CN109606118A - 一种电动汽车动力电池安全监控系统及其低压配电方案 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动汽车动力电池安全监控系统及其低压配电方案，包括蓄电池、动力电池组、电池管理系统控制单元、车辆控制单元、车台系统监控单元、后台远程监控终端、加热片和DCDC。本发明的电池管理系统控制单元通过一个继电器S3与蓄电池串联连接，电池管理系统控制单元全生命周期在线实时监测动力电池组，并通过车辆控制单元和车台系统监控单元上传到后台远程监控终端，保障车辆的正常运行并提高动力电池的使用寿命。在整车手动开关断开时，电池管理系统控制单元还可通过控制DCDC给车辆控制单元和车台系统监控单元供电，实现及时预警和故障分析处理，提高车辆的安全性。

Description

一种电动汽车动力电池安全监控系统及其低压配电方案
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，更具体地说是指一种电动汽车动力电池安全监控系统及其低压配电方案。
背景技术
随着全球经济发展以及能源环保等问题的日益突出，汽车产业向节约能源的绿色汽车业转型，电动汽车以零排放和噪声低的优点成为节能环保汽车发展的主要方向之一。电动汽车的推广普及使得全球电动汽车的保有量日益上升，作为电动汽车的关键动力部分，动力电池的重要性不言而喻。车辆安全尤其是动力电池的安全仍是制约其发展的重要因素之一，故对动力电池的安全监控至关重要。
现有的动力电池安全监控系统，参照图2，只有在整车手动开关S1未断开的情况下，电池管理系统控制单元、车台系统控制单元以及车辆控制单元才能在线。电池管理系统控制单元在线监控动力电池组的单体电压、温度和SOC等信息，并通过车辆控制单元和车台系统控制单元上传到后台远程监控终端。在车辆的存放期间，整车手动开关S1会被断开，此时电池管理系统单元、车台系统监控单元以及车辆控制单元均处于离线状态，无法实时监控动力电池组的状态。若出现故障，则电池管理系统单元、车台系统监控单元以及车辆控制单元无法及时预警，易导致安全事故发生，甚至出现人身伤亡和重大经济损失。同时动力电池组长期存放，因该动力电池组存在自放电等情况，若未及时补电和进行系统均衡，动力电池组易发生过放和单体一致性问题，最终影响动力电池组的使用寿命。因此，我们提供了一种电动汽车动力电池安全监控系统及其低压配电方案。
发明内容
本发明提供一种电动汽车动力电池安全监控系统及其低压配电方案，以解决在电动汽车下电存放期间，因车辆安全管理系统处于离线状态，无法监控动力电池组状态，从而造成在动力电池组异常状况下无法及时预警并保护车辆及用户的人身和财产安全等问题。
本发明采用如下技术方案：
一种电动汽车动力电池安全监控系统，包括蓄电池、动力电池组、电池管理系统控制单元、车辆控制单元、车台系统监控单元、后台远程监控终端、整车其他低压部件和加热片，所述动力电池组、电池管理系统控制单元、车辆控制单元、车台系统监控单元和后台远程监控终端之间分别通过通信信号连接，所述电动汽车动力电池安全监控系统还包括一个DCDC，所述车台系统监控单元、车辆控制单元和整车其他低压部件并联连接后再与所述蓄电池通过整车手动开关S1串联连接，该并联连接的所述车台系统、车辆控制单元和整车其他低压部件还通过一个继电器S2与所述DCDC串联连接；所述电池管理系统控制单元与所述蓄电池之间通过一个继电器S3串联连接；所述DCDC与所述蓄电池通过一个继电器S4和二极管D1串联连接；所述动力电池组与所述DCDC通过熔断器F1串联连接；所述加热片的两端分别通过一个继电器S5和一个继电器S6与所述DCDC串联连接。
进一步地，所述继电器S2、继电器S3和继电器S4为常闭继电器，所述继电器S5和所述继电器S6为常开继电器。
进一步地，所述车辆控制单元通过信号控制所述继电器S3闭合或断开。
进一步地，所述电池管理系统控制单元用于实时监测所述动力电池组的状态信息和所述蓄电池的电压，该电池管理系统控制单元还可通过信号控制所述DCDC以及控制所述继电器S5和继电器S6的闭合或断开。
进一步地，所述动力电池组的状态信息包括单体电压、温度和SOC，所述电池管理系统控制单元通过通信信号实时监测所述单体电压、温度和SOC。
一种电动汽车动力电池安全监控系统的低压配电方案，具体工作步骤如下：
