CN112606691B - 一种电池快换型电动汽车安全控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电池快换型电动汽车安全控制方法及装置，涉及汽车电子技术领域，该方法包括换电连接器检测流程、换电安全保障流程、通讯丢失保障流程以及锁止机构故障保障流程，换电连接器检测流程用于对电池包内电压以及电机直流母线电压进行检测，判断换电连接器的工作状况，换电安全保障流程用于保障换电时的车辆与人身安全，通讯丢失保障流程用于对不同工况下的通信进行监测，及时发现通信故障，锁止机构故障保障流程用于根据车辆的检测情况进行保护，避免车辆动力中断。本申请针对换电车型的特点，制定相关流程并实时检测，根据检测获得的信号及时发现故障，并对电动车进行有效保护，提高换电车型的安全性和可靠性。

Description

一种电池快换型电动汽车安全控制方法及装置

技术领域

本申请涉及汽车电子技术领域，具体涉及一种电池快换型电动汽车安全控制方法及装置。

背景技术

近年来，随着环保意识和科技水平逐步提高，电动汽车实用性越来越强，大众对于电动汽车的接受程度也越来越高。目前，国内多个城市都在鼓励电动汽车作为出租车辆使用。既能够减少污染，也能够充分发挥电动汽车使用价格较低的优势，以抵消电池成本。

针对出租车运营的情况，运营公司一般采用人停车不停的工作方式，如果汽车充电需要较长时间，就会造成汽车资源的浪费。现阶段充电技术，快充方式一般可以实现充30分钟，达到百分之八十的电量，而慢充方式则一般需要充8个小时才能充满。但是，快充方式对电池要求较高，频繁如此，会导致电池衰减过快。而慢充方式时间太长，对于运营车辆不可接受。现阶段，对于出租车，电池快换是非常好的选择。

电池作为新能源汽车的动力源，其中包含电池控制系统，一旦出现问题，后果很严重。因此，快换车辆存在问题如下：一、频繁更换电池包，导致接口端子接触电阻变大或者是接触不良，并且该处没有很好的散热途径，可能导致温度过高，引发自燃风险。二、换电过程中，高压连接以及非预期的行为导致人身与车辆损害。三、在换电和行车过程中，发生通讯故障，导致安全问题。四、电池锁止机构出现故障，电池有脱落风险，可能导致动力突然中断。

因此，针对上述需求，继续设计一套控制方案以保证换电汽车的安全。

发明内容

本申请提供一种电池快换型电动汽车安全控制方法及装置，针对换电车型的特点，根据换电、充电、行车等工况制定相关流程并实时检测，根据检测获得的信号及时发现故障，并对电动车进行有效保护，提高换电车型的安全性和可靠性。

第一方面，本申请提供了一种电池快换型电动汽车安全控制方法，所述方法包括换电连接器电压检测流程，所述换电连接器电压检测流程包括以下步骤：

检测电池包内电压以及电机直流母线电压；

将所述电池包内电压与所述电机直流母线电压的电压差值，与预设的第一电压差阈值和第二电压差阈值进行比对；

根据电压差值比对结果，判定换电连接器工作是否正常，当判定换电连接器工作异常时进行扭矩调整；

所述方法还包括换电安全保障流程，所述换电安全保障流程包括以下步骤：

换电过程前，将车辆各控制器保持在唤醒状态，维持车辆与换电站之间的信号交互；

换电过程中，将车辆保持在非锁止以及下高压状态；并实时监控车门状态，保证人身与车辆安全；

换电过程后，将车辆保持在锁止以及上高压状态。

具体的，所述根据电压差值比对结果，判定换电连接器工作是否正常，当判定换电连接器工作异常时进行扭矩调整中，包括以下步骤：

当所述电压差值小于所述第一电压差阈值时，判定换电连接器工作正常；

当所述电压差值在所述第一电压差阈值与所述第二电压差阈值之间时，进行扭矩调整操作；

当所述电压差值大于所述第二电压差阈值时，进行扭矩清零操作。

进一步的，所述方法还包括通讯丢失保障流程，所述通讯丢失保障流程包括以下步骤：

根据所述换电控制器、车辆的VCU以及对应的云端监控平台之间的通讯情况，选择维持状态或生成警报信息或生成扭矩置零指令或禁止换电或提供语音提示。

具体的，所述根据所述换电控制器、车辆的VCU以及对应的云端监控平台之间的通讯情况，选择维持状态或生成警报信息或生成扭矩置零指令或禁止换电或提供提示中，包括以下步骤：

