CN111591169B - 一种动力电池高压回路、控制方法及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本方案涉及一种动力电池高压回路、控制方法及电动汽车，以在满足高压回路功能的前提下，减少继电器使用数量达到降低成本的效果。该动力电池高压回路包括：电池管理系统BMS、动力电池、放电插接件、充电插接件以及预充电电路；所述放电插接件和所述充电插接件通过主正继电器连接所述动力电池的正极；所述放电插接件通过导线连接所述动力电池的负极；所述充电插接件通过直流负继电器连接所述动力电池的负极；所述预充电电路与所述主正继电器并联；所述电池管理系统BMS分别通过信号线连接所述主正继电器、所述直流负继电器和所述预充电电路。

Description

一种动力电池高压回路、控制方法及电动汽车

技术领域

本发明涉及电动汽车动力电池充放电控制领域，具体是一种动力电池高压回路、控制方法及电动汽车。

背景技术

随着世界石油资源的日益匮乏，国际、国内各主机厂都在致力于发展新能源汽车，以倡导节能、减排；但受技术发展的制约，动力电池成本居高不下，使很多潜在电动车用户望而却步。同时，受国内相关补贴政策退坡的影响，该现状有近一步加剧的趋势。因此，寻求降低动力电池生产成本的方法，是目前各大主机厂着重关注的问题。

通常，动力电池的成本主要为各子零部件的材料成本。动力电池的价格不仅仅取决于材料的单价，产品BOM中零部件的数量同样在很大程度上影响着产品的价格。例如具有不同数量标准模组数的动力电池产品成本存在一定差异、含有加热PTC的产品和不含加热PTC的产品成本也不相同，类似的例子比比皆是。但是上述例子中的零部件多或少、有或无都会严重影响产品本身的性能或功能。

综上所述，一种既能够保证产品性能和功能，又能够有效的降低产品成本的设计方案是当前各主机厂迫切需求的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动力电池高压回路、控制方法及电动汽车，以在满足高压回路功能的前提下，减少继电器使用数量达到降低成本的效果

本发明的技术方案为：

本发明提供了一种动力电池高压回路，包括：电池管理系统BMS、动力电池、放电插接件、充电插接件以及预充电电路；

所述放电插接件和所述充电插接件通过主正继电器连接所述动力电池的负极；

所述放电插接件通过导线连接所述动力电池的正极；

所述充电插接件通过直流负继电器连接所述动力电池的负极；

所述预充电电路与所述主正继电器并联；

所述电池管理系统BMS分别通过信号线连接所述主正继电器、所述直流负继电器和所述预充电电路。

优选地，所述预充电电路包括：

串联的预充电电阻和预充电继电器；

所述预充电继电器连接所述放电插接件和所述充电插接件；

所述预充电电阻连接所述动力电池的正极；

所述预充电继电器通过信号线连接所述电池管理系统BMS。

优选地，所述高压回路还包括：

用于检测母线电流的电流传感器，所述电流传感器通过信号线与所述电池管理系统BMS连接。

优选地，所述高压回路还包括：

用于检测所述预充电继电器的内侧电压和外侧电压的电压检测装置，所述电压检测装置通过信号线与所述电池管理系统BMS连接。

本发明还提供了一种动力电池高压回路的控制方法，应用于上述的动力电池高压回路，包括：

电池管理系统BMS在仅接收到整车控制器VCU发送的预充电指令PreCharge时，控制所述预充电电路中的预充电继电器闭合；

当电池管理系统BMS根据电压检测装置采集到的所述预充电继电器的外侧电压Ulink和内侧电压Upack满足Ulink≥m*Upack时，电源管理系统BMS(1控制所述主正继电器闭合；m为设定百分比系数；

在所述主正继电器闭合设定时长后，所述电源管理系统BMS控制所述预充电继电器断开。

优选地，所述方法还包括：

电源管理系统BMS在识别出需要对动力电池进行充电且接收到整车控制器VCU发送的预充电指令PreCharge时，控制所述预充电电路中的预充电继电器闭合；

当电池管理系统BMS根据电压检测装置采集到的所述预充电继电器的外侧电压Ulink和内侧电压Upack满足Ulink≥m*Upack时，电源管理系统BMS控制所述主正继电器闭合；