（1）无论整车手动开关S1闭合或断开时，电池管理系统控制单元由蓄电池供电，始终处于在线状态，可实时监测动力电池组的状态信息。
（2）当整车手动开关S1、继电器S2和继电器S3处于闭合状态，继电器S4处于断开状态，此时车辆控制单元和车台系统监控单元由蓄电池供电，并实时监控电池管理系统控制单元上报的动力电池系统数据，若电池管理系统控制单元失控，车辆控制单元控制断开继电器S3从而断开电池管理系统控制单元所控制的高压电。
（3）当整车手动开关S1处于断开状态，继电器S2、继电器S3和继电器S4处于闭合状态，此时车辆控制单元和车台系统监控单元处于断电下线状态，电池管理系统控制单元为常电状态，电池管理系统控制单元实时监测动力电池组；若动力电池组的单体压差较大，可自动开启均衡模式；若动力电池组出现异常，电池管理系统控制单元激活DCDC，并唤醒车辆控制单元和车台系统监控单元，此时继电器S2处于断开状态，车辆控制单元和车台系统监控单元由DCDC供电并将故障数据上传后台远程监控终端，最后后台远程监控终端通过通信信息通知用户。
（4）当整车手动开关S1处于断开状态，此时电池管理系统控制单元实时监测蓄电池电压，当蓄电池电压低于一定值时，继电器S4处于闭合状态，电池管理系统控制单元控制激活DCDC给蓄电池充电。
（5）当整车手动开关S1处于闭合状态，继电器S4处于断开状态时，由整车控制其他控制器给蓄电池补电，此时电池管理系统控制单元不再控制DCDC给蓄电池补电。
（6）当动力电池组的SOC低于设定值时，可及时通知用户对其进行充电；当动力电池组未及时补电使得其SOC继续下降到设定值以下时，若动力电池组无故障，则电池管理系统控制单元不再激活DCDC给蓄电池补电而自动转为定时监控，若动力电池组出现故障，则电池管理系统控制单元不进入休眠状态。
（7）在车辆存放期间，电池管理系统控制单元实时监测SOC偏差并可自动校准SOC。
（8）当动力电池组的温度低于一定值时，电池管理系统控制单元通过后台远程监控终端通知提醒用户用车前提前预热。
（9）当动力电池组的温度即将低于极限放电温度且动力电池组的SOC在允许范围内，电池管理系统控制单元控制闭合继电器S5和继电器S6，并自动启动加热系统，给加热片通电。
进一步地，所述电池管理系统控制单元监测所述动力电池组的方式包括自动唤醒、正常工作、低功耗运行或定时休眠。
由上述对本发明结构的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明的电池管理系统控制单元全生命周期在线，该电池管理系统控制单元可实时监测动力电池组的单体电压、温度、SOC等信息，并通过车辆控制单元和车台系统监控单元上传到后台远程监控终端，即使车辆处于下电离线状态时，电池管理系统控制单元仍可对动力电池组进行均衡和SOC校准，并能在动力电池组低电量的情况下提醒用户及时充电以及在低温下可实现自动加热并提醒用户用车提前预热以备及时发车，防止车辆抛锚，保障车辆的正常运行并提高动力电池的使用寿命。
当动力电池组出现故障状态时，电池管理系统控制单元可通过控制DCDC给车辆控制单元和车台系统监控单元供电，唤醒车辆控制单元和车台系统监控单元并将故障数据上传后台远程监控终端，实现及时预警和故障分析处理。后台远程监控终端再通过短信或电话等方式及时通知用户启动应急预案应对，降低进一步发生安全事故的风险，提高车辆安全性，从而保障终端用户的人身和财产安全。
附图说明
图1为本发明的动力电池安全监控系统的原理图。
图2为现有的动力电池安全监控系统的原理图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的具体实施方式。
一种电动汽车动力电池安全监控系统，参照图1，包括蓄电池、动力电池组、电池管理系统控制单元、车辆控制单元、车台系统监控单元、后台远程监控终端、整车其他低压部件和加热片。其中，电池管理系统控制单元、车辆控制单元和车台系统监控单元为客车领域中通用的控制单元，整车其他低压部件包括监控摄像和仪表等电动汽车上的所有低压部件。动力电池组、电池管理系统控制单元、车辆控制单元、车台系统监控单元和后台远程监控终端之间分别通过通信信号连接。电池管理系统控制单元可通过通信信号实时监测动力电池组的状态信息，该动力电池组的状态信息包括单体电压、温度和SOC。