换电过程中，若换电控制器与车辆的VCU发生通信丢失，换电控制器反馈至监控平台，监控平台禁止换电操作并生成警报，VCU继续执行换电控制器上一时刻值对应的操作指令；

换电过程中，若换电控制器与对应的云端监控平台发生通信丢失，云端监控平台禁止换电操作并生成警报信号，换电控制器继续执行云端监控平台上一时刻值对应的操作指令；

行车过程中，若VCU与车辆的换电控制器通讯丢失，则VCU执行上一时刻值并点亮系统故障灯；

行车过程中，若VCU同时与车辆的换电控制器和BMS发生通信丢失，VCU生成扭矩置零指令发送至车辆的MCU。

进一步的，所述方法还包括锁止机构故障保障流程，所述锁止机构故障保障流程包括以下步骤：

检测锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号，并结合车辆是否处于高压状态以及是否处于行车过程，选择向MCU扭矩调整请求或向BMS发送断开主继电器指令。

具体的，所述检测锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号，并结合车辆是否处于高压状态以及是否处于行车过程，选择向MCU扭矩调整请求或向BMS发送断开主继电器指令中，包括以下步骤：

当车辆未处于高压状态时，若检测到锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号中任意一个，则向BMS发送断开主继电器指令；

当车辆已处于高压状态，且处于行车过程时，根据检测到的锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号，结合第一保障规则，向MCU扭矩调整请求或向BMS发送断开主继电器指令；

当车辆已处于高压状态，且处于充电过程时，根据检测到的锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号，结合第二保障规则，向BMS发送断开主继电器指令。

具体的，所述当车辆已处于高压状态，且处于行车过程时，根据检测到的锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号，结合第一保障规则，向MCU发送车速调整扭矩请求或向BMS发送断开主继电器指令中，包括以下步骤：

仅检测到所述锁止机构故障信号或所述BMS通讯丢失信号，则向MCU扭矩调整请求，进行限速操作；

仅检测到所述锁止机构故障信号和所述BMS通讯丢失信号，向MCU扭矩置零请求，并自行断开主继电器；

检测到所述换电连接器故障信号，则进行扭矩置零操作，进而向BMS发送断开主继电器指令。

具体的，所述当车辆已处于高压状态，且处于充电过程时，根据检测到的锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号，结合第二保障规则，向BMS发送断开主继电器指令中，包括以下步骤：

检测到所述换电连接器故障信号，则向BMS发送断开主继电器指令；

检测到锁止机构故障信号和BMS通讯丢失信号，则向BMS发送断开主继电器指令。

第二方面，本申请提供了一种电池快换型电动汽车安全控制装置，所述装置包括：

换电连接器电压检测模块，其用于检测计算获得电池包内电压与电机直流母线电压的电压差值，与预设的第一电压差阈值和第二电压差阈值进行比对，判定换电连接器工作正常或对扭矩进行调整；

换电安全保障模块，其用于在换电过程前后以及进行中，将车辆维持在对应的安全状态；

通讯丢失保障模块，其用于根据所述换电控制器、车辆的VCU以及对应的云端监控平台之间的通讯情况，选择维持状态或生成警报信息或生成扭矩置零指令；

锁止机构故障保障模块，其用于检测锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号，并结合车辆是否处于高压状态以及是否处于行车过程，选择向MCU扭矩调整请求或向BMS发送断开主继电器指令；

所述换电安全保障模块用于执行换电安全保障流程，所述换电安全保障流程包括以下步骤：

换电过程前，将车辆各控制器保持在唤醒状态，维持车辆与换电站之间的信号交互；

换电过程中，将车辆保持在非锁止以及下高压状态；并实时监控车门状态，保证人身与车辆安全；

换电过程后，将车辆保持在锁止以及上高压状态。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

1、本申请针对换电车型的特点，根据换电、充电、行车等工况制定相关流程并实时检测，根据检测获得的信号及时发现故障，并对电动车进行有效保护，提高换电车型的安全性和可靠性。

2、本申请的换电连接器检测流程利用电池包内外电压差保护策略能够及时检测到换电连接器的磨损与接触不良情况，有效避免了非关注区域的电阻过大，形成过热问题，导致热失控的风险。

3、本申请的换电安全保障流程通过VCU、换电控制器、换电站等的交互，自动化完成挂空档，P档解锁、EPB解锁，上下高压等操作，增强了换电过程的安全性和便利性。

4、本申请的通讯丢失保障流程通过换电站、仪表、VCU等的显示与处理，有效减少通讯中断导致的风险，并及时通知驾驶员，防止意外事故的发生。

5、本申请的锁止机构故障保障流程综合电池管理系统、锁止机构、换电连接器的状况，有效识别电池包目前的状态，通过VCU执行相应的降级保护策略，避免了车辆动力中断等严重问题的产生。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中提供的电池快换型电动汽车安全控制方法的硬件基础结构示意图；