在所述主正继电器闭合设定时长后，所述电源管理系统BMS控制所述预充电继电器断开。

优选地，所述方法还包括：

电源管理系统BMS在接收到整车控制器VCU发送的预充电指令PreCharge时，获取电流传感器采集的高压母线电流I；

在所述高压母线电流I小于设定电流TBD时，控制处于闭合状态的全部继电器断开。

本发明还提供了一种电动汽车，包括上述的动力电池高压回路。

本发明的有益效果为：

动力电池对外放电的最终状态为，主正继电器为闭合状态，而直流负继电器和预充电继电器为断开状态，此状态下，由于直流负继电器为断开状态，使充电接插件一侧不带电，可以避免人员触电现象。对动力电池充电的最终状态为，主正继电器和直流负继电器为闭合状态，预充电继电器为断开状态，此状态下，尽管放电接插件带电，但由于其位置位于车辆内部，不会出现人员触电现象。总结来说，本实施例的上述回路，只需要设置3个继电器，便可实现高压回路的预充电功能，放电功能和充电功能，减少一个继电器会使得整车成本降低30多元。

附图说明

图1为本发明的动力电池高压回路的结构框图；

图2为本发明的动力电池高压回路的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1所示，本发明实施例提供了一种动力电池高压回路，通过对回路中继电器的闭合或断开控制器，可以实现对动力电池内部高压回路上的继电器进行通断控制。与现有技术相比，本实施例中的方案，减少了继电器使用量，降低了成本，同时，仍然满足原有高压回路功能。

其中，实现对上述的高压回路进行控制的系统包括电池管理系统BMS1、热管理系统和动力电池2组成的电池模组。其中，电池管理系统BMS1根据整车的相关指令，通过控制回路中的继电器的闭合或断开，可实现对电池内部高压回路上的继电器进行通断控制。

具体来说，如图1所示，该动力电池高压回路包括：电池管理系统BMS1、动力电池2、放电插接件3、充电插接件4以及预充电电路5；所述放电插接件3和所述充电插接件4通过主正继电器K2连接所述动力电池2的正极；所述放电插接件3通过导线连接所述动力电池2的负极；所述充电插接件4通过直流负继电器K3连接所述动力电池2的负极；所述预充电电路5与所述主正继电器K2并联；所述电池管理系统BMS1分别通过信号线连接所述主正继电器K2、所述直流负继电器K3和所述预充电电路5。

其中，放电插接件3是指将动力电池2的电量放电提供至电动汽车的电机的相关插接件，放电插接件3设置在电动汽车的内部，通常情况下，用户不会有机会接触到放电接插件3。充电接插件4则是指与充电枪相连的插接口等部件。

具体来说，如图1所示，所述预充电电路5包括：串联的预充电电阻R和预充电继电器K1；所述预充电继电器K1连接所述放电插接件3和所述充电插接件4；所述预充电电阻R连接所述动力电池2的正极；所述预充电继电器K1通过信号线连接所述电池管理系统BMS1。

所述高压回路还包括：用于检测母线电流的电流传感器6，所述电流传感器6通过信号线与所述电池管理系统BMS1连接，电池管理系统BMS1基于电流传感器6所检测到的高压母线电流I，来针对性地对主正继电器K2和直流负继电器K3进行控制。

所述高压回路还包括：用于检测所述预充电继电器K1的内侧电压Upack和外侧电压Ulink的电压检测装置7，所述电压检测装置7通过信号线与所述电池管理系统BMS1连接。对于本领域技术人员来说，实现预充电继电器K1两端电压检测的电压检测装置的具体结构，是本领域所公知的技术，本方案中，不对此进行赘述。

具体来说，动力电池对外放电的最终状态为，主正继电器K2为闭合状态，而直流负继电器K3和预充电继电器K1为断开状态，此状态下，由于直流负继电器K3为断开状态，使充电接插件4一侧不带电，可以避免人员触电现象。对动力电池充电的最终状态为，主正继电器K2和直流负继电器K3为闭合状态，预充电继电器K1为断开状态，此状态下，尽管放电接插件3带电，但由于其位置位于车辆内部，不会出现人员触电现象。总结来说，本实施例的上述回路，只需要设置3个继电器，便可实现高压回路的预充电功能，放电功能和充电功能，减少一个继电器会使得整车成本降低30多元。

在动力电池1进行慢充或放电的过程中，此时图1所示的动力电池高压回路进行工作。

动力电池进行充放电之前，电源管理系统BMS1根据现有技术中的逻辑能够识别是需要动力电池2放电还是需要对动力电池充电。

具体来说，在动力电池1需要对外放电时，动力电池高压回路在电池管理系统BMS1成功完成初始化且无故障的前提下，当电源管理系统BMS1收到整车VCU发送的预充电指令PreCharge后，电源管理系统BMS1首先控制闭合预充继电器K1，此时动力电池2对高压回路进行预充电。将动力电池高压回路中的预充继电器K1外侧电压定义为Ulink（如图1，外侧电压具体是指靠近放电插接件3和充电插接件4的一侧电压），动力电池高压回路中的预充继电器K1内侧电压定义为Upack（内侧电压是指靠近动力电池1的正极的一侧电压）。当Ulink和Upack值满足一定关系时（Ulink≥m*Upack），定义动力电池高压回路预充成功。

