CN112350271B - 动力电池过流保护方法、系统及电池管理器 - Google Patents

动力电池过流保护方法、系统及电池管理器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种动力电池过流保护方法，包括：电池管理器接收电流传感器所发送的动力电池高压回路的实时电流值；电池管理器将所述实时电流值与预设的第一电流阈值及第二电流阈值进行比对，当实时电流值大于第一电流阈值且小于第二电流阈值时，电池管理器进行计时并当计时达到预设的时间阈值时，电池管理器控制高压继电器切断动力电池高压回路。本发明还公开了一种电池管理器及一种动力电池过流保护系统。采用本发明，可避免高压负载和高压继电器长时间电流过载，实现了对高压回路的过流保护。

Description

动力电池过流保护方法、系统及电池管理器
技术领域
本发明涉及新能源汽车动力电池安全技术领域，尤其涉及一种动力电池过流保护方法、一种电池管理器及一种动力电池过流保护系统。
背景技术
随着环境问题愈加严峻，节能减排措施受到广泛关注，新能源汽车应运而生，并逐渐成为了大众的关注焦点。但是当前新能源汽车故障率高，还偶发安全问题，其安全性与可靠性问题均制约着新能源汽车的发展。其中最为显著的故障问题是诸如电机控制器等高压负载过流或短路烧坏，以及高压继电器的粘连问题，该类故障都是由于高压回路处于过流或短路状态导致。
目前，对于动力电池过流保护的技术方案，在高压回路存在保护盲区。具体地，当过流电流较小时，继电器会因超过耐受时间而导致粘连，而高压负载也会因长时间过载而发生毁坏。
综上所述，急需研发一种合适的过流保护方法以保护器件免受损坏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种动力电池过流保护方法、系统及电池管理器，可避免高压负载和高压继电器长时间电流过载，实现了对高压回路的过流保护。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种动力电池过流保护方法，包括：电池管理器接收电流传感器所发送的动力电池高压回路的实时电流值；所述电池管理器将所述实时电流值与预设的第一电流阈值及第二电流阈值进行比对，当所述实时电流值大于所述第一电流阈值且小于所述第二电流阈值时，所述电池管理器进行计时并当计时达到预设的时间阈值时，所述电池管理器控制高压继电器切断所述动力电池高压回路。
作为上述方案的改进，所述第一电流阈值为电池模组正常工作时，动力电池高压回路的峰值电流。
作为上述方案的改进，所述第二电流阈值为高压继电器特性曲线与高压熔断器特性曲线的交点所对应的电流值，其中，所述高压继电器特性曲线用于表征高压继电器在不同电流下的耐受时间，所述高压熔断器特性曲线用于表征高压熔断器在不同电流作用下的熔断时间。
作为上述方案的改进，所述时间阈值为高压继电器特性曲线与高压熔断器特性曲线的交点所对应的时间值，其中，所述高压继电器特性曲线用于表征高压继电器在不同电流下的耐受时间，所述高压熔断器特性曲线用于表征高压熔断器在不同电流作用下的熔断时间。
作为上述方案的改进，所述电池管理器与电流传感器之间通过双绞线进行CAN信号传输，所述电池管理器与高压继电器之间通过两根导线进行硬线信号传输。
作为上述方案的改进，所述动力电池过流保护方法还包括：当所述实时电流值大于所述第一电流阈值时，高压熔断器熔断以切断所述动力电池高压回路。
相应地，本发明还提供了一种电池管理器，包括：接收模块，用于接收电流传感器所发送的动力电池高压回路的实时电流值；比对模块，用于将所述实时电流值与预设的第一电流阈值及第二电流阈值进行比对；控制模块，用于当所述比对模块判断出实时电流值大于所述第一电流阈值且小于所述第二电流阈值时，进行计时并当计时达到预设的时间阈值时，控制高压继电器切断所述动力电池高压回路。