图2为本申请实施例中提供的电池快换型电动汽车安全控制方法中换电连接器检测流程的步骤流程图；

图3为本申请实施例中提供的电池快换型电动汽车安全控制方法中换电安全保障流程的步骤流程图；

图4为本申请实施例中提供的电池快换型电动汽车安全控制装置的结构框图。

具体实施方式

术语解释：

VCU:Vehicle Control Unit，整车控制器；

BMS:Battery Management System，电池管理系统；

MCU：Motor Control Unit，电机控制器；

EPB:Electronic Parking Brake，电子驻车制动系统；

PGU：P Gear Control Unit，P档控制单元。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图对本申请的实施例作进一步详细说明。

本申请实施例提供一种电池快换型电动汽车安全控制方法及装置，针对换电车型的特点，根据换电、充电、行车等工况制定相关流程并实时检测，根据检测获得的信号及时发现故障，并对电动车进行有效保护，提高换电车型的安全性和可靠性。

为达到上述技术效果，本申请的总体思路如下：

一种电池快换型电动汽车安全控制方法，该方法包括换电连接器检测流程、换电安全保障流程、通讯丢失保障流程以及锁止机构故障保障流程，换电连接器检测流程用于对电池包内电压以及电机直流母线电压进行检测，判断换电连接器的工作状况，换电安全保障流程用于保障换电时的车辆与人身安全，通讯丢失保障流程用于对不同工况下的通信进行监测，及时发现通信故障，锁止机构故障保障流程用于根据车辆的检测情况进行保护，避免车辆动力中断。

以下结合附图对本申请的实施例作进一步详细说明。

第一方面，参见图1～3所示，本申请实施例提供一种电池快换型电动汽车安全控制方法，该方法包括换电连接器电压检测流程、换电安全保障流程、通讯丢失保障流程以及锁止机构故障保障流程。

对电池快换型电动汽车换电工作的硬件基础进行介绍：

电池快换型电动汽车包含有整车控制器、电池管理系统、电机控制器、P档控制器、EPB控制器、换电控制器；

其中，换电连接器作为电池包与电机等高压部件、BMS与VCU等低压部件的连接机构，影响着高压的通断与BMS与外界的通信；

锁止机构作为电池包固定在整车上的机械装置，防止行车过程中电池包脱落；

换电控制器检测六个锁止机构的故障状况、换电连接器高压互锁状态，实时把相应的状况发送给VCU，同时还作为VCU与换电站之间的通信通道，并判断车辆是否具备换电条件；

VCU作为整车控制器，会根据情况对BMS、MCU、PGU、EPB输出控制指令，它们会实时给VCU反馈相应的机械机构状态；

BMS主要执行VCU的主继电器闭合断开指令；

MCU主要执行VCU的扭矩指令；

PGU主要执行VCU的P档的锁止解锁请求；

EPB主要执行VCU的EPB的锁止解锁请求。

换电站中包含有云端监控平台，监控系统，换电执行机构；

其中，云端监控平台是换电站与车辆进行通信的部分，它通过蓝牙与换电控制器，进行交互，获得车辆的基本信息；

监控系统通过云端监控平台获得相应的信息后，进行判断是否可以进行换电，并发出相应的指令给换电执行机构；

换电执行机构则执行车辆定位，电池包更换等实际动作。

当前技术水平下，电池快换型电动汽车主要存在以下技术问题：

第一、由于电池包频繁更换，导致电池包与高压回路之间的换电连接器磨损严重或者接触不良时，如何保证行车和充电工况下车辆的安全；

第二、电池快换型电动汽车在换电流程中，如何自动化地保证车辆处于安全状态；

第三、VCU、换电站、换电控制器通讯不正常，如何保证车辆安全。

第四、当电池包锁止机构发生故障时，如何保证行车和充电工况下车辆的安全。

针对第一个技术问题，当换电连接器发生接触不良的情况时，会产生较大的电阻，从而导致电池包内电压与换电连接器之后的高压部件的电压差异较大，本申请实施例采用换电连接器电压检测流程来解决该技术问题。

具体的，该换电连接器检测流程包括以下步骤：

A1、检测电池包内电压以及电机直流母线电压；

A2、将电池包内电压与电机直流母线电压的电压差值，与预设的第一电压差阈值和第二电压差阈值进行比对；

A3、根据电压差值比对结果，判定换电连接器工作是否正常，当判定换电连接器工作异常时进行扭矩调整。

在该步骤A3中，根据电压差值比对结果，判定换电连接器工作正常或对扭矩进行调整中，包括以下步骤：

当电压差值小于第一电压差阈值时，判定换电连接器工作正常；

当电压差值在第一电压差阈值与第二电压差阈值之间时，进行扭矩调整操作；

当电压差值大于第二电压差阈值时，进行扭矩清零操作。

本申请实施例的换电连接器检测流程中，通过BMS检测电池包内的电压，MCU检测电机直流母线的电压，VCU将电池包内的电压与电机直流母线电压做对比，若电压差达到一定限值，则代表接触不良，VCU进行功能降级处理；