参照图1，电动汽车动力电池安全监控系统还包括一个DCDC，车台系统监控单元、车辆控制单元和整车其他低压部件并联连接后再与蓄电池通过整车手动开关S1串联连接。该并联连接的车台系统、车辆控制单元和整车其他低压部件还通过一个继电器S2与DCDC串联连接。电池管理系统控制单元与蓄电池之间通过一个继电器S3串联连接，该继电器S3由车辆控制单元通过信号控制其闭合和断开。电池管理系统控制单元可实时监测蓄电池的电压，若电池管理系统控制单元失控，车辆控制单元控制断开继电器S3，从而断开电池管理系统单元所控制的高压电。
参照图1，DCDC与蓄电池通过一个继电器S4和二极管D1串联连接。动力电池组与DCDC通过熔断器F1串联连接。加热片的两端分别通过一个继电器S5和一个继电器S6与DCDC串联连接。电池管理系统控制单元通过信号控制DCDC以及控制继电器S5和继电器S6的闭合或断开。
本发明中继电器S2、继电器S3和继电器S4为常闭继电器，继电器S5和继电器S6为常开继电器。
一种电动汽车动力电池安全监控系统的低压配电方案，具体工作步骤如下：
（1）无论整车手动开关S1闭合或断开时，电池管理系统控制单元由蓄电池供电，始终处于在线状态，可实时监控动力电池组的单体电压、温度和SOC等状态信息，实现动力电池组全生命周期的安全监控。
（2）当整车手动开关S1、继电器S2和继电器S3处于闭合状态，继电器S4处于断开状态，此时车辆控制单元和车台系统监控单元由蓄电池供电，并实时监控电池管理系统控制单元上报的动力电池系统数据，若电池管理系统控制单元失控，车辆控制单元控制断开继电器S3从而断开电池管理系统控制单元所控制的高压电，实现多重安全防护，可有效避免管理系统失控、电池过充等引起的动力电池组起火爆炸安全事故的发生。
（3）当整车手动开关S1处于断开状态，继电器S2、继电器S3和继电器S4处于闭合状态，此时车辆控制单元和车台系统监控单元处于断电下线状态，电池管理系统控制单元为常电状态，电池管理系统控制单元采用自动唤醒、正常工作、低功耗运行或定时休眠等方式实时监测动力电池组的单体电压、温度等状态信息。若动力电池组的单体压差较大，可自动开启均衡模式，提高单体一致性；若动力电池组出现异常，电池管理系统控制单元激活DCDC，并唤醒车辆控制单元和车台系统监控单元，此时继电器S2处于断开状态，车辆控制单元和车台系统监控单元由DCDC供电并将故障数据上传后台远程监控终端，实现及时预警和故障分析处理，最后后台远程监控终端通过通信信息及时通知用户启动应急预案。
（4）当整车手动开关S1处于断开状态，此时电池管理系统控制单元实时监测蓄电池电压，当蓄电池电压低于一定值时，继电器S4处于闭合状态，电池管理系统控制单元控制激活DCDC给蓄电池充电，提高蓄电池的使用寿命，防止因蓄电池馈电导致动力电池安全监控系统异常掉电而失控，有效提高动力电池安全监控系统的安全性。
（5）当整车手动开关S1处于闭合状态，继电器S4处于断开状态时，由整车控制其他控制器给蓄电池补电，此时电池管理系统控制单元不再控制DCDC给蓄电池补电。
（6）当动力电池组的SOC低于设定值时，可及时通知用户对其进行充电，防止车辆抛锚，提高用车便利性。当动力电池组未及时补电使得其SOC继续下降到设定值以下时，若动力电池组无故障，则电池管理系统控制单元不再激活DCDC给蓄电池补电而自动转为定时监控，防止蓄电池馈电导致车辆抛锚。若动力电池组出现故障，则电池管理系统控制单元不进入休眠状态。
（7）在车辆存放期间，电池管理系统控制单元实时监测SOC偏差，若SOC偏离一定值时，可自动校准SOC，提高SOC的准确度和动力电池安全监控系统的可靠性。
（8）当动力电池组温度低于一定值时，电池管理系统控制单元通过后台远程监控终端通知提醒用户用车前提前预热，提高用户的用车体验。
（9）当动力电池组温度即将低于极限放电温度且动力电池组的SOC在允许范围内，电池管理系统控制单元控制闭合继电器S5和继电器S6，并自动启动加热系统，给加热片通电，提高动力电池组的温度，防止因温度极限过低导致车辆抛锚。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (7)