相应地，本发明还提供了一种动力电池过流保护系统，包括电池模组、高压继电器、高压熔断器、高压负载、电流传感器及电池管理器，所述电池模组、高压继电器、高压熔断器、高压负载及电流传感器依次串接以构成动力电池高压回路，所述电池管理器分别与高压继电器及电流传感器连接。
作为上述方案的改进，所述电池管理器与高压继电器之间通过两根导线进行连接，所述电池管理器与电流传感器之间通过双绞线进行连接。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明解决了普通过流保护方案中所存在的保护盲区问题，对于过流值较小的情况，通过电流传感器检测电流，当超过预设的时间阈值后，主动切断继电器，从而让新能源汽车在发生过流或短路时及时提供保护，降低了零部件的故障率，同时提升了整车的安全性。
附图说明
图1是本发明动力电池过流保护方法的实施例流程图；
图2是本发明中高压继电器特性曲线及高压熔断器特性曲线的示意图；
图3是本发明动力电池过流保护系统的结构示意图；
图4是本发明电池管理器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
参见图1，图1显示了本发明动力电池过流保护方法的实施例流程图，包括：
S101，电池管理器接收电流传感器所发送的动力电池高压回路的实时电流值。
S102，所述电池管理器将所述实时电流值与预设的第一电流阈值及第二电流阈值进行比对，当所述实时电流值大于所述第一电流阈值且小于所述第二电流阈值时，所述电池管理器进行计时并当计时达到预设的时间阈值时，所述电池管理器控制高压继电器切断所述动力电池高压回路。
电池模组正常输出电流时，高压继电器处于闭合状态，电流传感器检测动力电池高压回路的实时电流值，并将实时电流值传输至电池管理器；当电池模组输出的实时电流异常时，电池管理器比对出实时电流值大于第一电流阈值且小于第二电流阈值，此时电池管理器启动计时，当计时时间达到预设的时间阈值时，电池管理器通过输出信号控制高压继电器断开，使动力电池高压回路断开，从而保护了高压继电器和高压负载。
因此，本发明对于过流值较小的情况，通过电流传感器检测实时电流值，当异常时间超过预设的时间阈值后，主动切断继电器，从而让新能源汽车在发生过流或短路时及时提供保护，降低了零部件的故障率，同时提升了整车的安全性。
进一步，当所述实时电流值大于所述第一电流阈值时，高压熔断器熔断以切断所述动力电池高压回路。需要说明的是，本发明中，所述第一电流阈值为电池模组正常工作时，动力电池高压回路的峰值电流，因此，当实时电流值大于第一电流阈值，则表示实时电流值为异常的过流电流值，此时，高压熔断器中的熔体发热并开始融化以切断所述动力电池高压回路。
需要说明都是，当过流电流足够大时，高压熔断器能迅速熔断，进而保护高压继电器和高压负载，但是当过流电流较小时，高压熔断器需要熔断的时间较长，此时继电器会因超过耐受时间而导致粘连，而高压负载也会因长时间过载而发生毁坏。因此本方面将高压熔断器过流保护与高压继电器过流保护相结合。
电池模组正常输出电流时，高压继电器处于闭合状态，当动力电池高压回路的实时电流值大于所述第一电流阈值时，高压熔断器中的熔体发热并开始缓慢融化，在融化过程中，电流传感器检测动力电池高压回路的实时电流值，并将实时电流值传输至电池管理器；当电池管理器比对出实时电流值大于第一电流阈值且小于第二电流阈值时，电池管理器启动计时，当计时时间达到预设的时间阈值时，电池管理器通过输出信号控制高压继电器断开，使动力电池高压回路在高压熔断器熔断前断开，从而保护了高压继电器和高压负载；当电池管理器比对出实时电流值大于第二电流阈值时，不需要断开高压继电器，而高压熔断器会先熔断，从而使高压继电器不会粘连。