该流程利用电池包内外电压差，能够及时检测到换电连接器的磨损与接触不良情况，有效避免了非关注区域的电阻过大，形成过热问题，导致热失控的风险。

换电连接器检测流程的具体策略如下：

车辆在行驶过程中，根据电池包内电压与电机直流母线电压的电压差进行相应的处理措施：

1、如果该电压差值小于10V，VCU判断在正常范围内，不进行处理；

2、如果该电压差值超过10V，低于20V，并且维持60s，VCU则判断换电连接器出现异常，此时VCU限制自身发送给MCU的扭矩请求，并且根据检测到的实时车速对扭矩进行调节，限制车速在8km/h以下；

3、如果该电压差值超过20V，并且维持60s，VCU则判断此时换电连接器严重故障，此时VCU将发送给MCU的扭矩请求置零，然后检测车速小于10km/h，电池直线母线电流小于10A，再给BMS发送断开主继电器指令。

换电连接器检测流程的工作策略如下方表1所示：

表1

针对第二个技术问题，电池快换型电动汽车在换电流程中，为了保证车辆处于安全状态需要满足以下要求：

换电过程前，车辆必须保持在各个控制器唤醒的状态，保证车辆与换电站之间的信号交互；

换电过程中，将车辆保持在非锁止以及下高压状态，并实时监控车门状态，保证车辆可挪动以及换电过程的安全性；

换电过程后，保证车辆处于锁止、上高压状态，方便驾驶者的同时保证安全性。

故而，本申请实施方式利用换电安全保障流程应对第二技术问题。

具体的，该方法中的换电安全保障流程包括以下步骤：

B1、换电过程前，将车辆各控制器保持在唤醒状态，维持车辆与换电站之间的信号交互；

B2、换电过程中，将车辆保持在非锁止以及下高压状态，并实时监控车门状态；

B3、换电过程后，将车辆保持在锁止以及上高压状态。

本申请实施例中的换电安全保障流程，通过VCU、换电控制器以及换电站等的交互，自动化完成挂空档、P档解锁、EPB解锁以及上下高压等操作，并实时监控车门状态，增强了换电过程的安全性和便利性。

换电安全保障流程的具体策略如下：

1、在换电站时，车辆处于Ready状态，P档、EPB处于锁止状态，此时，换电控制器、VCU、MCU、EPB控制器、P档控制器，都处于激活状态。

2、换电前，车辆上的换电控制器通过蓝牙信号，与换电站的云端监控平台进行握手，并且，VCU将目前的高压状态、EPB状态、P档状态、车门状态发送给换电控制器；

此时，驾驶员下车，并且按下换电站的换电按钮即通过云端监控平台和换电控制器，向VCU发出换电请求指令；

VCU接到换电请求时，重置档位控制器的档位指令为N，并向EPB控制器、PGU发出解锁指令；

EPB和PGU执行完毕后，向VCU反馈解锁完成的状态；

之后，VCU在满足当前车速小于10km/h，电池直线母线电流小于10A的情况下，向BMS发送断开主继电器指令；

BMS执行完毕后，给VCU反馈主继电器断开的状态；

上述指令执行完毕时，车辆已处于高压断开并且EPB解锁并且P档解锁的状态，如果此时车门状态为闭合，换电控制器则判断换电条件满足，并通过云端监控平台反馈给监控系统。

当目前换电站满足换电条件时，监控系统则向换电执行机构发出允许换电指令；然后，换电执行机构开始执行相应操作，并且同时，VCU监控车门状态，如果车门状态发生变化，则反馈换电条件不满足，监控系统立即停止换电操作，如果车门状态正常，则等待换电执行机构执行换电操作完毕后，监控系统解除换电请求指令，发送换电完毕状态给VCU。

VCU检测到换电完毕状态信号后，重置档位控制器档位为P档，重新给PGU、EPB发送锁止请求，并等待机构执行完毕。之后，VCU重新自检，如果各部件正常，则向BMS发送主继电器闭合指令，重新进入上高压流程。此时，车辆和换电前处于统一状态。

简而言之，换电安全保障流程通过VCU、换电控制器、换电站之间的交互，使得换电过程严格满足了换电站的需求，又减少驾驶员的操作负担：

(1)换电过程中，VCU自动改变档位请求，分阶段向EPB、P档、BMS发出相应的指令，来保证车辆处于非锁止，下高压的状态，并监控车门状态，根据车门状态变化，来决定是否暂停换电，保证换电过程的安全性。

(2)换电后，VCU自动改变档位请求，向EPB、P档发出相应的指令，并重新进入上高压流程，来保障车辆安全与驾驶员的便利性。

(3)通过无线连接，使得车辆与换电站之间的信息进行充分的交互，保证换电过程双方处于相应的状态，有效减少人的参与，提高自动化效率。

针对第三个技术问题，具体包括两种情况，一种情况是换电控制器与VCU通信丢失，另一种情况则是换电控制器与云端监控平台握手成功后的换电控制器与云端监控平台通信丢失，本申请实施例采用通讯丢失保障流程来解决该技术问题。

