CN112440821A - 一种动力电池分组分区利用控制系统及方法 - Google Patents

一种动力电池分组分区利用控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种动力电池分组分区利用控制系统,包括电池组、BMS,所述电池组为多个相互独立的电池组,每个所述的电池组对应的与一个控制开关串联形成一个独立电池区域,多个电池区域并联形成动力电池包,BMS用于监控各个独立电池区域内的电池组的工作状态并将出现故障的电池组通过电池组对应的控制开关断开其与其它电池组的并联。根据电池包内电芯的串并联方式,将电芯分成几个并联的、可以独立控制的区域,在某一区域的电芯出现压差过大、采集异常等情况时,该区域的主负继电器会断开;因为每个区域都有自己的主负继电器,所以该区域的异常情况不会影响其他电芯区域,在车辆行驶过程中,不容易引起掉高压,更有利于车辆和驾驶人员的安全。

Description

一种动力电池分组分区利用控制系统及方法
技术领域
本发明涉及汽车动力电池安全利用领域,特别涉及一种动力电池分组分区 利用控制系统及其方法。
背景技术
随着国家对新能源领域的大力推广,电动汽车已经是大势所趋。其中动力 电池包可以说是电动汽车的核心,主要负责为为电动汽车提供动力。目前,储 能系统多采用多节电池串并联组成,由于电动汽车要求驱动功率高,续航里程 远,因此对包内电芯的一致性要求非常高,但受到成本和生产技术的影响,目 前很难做到没有差异,有的电池包在出场之后因为各种原因压差会越来越大, 导致车辆容易出现掉高压的情况,严重影响了驾驶人员的驾驶体验,在一些特 殊情况甚至会危害到人们的生命安全。
大多数厂家的电池包内部都是一个整个的区域,一旦电芯出现压差过大, 或者欠压等问题时,主负继电器断开,所有的电芯都将无法工作,而压差问题 又是目前无法避免的;在生产时,受到各种因素的影响,如环境中的粉尘过多、 工人操作时虚焊了,都会埋下隐患,在日后使用过程中很容易会暴露出来,一 旦压差过大,就会导致车辆掉高压,影响客户体验不说,还存在一定的安全风 险。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种动力电池分组分区利用 控制系统及方法,用于解决或者说避免减少现有技术电池包内电芯一致性达不 到要求造成的电池包无法使用供电的缺陷。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案为:一种动力电池分组分区利 用控制系统,包括电池组、BMS,所述电池组为多个相互独立的电池组,每个所 述的电池组对应的与一个控制开关串联形成一个独立电池区域,多个电池区域 并联形成动力电池包,所述BMS用于监控各个独立电池区域内的电池组的工作 状态并将出现故障的电池组通过电池组对应的控制开关断开其与其它电池组的 并联。
所述BMS通过检测各个电池区域内的电池组的电压、电流来判断各个电池 区域内的电池组是否出现电芯之间压差过大或欠压故障,并在出现故障后将该 故障电池组对应的控制开关断开。
每个所述的电池组为多个电芯相互串联或并联形成,且每个所述的电池组 中电芯连接方式相同并在成组时电压保持一致。
每个电池组串联的控制开关包括继电器、保险丝,所述继电器和保险丝串 联形成控制开关后与对应电池组串联。
所述BMS在将故障电池组对应的控制开关断开后,所述BMS对整车运行进 行限制。
所述BMS对整车运行进行限制包括对车辆的最大行驶速度进行限制和或对 动力电池输出功率进行限制。
所述利用控制系统包括多个电芯电压采集点,所述电池管理系统BMS包括 主控单元和多个从控单元,每个从控单元分别通过电芯电压采集点获取对应的 电压数据,每个所述从控单元通过主从通信控制方式与主控单元连接,用于获 取每个电池组以及对应的每个电池组内的电芯采集参数。
所述电池组的工作状态出现故障包括电芯之间差压异常、电芯参数采集异 常、BMS采集电芯参数的采集线松动、脱落。
所述BMS通过CAN总线连接至车载仪表,在出现故障时通过CAN通信方式 将故障数据发送至仪表,并由仪表给出故障指示灯,通过故障指示灯给出故障 提醒。
一种动力电池分组分区利用控制系统的控制方法,在车辆行驶过程中,BMS 对各个电池区域的电池组进行监控,当任一一个电池组内的电芯之间电压差大 于设定阈值时,此时BMS控制该电池组对应的控制开关断开,断开该电池组与 其它电池组的并联,其余电池区域正常工作供电;同时BMS发出故障信号至仪 表中,控制仪表点亮故障指示灯给出电池故障提醒,同时发送限速信号至整车 控制器,限制车辆最大速度。