1.一种电动汽车动力电池安全监控系统，包括蓄电池、动力电池组、电池管理系统控制单元、车辆控制单元、车台系统监控单元、后台远程监控终端、整车其他低压部件和加热片，所述动力电池组、电池管理系统控制单元、车辆控制单元、车台系统监控单元和后台远程监控终端之间分别通过通信信号连接，其特征在于：所述电动汽车动力电池安全监控系统还包括一个DCDC，所述车台系统监控单元、车辆控制单元和整车其他低压部件并联连接后再与所述蓄电池通过整车手动开关S1串联连接，该并联连接的所述车台系统、车辆控制单元和整车其他低压部件还通过一个继电器S2与所述DCDC串联连接；所述电池管理系统控制单元与所述蓄电池之间通过一个继电器S3串联连接；所述DCDC与所述蓄电池通过一个继电器S4和二极管D1串联连接；所述动力电池组与所述DCDC通过熔断器F1串联连接；所述加热片的两端分别通过一个继电器S5和一个继电器S6与所述DCDC串联连接。
2.如权利要求1所述的一种电动汽车动力电池安全监控系统，其特征在于：所述继电器S2、继电器S3和继电器S4为常闭继电器，所述继电器S5和所述继电器S6为常开继电器。
3.如权利要求1所述的一种电动汽车动力电池安全监控系统，其特征在于：所述车辆控制单元通过信号控制所述继电器S3闭合或断开。
4.如权利要求1所述的一种电动汽车动力电池安全监控系统，其特征在于：所述电池管理系统控制单元用于实时监测所述动力电池组的状态信息和所述蓄电池的电压，该电池管理系统控制单元还可通过信号控制所述DCDC以及控制所述继电器S5和继电器S6的闭合或断开。
5.如权利要求4所述的一种电动汽车动力电池安全监控系统，其特征在于：所述动力电池组的状态信息包括单体电压、温度和SOC，所述电池管理系统控制单元通过通信信号实时监测所述单体电压、温度和SOC。
6.一种如权利要求1-5任一所述的电动汽车动力电池安全监控系统的低压配电方案，其特征在于，具体工作步骤如下：
（1）无论整车手动开关S1闭合或断开时，电池管理系统控制单元由蓄电池供电，始终处于在线状态，可实时监测动力电池组的状态信息；
（2）当整车手动开关S1、继电器S2和继电器S3处于闭合状态，继电器S4处于断开状态，此时车辆控制单元和车台系统监控单元由蓄电池供电，并实时监控电池管理系统控制单元上报的动力电池系统数据，若电池管理系统控制单元失控，车辆控制单元控制断开继电器S3从而断开电池管理系统控制单元所控制的高压电；
（3）当整车手动开关S1处于断开状态，继电器S2、继电器S3和继电器S4处于闭合状态，此时车辆控制单元和车台系统监控单元处于断电下线状态，电池管理系统控制单元为常电状态，电池管理系统控制单元实时监测动力电池组；若动力电池组的单体压差较大，可自动开启均衡模式；若动力电池组出现异常，电池管理系统控制单元激活DCDC，并唤醒车辆控制单元和车台系统监控单元，此时继电器S2处于断开状态，车辆控制单元和车台系统监控单元由DCDC供电并将故障数据上传后台远程监控终端，最后后台远程监控终端通过通信信息通知用户；
（4）当整车手动开关S1处于断开状态，此时电池管理系统控制单元实时监测蓄电池电压，当蓄电池电压低于一定值时，继电器S4处于闭合状态，电池管理系统控制单元控制激活DCDC给蓄电池充电；
（5）当整车手动开关S1处于闭合状态，继电器S4处于断开状态时，由整车控制其他控制器给蓄电池补电，此时电池管理系统控制单元不再控制DCDC给蓄电池补电；
（6）当动力电池组的SOC低于设定值时，可及时通知用户对其进行充电；当动力电池组未及时补电使得其SOC继续下降到设定值以下时，若动力电池组无故障，则电池管理系统控制单元不再激活DCDC给蓄电池补电而自动转为定时监控，若动力电池组出现故障，则电池管理系统控制单元不进入休眠状态；
（7）在车辆存放期间，电池管理系统控制单元实时监测SOC偏差并可自动校准SOC；
（8）当动力电池组的温度低于一定值时，电池管理系统控制单元通过后台远程监控终端通知提醒用户用车前提前预热；
（9）当动力电池组的温度即将低于极限放电温度且动力电池组的SOC在允许范围内，电池管理系统控制单元控制闭合继电器S5和继电器S6，并自动启动加热系统，给加热片通电。
7.如权利要求6所述的一种电动汽车动力电池安全监控系统的低压配电方案，其特征在于：所述电池管理系统控制单元监测所述动力电池组的方式包括自动唤醒、正常工作、低功耗运行或定时休眠。
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