进一步的，该方法中的通讯丢失保障流程包括以下步骤：

根据换电控制器、车辆的VCU以及对应的云端监控平台之间的通讯情况，选择维持状态或生成警报信息或生成扭矩置零指令或禁止换电或提供提示。

具体的，根据换电控制器、车辆的VCU以及对应的云端监控平台之间的通讯情况，选择维持状态或生成警报信息或生成扭矩置零指令或禁止换电等操作，包括以下步骤：

C1、换电过程中，若换电控制器与车辆的VCU发生通信丢失，换电控制器反馈至监控平台，监控平台禁止换电操作并生成警报，VCU继续执行换电控制器上一时刻值对应的操作指令；

C2、换电过程中，若换电控制器与对应的云端监控平台发生通信丢失，云端监控平台禁止换电操作并生成警报信号，换电控制器继续执行云端监控平台上一时刻值对应的操作指令；

C3、行车过程中，若VCU与车辆的换电控制器通讯丢失，则VCU执行上一时刻值并点亮系统故障灯；

C4、行车过程中，若VCU同时与车辆的换电控制器和BMS发生通信丢失，VCU生成扭矩置零指令发送至车辆的MCU。

本申请实施例中，通讯丢失保障流程通过换电站、仪表以及VCU等的显示与处理，有效减少通讯中断导致的风险，并及时通知驾驶员，防止更坏情况的发生。

实际操作时，通讯丢失保障流程的具体策略如下：

情况一、换电控制器与VCU通信丢失：

1、通信丢失后，VCU继续执行换电控制器发过来的上一时刻值，当VCU检测到锁止机构故障信号、换电请求信号后发生通讯丢失，车辆继续执行相应的措施，保障了车辆的安全性。

2、通信丢失后，VCU将该信号反馈给仪表，点亮换电故障灯；

如果同时发生与BMS的通信丢失，此时无法判断电池包是否脱落，则VCU将发送给MCU的扭矩指令置零。

3、进入换电站，换电控制器与云端监控平台握手成功后，发生换电控制器与VCU的通信丢失，换电控制器默认换电条件不满足，并且通过云端监控平台向监控系统反馈通信丢失信号，监控系统向换电执行机构发出禁止换电指令，并通过语音、屏幕等形式通知车主。

情况二、换电控制器与云端监控平台握手成功后，发生换电控制器与云端监控平台的通信丢失：

1、通信丢失后，换电控制器继续执行云端监控平台发过来的上一时刻值，当云端监控平台发来换电请求信号后发生通讯丢失，车辆继续执行相应的措施，保障了车辆的安全性。

2、通讯丢失后，换电控制器将该信号反馈给VCU，VCU将反馈给仪表，点亮换电故障灯；

云端监控平台识别通信丢失后，向监控系统反馈通信丢失信号；

监控平台向换电执行机构发出禁止换电指令，并通过语音、屏幕等形式通知驾驶员。

简而言之，通讯丢失保障流程通过换电站、仪表、VCU等的显示与处理，有效减少通讯中断导致风险；

(1)在换电控制器与VCU、握手后云端监控平台与换电控制器之间发生通信中断发生时，VCU、换电控制器执行上一时刻的信号值。

(2)在换电控制器与VCU、握手后云端监控平台与换电控制器之间发生通信中断发生时，监控系统禁止换电、并发出警告。

(3)在换电控制器与VCU、BMS与VCU之间同时发生通讯中断时，VCU将发送给MCU的扭矩请求置零。

针对第四个技术问题，换电控制器会对六个电池包锁止机构、换电连接器进行检测，并将检测到的故障信号反馈给VCU，VCU接收上述信号，并且同时检测与BMS之间的通讯状态，并根据三者的情况，依照锁止机构故障保障流程进行对应处理。

进一步的，该方法中的锁止机构故障保障流程包括以下步骤：

检测锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号，并结合车辆是否处于高压状态以及是否处于行车过程，选择向MCU扭矩调整请求或向BMS发送断开主继电器指令。

具体的，检测锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号，并结合车辆是否处于高压状态以及是否处于行车过程，选择向MCU扭矩调整请求或向BMS发送断开主继电器指令中，包括以下步骤：

D1、当车辆未处于高压状态时，若检测到锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号中任意一个，则向BMS发送断开主继电器指令；

D2、当车辆已处于高压状态，且处于行车过程时，根据检测到的锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号，结合第一保障规则，向MCU扭矩调整请求或向BMS发送断开主继电器指令；

D3、当车辆已处于高压状态，且处于充电过程时，根据检测到的锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号，结合第二保障规则，向BMS发送断开主继电器指令。

本申请实施例中，锁止机构故障保障流程综合电池管理系统、锁止机构以及换电连接器的状况，有效识别电池包目前的状态，通过VCU执行相应的降级保护策略，避免了车辆动力中断等严重问题的产生。