本发明的优点在于:通过设置各电池组之间通过并联的方式形成电池包并 通过继电器分别控制每一个电池组的并联工作,进而实现在某一电池组内的各 电芯电压差过大或出现故障时,则会发出报警信号,同时断开该故障电芯的工 作,而断开故障电芯工作的同时不会影响其它电芯的正常工作,从而保证了整 车供电安全,保证车辆的正常行驶,而报警信号又可以让用户及时提醒其维修 保养。
根据电池包内电芯的串并联方式,将电芯分成几个并联的、可以独立控制 的区域,不同于之前的包内电芯为一个区域的方式,这样在某一区域的电芯出 现压差过大、采集异常等情况时,该区域的主负继电器会断开;因为每个区域 都有自己的主负继电器,所以该区域的异常情况不会影响其他电芯区域,在车 辆行驶过程中,不容易引起掉高压,更有利于车辆和驾驶人员的安全。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明:
图1为本发明控制系统结构原理图;
图2为本发明的系统电路原理图。
具体实施方式
下面对照附图,通过对最优实施例的描述,对本发明的具体实施方式作进 一步详细的说明。
本发明主要是提供一种动力电池分组分区利用的设计方案,主要设计构想 是将电池包内部的电芯进行分组分区,分为几个可以单独控制的区域。现阶段 大多数厂家的电池包内部都是一个整个的区域,一旦电芯出现压差过大,或者 欠压等问题时,主负继电器断开,所有的电芯都将无法工作,而压差问题又是 目前无法避免的;在生产时,受到各种因素的影响,如环境中的粉尘过多、工 人操作时虚焊了,都会埋下隐患,在日后使用过程中很容易会暴露出来,一旦 压差过大,就会导致车辆掉高压,影响客户体验不说,还存在一定的安全风险! 因此想到了使用分组分区的办法。
若考虑分区,则电压需要和原电压保持一致,因此必须是原来串起来的电 池分为1个区,然后多个区(2~3个)并联。
因为需要使用并联的方式,所以只能在多并的方案中使用,如2并分为两 个区域,3并分为三个区域,在分为几个区域之后,为了保证各个区域之间可以 独立的控制,每个区域内都需要确保有一个主负继电器以及保险丝,这样就可 以在某个区域出现压差过大或者欠压等故障时,该区域的主负继电器会断开, 断开之后该区域将会停止工作,而其他区域因为有独立的主负继电器,且各区 域之间是并联关系,所以仍然可以工作,这样就保证了在一部分电芯出现压差 大的问题时,车辆仍然可以继续行驶。但由于一个区域的电芯无法工作,因此 会通过BMS的策略,来进行限功率,车辆的最大行驶速度会得到限制,将会降低。
因为将包内的电芯进行了分区,不同区域的电芯在进行单体电压等参数的 采集时,需要采集的电压的数量会翻倍,即电压采集点翻倍,这时就需要BMS (BatteryManagement System电池管理系统)在设计时,根据实际所需的电压 采集点,增加相应的从机数量。
如图1所示,一种动力电池分组分区利用控制系统,包括电池组、BMS,电 池组为多个相互独立的电池组,每个所述的电池组对应的与一个控制开关串联 形成一个独立电池区域,多个电池区域并联形成动力电池包,BMS用于监控各个 独立电池区域内的电池组的工作状态并将出现故障的电池组通过电池组对应的 控制开关断开其与其它电池组的并联。以三个电池组为例,每个电池组对应一 个继电器,BMS分别监控每个电池组内的电芯参数,如电压电流,然后通过判断 每个电池组内电芯是否存在电压相差大于一定阈值,当压差过大,BMS控制该电 池组对应的继电器断开,而由于各个电池组是并联的,通过继电器断开其中一 个电池组接入,则使得其它电池组仍可以正常工作,从而保证电池在故障等情况下,仍然可以继续工作一段时间。每个电池组通过与保险丝、继电器串联的 方式形成的电池组区域,电池组区域再并联形成电池包,电池包的正负极引出 主正继电器用于控制整个电池包的供电。
BMS判断的方式包括:BMS通过检测各个电池区域内的电池组的电压、电流 来判断各个电池区域内的电池组是否出现电芯之间压差过大或欠压故障,并在 出现故障后将该故障电池组对应的控制开关断开。
每个所述的电池组为多个电芯相互串联或并联形成,且每个所述的电池组 中电芯连接方式相同并在成组时电压保持一致。这种方式使得在初始成组时, 每个电池组电压初始值相同,从而满足更好的控制。
每个电池组串联的控制开关包括继电器、保险丝,继电器和保险丝串联形 成控制开关后与对应电池组串联。继电器主要用于控制电池组是否可以接入并 联供电,而保险丝主要是安全保护作用。
BMS在将故障电池组对应的控制开关断开后,BMS对整车运行进行限制。BMS 对整车运行进行限制包括对车辆的最大行驶速度进行限制和或对动力电池输出 功率进行限制。当出现故障后断开其中一个电池组的工作,整车供电会出现异 常或者说电压、功率的异常,通过限制最大车速的方式来保证供电的安全正常。 BMS通过CAN总线连接至车载仪表,在出现故障时通过CAN通信方式将故障数据 发送至仪表,并由仪表给出故障指示灯,通过故障指示灯给出故障提醒。