动力电池高压回路在预充电完成条件判断成功后， 电源管理系统BMS1先控制闭合主正继电器K2，等待一定时间T1后，电源管理系统BMS1再控制断开预充继电器K1,此时动力电池高压回路中只有主正继电器K2工作。

当电源管理系统BMS1收到整车VCU发送的高压下电指令powerdown后，电源管理系统BMS1通过判断高压母线上的电流传感器6采集的电流值I1的大小决定是否控制主正继电器K2断开操作，当I1的值≤TBD（初值为5A）时，电源管理系统BMS1控制主正继电器K2断开，实现下电操作。

在动力电池2进行快充过程中，当电源管理系统BMS1收到整车VCU发送的预充电指令PreCharge后，首先控制闭合直流负继电器K3，等待一定时间T1后，再闭合预充继电器K1，此时动力电池2对其高压回路进行预充电。动力电池高压回路的预充继电器K1的外侧电压定义为Ulink，动力电池高压回路的预充继电器K1的内侧电压定义为Upack。当Ulink和Upack值满足一定关系时（Ulink≥m*Upack），定义动力电池高压回路预充成功。

动力电池高压回路在预充电完成条件判断成功后，电源管理系统BMS1先控制闭合主正继电器K2，等待一定时间T1后，电源管理系统BMS1再控制断开预充继电器K1,此时高压回路中的主正继电器K2和直流负继电器K3一起工作。

当电源管理系统BMS1收到整车控制器VCU发送的高压下电指令powerdown后，电源管理系统BMS1通过判断高压母线上的电流传感器6采集的电流值I1的大小决定是否控制主正继电器K2断开操作，当I1的值≤TBD（初值为5A）时，电源管理系统BMS1控制主正继电器K2和直流负继电器K3断开，实现下电操作。

总结来说，本实施例中，针对上述动力电池高压回路的控制方法，可以总结为如图2所示的流程图，即：

步骤S101，电池管理系统BMS1识别出对动力电池2进行充电还是需要动力电池对外放电。

步骤S102，在识别出需要动力电池2对外放电时，若接收到整车控制器VCU发送的预充电指令PreCharge，电池管理系统BMS1控制所述预充电电路5中的预充电继电器K1闭合。

步骤S103，当电池管理系统BMS1根据电压检测装置7采集到的所述预充电继电器K1的外侧电压Ulink和内侧电压Upack满足Ulink≥m*Upack时，电源管理系统BMS1 控制所述主正继电器K2闭合；TBD为设定百分比系数（如95%）。

步骤S104，在所述主正继电器K2闭合设定时长后，所述电源管理系统BMS1控制所述预充电继电器K1断开。

步骤S105，电源管理系统BMS1在接收到整车控制器VCU发送的高压下电指令powerdown时，获取电流传感器6采集的高压母线电流I；

步骤S106，在所述高压母线电流I小于设定电流TBD时，控制处于闭合状态的主正继电器K2断开。

步骤S107，电源管理系统BMS1在识别出需要对动力电池2进行充电时，控制直流负继电器K3闭合；

步骤S108，在进一步接收到整车控制器VCU发送的预充电指令PreCharge时，电源管理系统BMS1控制所述预充电电路5中的预充电继电器K1闭合；

步骤S109，当电池管理系统BMS1根据电压检测装置7采集到的所述预充电继电器K1的外侧电压Ulink和内侧电压Upack满足Ulink≥m*Upack时，电源管理系统BMS1控制所述主正继电器K2闭合；

步骤S110，在所述主正继电器K2闭合设定时长后，所述电源管理系统BMS1控制所述预充电继电器K1断开。

步骤S111，电源管理系统BMS1在接收到整车控制器VCU发送的高压下电指令powerdown时，获取电流传感器6采集的高压母线电流I；

步骤S112，在所述高压母线电流I小于设定电流TBD时，控制处于闭合状态的主正继电器K2和直流负继电器K3断开。

以上实施例只是以电池上、下电为例描述了如何通过电源管理系统BMS1控制继电器在不同工况下实现高压上、下电的操作流程。

本发明还提供了一种电动汽车，该电动汽车包括上述的动力电池高压回路。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种动力电池高压回路，其特征在于，包括：电池管理系统BMS（1）、动力电池（2）、放电插接件（3）、充电插接件（4）以及预充电电路（5）；