具体的，步骤D2中，当车辆已处于高压状态，且处于行车过程时，根据检测到的锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号，结合第一保障规则，向MCU发送车速调整扭矩请求或向BMS发送断开主继电器指令中，包括以下步骤：

仅检测到锁止机构故障信号或BMS通讯丢失信号，则向MCU扭矩调整请求，进行限速操作；

仅检测到锁止机构故障信号和BMS通讯丢失信号，向MCU扭矩置零请求，并自行断开主继电器；

检测到换电连接器故障信号，则进行扭矩置零操作，进而向BMS发送断开主继电器指令。

具体的，步骤D3中，当车辆已处于高压状态，且处于充电过程时，根据检测到的锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号，结合第二保障规则，向BMS发送断开主继电器指令中，包括以下步骤：

检测到换电连接器故障信号，则向BMS发送断开主继电器指令；

检测到锁止机构故障信号和BMS通讯丢失信号，则向BMS发送断开主继电器指令。

实际实施时，锁止机构故障保障流程对应的操作策略如下：

(一)、车辆高压建立前，VCU检测到锁止机构故障信号、换电连接器故障信号，BMS通讯丢失信号中任意一个，并且维持50ms时，则一直给BMS发送断开主继电器指令。

(二)、当车辆高压已建立，行车过程中：

1、VCU检测到锁止机构故障信号，并且维持50ms，此时，VCU并未检测到与BMS的通讯丢失以及换电连接器故障信号。因此，VCU判断此时，车辆处于锁止机械装置部分故障，但是电池包还未发生脱离的状况。在该状况下，VCU限制发送给MCU的扭矩请求，并且根据反馈的车速调整扭矩请求，限制车速到8km/h。

2、VCU只检测到与BMS的通讯丢失，没有锁止机构故障信号和换电连接器故障信号，则VCU判断此时车辆并没有发生电池包脱离状况，但存在导致电池包过流过压的风险。在该状况下，VCU限制发送给MCU的扭矩请求，并且根据反馈的车速调整扭矩请求，限制车速到8km/h。

3、VCU只要检测到换电连接器故障信号，则VCU判断此时车辆存在高压回路、低压回路中断的风险。在该状况下，VCU将自身发送给MCU的扭矩请求置零，然后检测车速小于10km/h，电池直线母线电流小于10A，再给BMS发送断开主继电器指令。

4、VCU检测到锁止机构故障信号，并且与BMS的通讯丢失。则VCU判断此时电池包存在脱离风险，导致换电连接器出现接触不良现象。因此，VCU将自身发送给MCU的扭矩请求置零。BMS此时无法收到VCU发出的指令，自身在检出故障后，90s内自行断开主继电器。

(三)、当车辆高压已建立，充电过程时：

1、VCU只检测到锁止机构故障信号，但是没有换电连接器故障信号、与BMS的通讯丢失信号，则判断车辆目前并未发生电池包脱落，并且此时车辆不会行驶，因此不做任何处理。

2、VCU只检测到与BMS通讯丢失，因为车辆无法行驶，VCU不做任何处理。

3、VCU只要检测到换电连接器故障信号。VCU直接给BMS发送断开主继电器指令。BMS收到VCU下高压指令或等待故障产生后90s，执行断开主继电器指令。

4、VCU检测到换电控制器的锁止机构故障信号，与BMS通讯丢失。VCU直接给BMS发送断开主继电器指令。BMS收到VCU下高压指令或等待故障产生后90s，执行断开主继电器指令。

简而言之，综合锁止机构、换电连接器、电池管理系统的状况，有效识别电池包目前的状态，进行保护的策略如下方表2所示：

表2

第二方面，参见图4所示，本申请实施例提供一种电池快换型电动汽车安全控制装置，其用于执行第一方面提及的一种电池快换型电动汽车安全控制方法，该装置包括：

换电连接器电压检测模块，其用于检测计算获得电池包内电压与电机直流母线电压的电压差值，与预设的第一电压差阈值和第二电压差阈值进行比对，判定换电连接器工作正常或对扭矩进行调整；

换电安全保障模块，其用于在换电过程前后以及进行中，将车辆维持在对应的安全状态；

通讯丢失保障模块，其用于根据所述换电控制器、车辆的VCU以及对应的云端监控平台之间的通讯情况，选择维持状态或生成警报信息或生成扭矩置零指令；

锁止机构故障保障模块，其用于检测锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号，并结合车辆是否处于高压状态以及是否处于行车过程，选择向MCU扭矩调整请求或向BMS发送断开主继电器指令。