利用控制系统包括多个电芯电压采集点,电池管理系统BMS包括主控单元 和多个从控单元,每个从控单元分别通过电芯电压采集点获取对应的电压数据, 每个所述从控单元通过主从通信控制方式与主控单元连接,用于获取每个电池 组以及对应的每个电池组内的电芯采集参数。电池组的工作状态出现故障包括 电芯之间差压异常、电芯参数采集异常、BMS采集电芯参数的采集线松动、脱落。
一种动力电池分组分区利用控制系统的控制方法,在车辆行驶过程中,BMS 对各个电池区域的电池组进行监控,当任一一个电池组内的电芯之间电压差大 于设定阈值时,此时BMS控制该电池组对应的控制开关断开,断开该电池组与 其它电池组的并联,其余电池区域正常工作供电;同时BMS发出故障信号至仪 表中,控制仪表点亮故障指示灯给出电池故障提醒,同时发送限速信号至整车 控制器,限制车辆最大速度。
如图2所示,图2中将电池包内的电芯分为A和B两个区域,每个区都有 自己独立的主负继电器和保险丝,可以保证在其他出现压差过大等问题时,仍 然可以继续工作,保证车辆继续行驶。
假设A区域内的电芯在行驶过程中出现了压差问题,压差过大,超过了保 证车辆正常行驶的阈值,或者A区域内电芯的采集出现了异常,亦或是采集线 松动、脱落,导致A区域的主负继电器断开,此时A区域的电芯会停止工作, 但由于B区域和A区域是并联关系,且拥有独立的主负继电器,所以仍然可以 继续工作,不会导致车辆突然掉高压,对驾驶员造成生命安全的威胁。
但在车辆继续行驶的过程中,车辆可达到的最大速度将会被降低,且仪表 会有相应的故障指示灯亮起,提示驾驶员车辆出现了故障,需要尽快开到服务 站进行检修。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明的方法构 思和技术方案进行的各种非实质性的改进,均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动力电池分组分区利用控制系统,包括电池组、BMS,其特征在于:所述电池组为多个相互独立的电池组,每个所述的电池组对应的与一个控制开关串联形成一个独立电池区域,多个电池区域并联形成动力电池包,所述BMS用于监控各个独立电池区域内的电池组的工作状态并将出现故障的电池组通过电池组对应的控制开关断开其与其它电池组的并联。
2.如权利要求1所述的一种动力电池分组分区利用控制系统,其特征在于:所述BMS通过检测各个电池区域内的电池组的电压、电流来判断各个电池区域内的电池组是否出现电芯之间压差过大或欠压故障,并在出现故障后将该故障电池组对应的控制开关断开。
3.如权利要求2所述的一种动力电池分组分区利用控制系统,其特征在于:每个所述的电池组为多个电芯相互串联或并联形成,且每个所述的电池组中电芯连接方式相同并在成组时电压保持一致。
4.如权利要求1或2所述的一种动力电池分组分区利用控制系统,其特征在于:每个电池组串联的控制开关包括继电器、保险丝,所述继电器和保险丝串联形成控制开关后与对应电池组串联。
5.如权利要求1或2所述的一种动力电池分组分区利用控制系统,其特征在于:所述BMS在将故障电池组对应的控制开关断开后,所述BMS对整车运行进行限制。
6.如权利要求5所述的一种动力电池分组分区利用控制系统,其特征在于:所述BMS对整车运行进行限制包括对车辆的最大行驶速度进行限制和或对动力电池输出功率进行限制。
7.如权利要求1或2所述的一种动力电池分组分区利用控制系统,其特征在于:所述利用控制系统包括多个电芯电压采集点,所述电池管理系统BMS包括主控单元和多个从控单元,每个从控单元分别通过电芯电压采集点获取对应的电压数据,每个所述从控单元通过主从通信控制方式与主控单元连接,用于获取每个电池组以及对应的每个电池组内的电芯采集参数。
8.如权利要求1或2所述的一种动力电池分组分区利用控制系统,其特征在于:所述电池组的工作状态出现故障包括电芯之间差压异常、电芯参数采集异常、BMS采集电芯参数的采集线松动、脱落。
9.如权利要求1或2所述的一种动力电池分组分区利用控制系统,其特征在于:所述BMS通过CAN总线连接至车载仪表,在出现故障时通过CAN通信方式将故障数据发送至仪表,并由仪表给出故障指示灯,通过故障指示灯给出故障提醒。
10.如权利要求1-9任一所述的一种动力电池分组分区利用控制系统的控制方法,其特征在于:在车辆行驶过程中,BMS对各个电池区域的电池组进行监控,当任一一个电池组内的电芯之间电压差大于设定阈值时,此时BMS控制该电池组对应的控制开关断开,断开该电池组与其它电池组的并联,其余电池区域正常工作供电;同时BMS发出故障信号至仪表中,控制仪表点亮故障指示灯给出电池故障提醒,同时发送限速信号至整车控制器,限制车辆最大速度。
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