管理单元1通过故障端管脚输出高电平信号（没有故障时，故障端管脚输出默认为低电平）。
步骤2：电芯管理单元1的故障端管脚的输出信号经过逻辑非门22后变相成低电平。
步骤3：逻辑非门22的输出信号和单片机21的输出管脚的信号相与，仍然输出低电平。
步骤4：继电器控制驱动模块24断开电源开关，进而停止整个继电器控制驱动模块24的供电电源，高压继电器组3中的各个继电器都断开，包括主正继电器、主负继电器、预充继电器等。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于电芯管理单元的电动汽车继电器安全控制装置，其特征是：包括电芯管理单元（1）、电池管理单元（2）及高压继电器组（3）；电池管理单元（2）包括单片机（21）、逻辑非门（22）、逻辑与门（23）及继电器控制驱动模块（24）；电芯管理单元（1）的故障端管脚与逻辑非门（22）的输入端连接，单片机（21）的输出管脚及逻辑非门（22）的输出端分别与逻辑与门（23）的两个输入端分别连接，逻辑与门（23）的输出端与继电器控制驱动模块（24）的电源端连接，继电器控制驱动模块（24）与高压继电器组（3）相连。
2.根据权利要求1所述的基于电芯管理单元的电动汽车继电器安全控制装置，其特征是：所述的高压继电器组（3）包括主正继电器、主负继电器及预充继电器。
3.一种采用权利要求1或2所述的基于电芯管理单元的电动汽车继电器安全控制装置的方法，其特征是：包括如下步骤：
步骤1：电芯管理单元（1）检测故障，若电芯管理单元（1）检测到故障，则通过故障端管脚输出高电平信号，若电芯管理单元（1）未检测到故障，则通过故障端管脚输出低电平信号；
步骤2：逻辑非门（22）将电芯管理单元（1）输出的电平信号变相，并输出到逻辑与门（23）；
步骤3：逻辑与门（23）将单片机（21）的输出管脚的电平信号和逻辑非门（22）输出的电平信号相与，并输出到继电器控制驱动模块（24）；
步骤4：继电器控制驱动模块（24）根据逻辑与门（23）的输出信号控制电源开关，若继电器控制驱动模块（24）输出高电平信号，高压继电器组（3）通电，若继电器控制驱动模块（24）输出低电平信号，高压继电器组（3）断电。
4.根据权利要求3所述的基于电芯管理单元的电动汽车继电器安全控制方法，其特征是：在所述的步骤1中，电芯管理单元（1）采集电芯单体的电压和温度，并根据电压和温度信息判断故障，故障包括电芯单体过压、电芯单体欠压、电芯单体过温、均衡短路及通信丢失。
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