具体的，换电连接器检测模块用于执行换电连接器检测流程，该换电连接器检测流程包括以下步骤：

A1、检测电池包内电压以及电机直流母线电压；

A2、将电池包内电压与电机直流母线电压的电压差值，与预设的第一电压差阈值和第二电压差阈值进行比对；

A3、根据电压差值比对结果，判定换电连接器工作是否正常，当判定换电连接器工作异常时进行扭矩调整。

本申请实施例的换电连接器检测流程中，通过BMS检测电池包内的电压，MCU检测电机直流母线的电压，VCU将电池包内的电压与电机直流母线电压做对比，若电压差达到一定限值，则代表接触不良，VCU进行功能降级处理；

该流程利用电池包内外电压差，能够及时检测到换电连接器的磨损与接触不良情况，有效避免了非关注区域的电阻过大，形成过热问题，导致热失控的风险。

具体的，换电安全保障模块用于执行换电安全保障流程，换电安全保障流程包括以下步骤：

B1、换电过程前，将车辆各控制器保持在唤醒状态，维持车辆与换电站之间的信号交互；

B2、换电过程中，将车辆保持在非锁止以及下高压状态；并实时监控车门状态，保证人身与车辆安全；

B3、换电过程后，将车辆保持在锁止以及上高压状态。

本申请实施例中的换电安全保障流程，通过VCU、换电控制器以及换电站等的交互，自动化完成挂空档、P档解锁、EPB解锁以及上下高压等操作，并实时监控车门状态，增强了换电过程的安全性和便利性。

具体的，通讯丢失保障模块用于执行通讯丢失保障流程，通讯丢失保障流程是根据换电控制器、车辆的VCU以及对应的云端监控平台之间的通讯情况，选择维持状态或生成警报信息或生成扭矩置零指令或禁止换电或提供提示，通讯丢失保障流程包括以下步骤：

C1、换电过程中，若换电控制器与车辆的VCU发生通信丢失，换电控制器反馈至监控平台，监控平台禁止换电操作并生成警报，VCU继续执行换电控制器上一时刻值对应的操作指令；

C2、换电过程中，若换电控制器与对应的云端监控平台发生通信丢失，云端监控平台禁止换电操作并生成警报信号，换电控制器继续执行云端监控平台上一时刻值对应的操作指令；

C3、行车过程中，若VCU与车辆的换电控制器通讯丢失，则VCU执行上一时刻值并点亮系统故障灯；

C4、行车过程中，若VCU同时与车辆的换电控制器和BMS发生通信丢失，VCU生成扭矩置零指令发送至车辆的MCU。

本申请实施例中，通讯丢失保障流程通过换电站、仪表以及VCU等的显示与处理，有效减少通讯中断导致的风险，并及时通知驾驶员，防止更坏情况的发生。

具体的，锁止机构故障保障模块用于执行锁止机构故障保障流程，锁止机构故障保障流程是为了检测锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号，并结合车辆是否处于高压状态以及是否处于行车过程，选择向MCU扭矩调整请求或向BMS发送断开主继电器指令，锁止机构故障保障流程包括以下步骤：

D1、当车辆未处于高压状态时，若检测到锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号中任意一个，则向BMS发送断开主继电器指令；

D2、当车辆已处于高压状态，且处于行车过程时，根据检测到的锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号，结合第一保障规则，向MCU扭矩调整请求或向BMS发送断开主继电器指令；

D3、当车辆已处于高压状态，且处于充电过程时，根据检测到的锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号，结合第二保障规则，向BMS发送断开主继电器指令。

本申请实施例中，锁止机构故障保障流程综合电池管理系统、锁止机构以及换电连接器的状况，有效识别电池包目前的状态，通过VCU执行相应的降级保护策略，避免了车辆动力中断等严重问题的产生。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种电池快换型电动汽车安全控制方法，其特征在于，所述方法包括换电连接器电压检测流程，所述换电连接器电压检测流程包括以下步骤：

检测电池包内电压以及电机直流母线电压；

将所述电池包内电压与所述电机直流母线电压的电压差值，与预设的第一电压差阈值和第二电压差阈值进行比对；

根据电压差值比对结果，判定换电连接器工作是否正常，当判定换电连接器工作异常时进行扭矩调整；

所述方法还包括换电安全保障流程，所述换电安全保障流程包括以下步骤：

换电过程前，将车辆各控制器保持在唤醒状态，维持车辆与换电站之间的信号交互；

换电过程中，将车辆保持在非锁止以及下高压状态；并实时监控车门状态，保证人身与车辆安全；

换电过程后，将车辆保持在锁止以及上高压状态。

2.如权利要求1所述的电池快换型电动汽车安全控制方法，其特征在于，所述根据电压差值比对结果，判定换电连接器工作是否正常，当判定换电连接器工作异常时进行扭矩调整中，包括以下步骤：