如图2所示，本发明中，所述第一电流阈值为电池模组正常工作时，动力电池高压回路的峰值电流；所述第二电流阈值为高压继电器特性曲线K1与高压熔断器特性曲线K2的交点所对应的电流值(参见图2)；所述时间阈值为高压继电器特性曲线K1与高压熔断器特性曲线K2的交点所对应的时间值(参见图2)。其中，所述高压继电器特性曲线K1用于表征高压继电器在不同电流下的耐受时间，当超过耐受时间后高压继电器会粘连失效；所述高压熔断器特性曲线K2用于表征高压熔断器在不同电流作用下的熔断时间，达到规定时间后高压熔断器可靠熔断。
下面结合图2对过流情况作进一步的分析：
(1)当实时电流值大于第一电流阈值I且小于第二电流阈值I0时，高压继电器最大耐受时间为T，此时高压熔断器并未完全熔断，电池管理器控制高压继电器在T时刻切断动力电池高压回路，从而使高压继电器不会粘连，高压负载也不会长时间过载；
(2)当实时电流值大于第二电流阈值I0时，由于高压熔断器的熔断时间小于高压继电器的耐受时间，高压熔断器会先熔断，从而使高压继电器不会粘连，相应地，也不需要断开高压继电器。
进一步，所述电池管理器与电流传感器之间通过通讯线束进行信号传输，实现CAN数据传输，其中，所述通讯线束为双绞线。所述电池管理器与高压继电器之间通过控制线束进行信号传输，实现硬线信号传输，其中，所述控制线束优选为两根导线。
由上可知，本发明解决了普通过流保护方案中所存在的保护盲区问题，可以实现全电流范围的过流保护，对于过流值较小的情况，通过电流传感器检测电流，当超过预设的时间阈值后，主动切断继电器，从而避免高压负载和高压继电器长时间电流过载，实现了对高压回路的过流保护。
参见图3，图3显示了本发明动力电池过流保护系统的具体结构，其包括电池模组1、高压继电器2、高压熔断器3、高压负载4、电流传感器5及电池管理器6；所述电池模组1、高压继电器2、高压熔断器3、高压负载4及电流传感器5依次串接以构成动力电池高压回路，所述电池管理器6分别与高压继电器2及电流传感器5连接。具体地：
电池模组1由多个电池单体组成，优选为长方体结构，用于输出电能以为动力电池高压回路供电；
高压负载4为高压用电器，由电池模组1供电；
高压熔断器3是串联于动力电池高压回路中的熔断式保护器件，当动力电池高压回路中的电流超过规定值时，高压熔断器3中的熔体发热并融化，从而实现动力电池高压回路的切断；
电流传感器5用于采集动力电池高压回路的实时电流值；
电池管理器6用于接收电流传感器5所发送的动力电池高压回路的实时电流值，并根据实时电流值控制高压继电器2的闭合及断开动作；
高压继电器2为电控开关器件，用于根据电池管理器6输出的信号进行闭合及断开动作，从而实现动力电池高压回路的接通及切断。
电池模组1正常输出电流时，高压继电器2处于闭合状态，当动力电池高压回路的实时电流值大于所述第一电流阈值时，高压熔断器3中的熔体发热并开始融化，在融化过程中，电流传感器5检测动力电池高压回路的实时电流值，并将实时电流值传输至电池管理器6；当电池管理器6比对出实时电流值大于第一电流阈值且小于第二电流阈值时，电池管理器6启动计时，当计时时间达到预设的时间阈值时，电池管理器6通过输出信号控制高压继电器2断开，使动力电池高压回路断开，从而保护了高压继电器和高压负载；当电池管理器6比对出实时电流值大于第二电流阈值时，高压熔断器3会先熔断，从而使高压继电器2不会粘连，相应地，也不需要断开高压继电器2。
进一步，所述电池管理器6与高压继电器2之间通过控制线束进行连接，其中，所述控制线束优选为两根导线，用于连接电池管理器6和高压继电器2，实现硬线信号传输；同时，所述电池管理器6与电流传感器5之间通过通讯线束进行连接，其中，所述通讯线束为双绞线，用于连接电池管理器6和电流传感器5，实现CAN数据传输。
如图4所示，电池管理器6包括接收模块61、比对模块62及控制模块63，具体地：
接收模块61，用于接收电流传感器5所发送的动力电池高压回路的实时电流值；
比对模块62，用于将所述实时电流值与预设的第一电流阈值及第二电流阈值进行比对；
控制模块63，用于当所述比对模块62判断出实时电流值大于所述第一电流阈值且小于所述第二电流阈值时，进行计时并当计时达到预设的时间阈值时，控制高压继电器2切断所述动力电池高压回路。