所述放电插接件（3）和所述充电插接件（4）通过主正继电器（K2）连接所述动力电池（2）的正极；

所述放电插接件（3）通过导线连接所述动力电池（2）的负极；

所述充电插接件（4）通过直流负继电器（K3）连接所述动力电池（2）的负极；

所述预充电电路（5）与所述主正继电器（K2）并联；

所述电池管理系统BMS（1）分别通过信号线连接所述主正继电器（K2）、所述直流负继电器（K3）和所述预充电电路（5）；

所述预充电电路（5）包括：

串联的预充电电阻（R）和预充电继电器（K1）；

所述预充电继电器（K1）连接所述放电插接件（3）和所述充电插接件（4）；

所述预充电电阻（R）连接所述动力电池（2）的正极；

所述预充电继电器（K1）通过信号线连接所述电池管理系统BMS（1）；

所述高压回路还包括：

用于检测所述预充电继电器（K1）的内侧电压Upack和外侧电压Ulink的电压检测装置（7），所述电压检测装置（7）通过信号线与所述电池管理系统BMS（1）连接；

电池管理系统BMS（1）在识别出需要动力电池（2）对外放电且接收到整车控制器VCU发送的预充电指令PreCharge时，控制所述预充电电路（5）中的预充电继电器（K1）闭合；

当电池管理系统BMS（1）根据电压检测装置（7）采集到的所述预充电继电器（K1）的外侧电压Ulink和内侧电压Upack满足Ulink≥m*Upack时，电源管理系统BMS（1 ）控制所述主正继电器（K2）闭合；m为设定百分比系数；

在所述主正继电器（K2）闭合设定时长后，所述电源管理系统BMS（1）控制所述预充电继电器（K1）断开；

电源管理系统BMS（1）在识别出需要对动力电池（2）进行充电时，控制直流负继电器（K3）闭合；

在进一步接收到整车控制器VCU发送的预充电指令PreCharge时，电源管理系统BMS（1）控制所述预充电电路（5）中的预充电继电器（K1）闭合；

当电池管理系统BMS（1）根据电压检测装置（7）采集到的所述预充电继电器（K1）的外侧电压Ulink和内侧电压Upack满足Ulink≥m*Upack时，电源管理系统BMS（1）控制所述主正继电器（K2）闭合；

在所述主正继电器（K2）闭合设定时长后，所述电源管理系统BMS（1）控制所述预充电继电器（K1）断开。

2.根据权利要求1所述的动力电池高压回路，其特征在于，所述高压回路还包括：

用于检测母线电流的电流传感器（6），所述电流传感器（6）通过信号线与所述电池管理系统BMS（1）连接。

3.一种动力电池高压回路的控制方法，应用于权利要求1至2任一项所述的动力电池高压回路，其特征在于，包括：

电池管理系统BMS（1）在识别出需要动力电池（2）对外放电且接收到整车控制器VCU发送的预充电指令PreCharge时，控制所述预充电电路（5）中的预充电继电器（K1）闭合；

当电池管理系统BMS（1）根据电压检测装置（7）采集到的所述预充电继电器（K1）的外侧电压Ulink和内侧电压Upack满足Ulink≥m*Upack时，电源管理系统BMS（1 ）控制所述主正继电器（K2）闭合；m为设定百分比系数；

在所述主正继电器（K2）闭合设定时长后，所述电源管理系统BMS（1）控制所述预充电继电器（K1）断开。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

电源管理系统BMS（1）在识别出需要对动力电池（2）进行充电时，控制直流负继电器（K3）闭合；

在进一步接收到整车控制器VCU发送的预充电指令PreCharge时，电源管理系统BMS（1）控制所述预充电电路（5）中的预充电继电器（K1）闭合；

当电池管理系统BMS（1）根据电压检测装置（7）采集到的所述预充电继电器（K1）的外侧电压Ulink和内侧电压Upack满足Ulink≥m*Upack时，电源管理系统BMS（1）控制所述主正继电器（K2）闭合；

在所述主正继电器（K2）闭合设定时长后，所述电源管理系统BMS（1）控制所述预充电继电器（K1）断开。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

电源管理系统BMS（1）在接收到整车控制器VCU发送的高压下电指令powerdown时，获取电流传感器（6）采集的高压母线电流I；

在所述高压母线电流I小于设定电流TBD时，控制处于闭合状态的全部继电器断开。

6.一种电动汽车，其特征在于，包括权利要求1至2任一项所述的动力电池高压回路。

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