当所述电压差值小于所述第一电压差阈值时，判定换电连接器工作正常；

当所述电压差值在所述第一电压差阈值与所述第二电压差阈值之间时，进行扭矩调整操作；

当所述电压差值大于所述第二电压差阈值时，进行扭矩清零操作。

3.如权利要求1所述的电池快换型电动汽车安全控制方法，其特征在于，所述方法还包括通讯丢失保障流程，所述通讯丢失保障流程包括以下步骤：

根据所述换电控制器、车辆的VCU以及对应的云端监控平台之间的通讯情况，选择维持状态或生成警报信息或生成扭矩置零指令或禁止换电或提供语音提示。

4.如权利要求3所述的电池快换型电动汽车安全控制方法，其特征在于，所述根据所述换电控制器、车辆的VCU以及对应的云端监控平台之间的通讯情况，选择维持状态或生成警报信息或生成扭矩置零指令或禁止换电或提供提示中，包括以下步骤：

换电过程中，若换电控制器与车辆的VCU发生通信丢失，换电控制器反馈至监控平台，监控平台禁止换电操作并生成警报，VCU继续执行换电控制器上一时刻值对应的操作指令；

换电过程中，若换电控制器与对应的云端监控平台发生通信丢失，云端监控平台禁止换电操作并生成警报信号，换电控制器继续执行云端监控平台上一时刻值对应的操作指令；

行车过程中，若VCU与车辆的换电控制器通讯丢失，则VCU执行上一时刻值并点亮系统故障灯；

行车过程中，若VCU同时与车辆的换电控制器和BMS发生通信丢失，VCU生成扭矩置零指令发送至车辆的MCU。

5.如权利要求1所述的电池快换型电动汽车安全控制方法，其特征在于，所述方法还包括锁止机构故障保障流程，所述锁止机构故障保障流程包括以下步骤：

检测锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号，并结合车辆是否处于高压状态以及是否处于行车过程，选择向MCU扭矩调整请求或向BMS发送断开主继电器指令。

6.如权利要求5所述的电池快换型电动汽车安全控制方法，其特征在于，所述检测锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号，并结合车辆是否处于高压状态以及是否处于行车过程，选择向MCU扭矩调整请求或向BMS发送断开主继电器指令中，包括以下步骤：

当车辆未处于高压状态时，若检测到锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号中任意一个，则向BMS发送断开主继电器指令；

当车辆已处于高压状态，且处于行车过程时，根据检测到的锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号，结合第一保障规则，向MCU扭矩调整请求或向BMS发送断开主继电器指令；

当车辆已处于高压状态，且处于充电过程时，根据检测到的锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号，结合第二保障规则，向BMS发送断开主继电器指令。

7.如权利要求6所述的电池快换型电动汽车安全控制方法，其特征在于，所述当车辆已处于高压状态，且处于行车过程时，根据检测到的锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号，结合第一保障规则，向MCU发送车速调整扭矩请求或向BMS发送断开主继电器指令中，包括以下步骤：

仅检测到所述锁止机构故障信号或所述BMS通讯丢失信号，则向MCU扭矩调整请求，进行限速操作；

仅检测到所述锁止机构故障信号和所述BMS通讯丢失信号，向MCU扭矩置零请求，并自行断开主继电器；

检测到所述换电连接器故障信号，则进行扭矩置零操作，进而向BMS发送断开主继电器指令。

8.如权利要求6所述的电池快换型电动汽车安全控制方法，其特征在于，所述当车辆已处于高压状态，且处于充电过程时，根据检测到的锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号，结合第二保障规则，向BMS发送断开主继电器指令中，包括以下步骤：

检测到所述换电连接器故障信号，则向BMS发送断开主继电器指令；

检测到锁止机构故障信号和BMS通讯丢失信号，则向BMS发送断开主继电器指令。

9.一种电池快换型电动汽车安全控制装置，其特征在于，所述装置包括：

换电连接器电压检测模块，其用于检测计算获得电池包内电压与电机直流母线电压的电压差值，与预设的第一电压差阈值和第二电压差阈值进行比对，判定换电连接器工作正常或对扭矩进行调整；

换电安全保障模块，其用于在换电过程前后以及进行中，将车辆维持在对应的安全状态；

通讯丢失保障模块，其用于根据所述换电控制器、车辆的VCU以及对应的云端监控平台之间的通讯情况，选择维持状态或生成警报信息或生成扭矩置零指令；

锁止机构故障保障模块，其用于检测锁止机构故障信号、换电连接器故障信号或BMS通讯丢失信号，并结合车辆是否处于高压状态以及是否处于行车过程，选择向MCU扭矩调整请求或向BMS发送断开主继电器指令；

所述换电安全保障模块用于执行换电安全保障流程，所述换电安全保障流程包括以下步骤：

换电过程前，将车辆各控制器保持在唤醒状态，维持车辆与换电站之间的信号交互；

换电过程中，将车辆保持在非锁止以及下高压状态；并实时监控车门状态，保证人身与车辆安全；

换电过程后，将车辆保持在锁止以及上高压状态。

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