工作时，接收模块61接收电流传感器5所发送的动力电池高压回路的实时电流值；比对模块62将所述实时电流值与预设的第一电流阈值及第二电流阈值进行比对，当所述比对模块62判断出实时电流值大于所述第一电流阈值且小于所述第二电流阈值时，控制模块63进行计时并当计时达到预设的时间阈值时，控制高压继电器2切断所述动力电池高压回路。
由上可知，本发明解决了普通过流保护方案中所存在的保护盲区问题，可以实现全电流范围的过流保护，对于过流值较小的情况，通过电流传感器检测电流，当超过预设的时间阈值后，主动切断继电器，从而让新能源汽车在发生过流或短路时及时提供保护，降低了零部件的故障率，同时提升了整车的安全性。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种动力电池过流保护方法，其特征在于，包括：
电池管理器接收电流传感器所发送的动力电池高压回路的实时电流值；
所述电池管理器将所述实时电流值与预设的第一电流阈值及第二电流阈值进行比对，当所述实时电流值大于所述第一电流阈值且小于所述第二电流阈值时，所述电池管理器进行计时并当计时达到预设的时间阈值时，所述电池管理器控制高压继电器切断所述动力电池高压回路；
其中，所述第二电流阈值为高压继电器特性曲线与高压熔断器特性曲线的交点所对应的电流值，其中，所述高压继电器特性曲线用于表征高压继电器在不同电流下的耐受时间，所述高压熔断器特性曲线用于表征高压熔断器在不同电流作用下的熔断时间；
其中，所述时间阈值为高压继电器特性曲线与高压熔断器特性曲线的交点所对应的时间值，其中，所述高压继电器特性曲线用于表征高压继电器在不同电流下的耐受时间，所述高压熔断器特性曲线用于表征高压熔断器在不同电流作用下的熔断时间。
2.如权利要求1所述的动力电池过流保护方法，其特征在于，所述第一电流阈值为电池模组正常工作时，动力电池高压回路的峰值电流。
3.如权利要求1所述的动力电池过流保护方法，其特征在于，所述电池管理器与电流传感器之间通过双绞线进行CAN信号传输，所述电池管理器与高压继电器之间通过两根导线进行硬线信号传输。
4.如权利要求1所述的动力电池过流保护方法，其特征在于，还包括：当所述实时电流值大于所述第一电流阈值时，高压熔断器熔断以切断所述动力电池高压回路。
5.一种电池管理器，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收电流传感器所发送的动力电池高压回路的实时电流值；
比对模块，用于将所述实时电流值与预设的第一电流阈值及第二电流阈值进行比对；
控制模块，用于当所述比对模块判断出实时电流值大于所述第一电流阈值且小于所述第二电流阈值时，进行计时并当计时达到预设的时间阈值时，控制高压继电器切断所述动力电池高压回路；
其中，所述第二电流阈值为高压继电器特性曲线与高压熔断器特性曲线的交点所对应的电流值，其中，所述高压继电器特性曲线用于表征高压继电器在不同电流下的耐受时间，所述高压熔断器特性曲线用于表征高压熔断器在不同电流作用下的熔断时间；
其中，所述时间阈值为高压继电器特性曲线与高压熔断器特性曲线的交点所对应的时间值，其中，所述高压继电器特性曲线用于表征高压继电器在不同电流下的耐受时间，所述高压熔断器特性曲线用于表征高压熔断器在不同电流作用下的熔断时间。
6.一种动力电池过流保护系统，其特征在于，包括电池模组、高压继电器、高压熔断器、高压负载、电流传感器及权利要求5所述的电池管理器，所述电池模组、高压继电器、高压熔断器、高压负载及电流传感器依次串接以构成动力电池高压回路，所述电池管理器分别与高压继电器及电流传感器连接。
7.如权利要求6所述的动力电池过流保护系统，其特征在于，所述电池管理器与高压继电器之间通过两根导线进行连接，所述电池管理器与电流传感器之间通过双绞线进行连接。
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