CN112606692B - 一种电动汽车安全保护装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车安全保护装置和方法，属于电动汽车领域。该装置包括应用于电动汽车高压电气回路的执行部分和控制部分；电动汽车高压电气回路包括动力部分、负载部分、线束连接部分和高压控制部分；其中动力部分包括动力电池、超级电容和燃料电池系统；负载部分包括电机及其控制系统，以及高压附件部分；线束连接部分包括高压线束及其连接器；高压控制部分包括激励熔断器及其执行装置，以及高压回路继电器及其控制装置。通过此发明，能够防护电动汽车高压电气回路在过流、过载情况下导致的高压电气拉弧、着火风险，避免重大安全事故发生。

Description

一种电动汽车安全保护装置和方法

技术领域

本发明属于电动汽车领域，涉及一种电动汽车安全保护装置和方法。

背景技术

在电动汽车安全领域，高压电气系统安全至关重要，行业内经常出现电气系统短路、过载、过流引起的高压系统拉弧、烧蚀甚至冒烟着火等重大安全事故，给用户带来巨大损失，也严重干扰了行业的发展。

目前电动汽车高压电气回路通常通过继电器和熔断器来实现安全防护，继电器可以在额定电流以下有限次的控制高压回路断开，在一定程度上可以安全防护，但若是高压系统存在短路或者过载时，此时电流大于继电器允许的额定电流，若是再强制断开继电器，就会出现继电器炸裂或者粘连，不能起到断开高压回路作用。高压回路熔断器，在超过额定电流时，随着电流的增加熔断时间越短，在高压系统短路时可以快速断开，若是高压回路存在不完全短路时，过载电流超过电气系统的额定电流，但是达不到熔断器的熔断电流，整个高压回路电流超过承受能力，会出现高压回路烧蚀、拉弧，甚至冒烟和着火等重大安全事故。所以目前电动汽车高压电气回路仅靠继电器和熔断器仅能保证所有情况下的安全防护，无法避免所有情况下的重大安全事故。

激励熔断器：包含执行部分和控制部分，应用于电动汽车高压电气回路，高压回路中电流异常时，可以控制高压回路断开，保护高压电气系统安全。

通过一种分阶梯保护系统开发，实现对电动汽车高压安全有效管理。通过此发明，能够防护电动汽车高压电气回路在过流、过载和局部短路情况下导致的拉弧、着火风险，避免重大安全事故发生。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电动汽车安全保护装置和方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电动汽车安全保护装置，包括应用于电动汽车高压电气回路的执行部分和控制部分；

电动汽车高压电气回路包括动力部分、负载部分、线束连接部分和高压控制部分；

其中动力部分包括动力电池、超级电容和燃料电池系统；

负载部分包括电机及其控制系统，以及高压附件部分；

线束连接部分包括高压线束及其连接器；

高压控制部分包括激励熔断器及其执行装置，以及高压回路继电器及其控制装置。

可选的，所述电动汽车高压电气回路实际电流为I，电动汽车高压电气回路所有高压线束及其连接点额定过流能力为I1；

随着电流的增大，高压电气系统过流能力逐步减弱，烧断拉弧的风险越大；

电动汽车高压电气回路继电器的额定电流为I2，当系统过程中实际电流小于I2时，继电器正常控制断开，当系统实际电流大于I2时，继电器无法正常断开，实际电流越大，过流能力逐步减弱，粘连或者炸裂风险越大；

电动汽车高压电气回路中熔断器的额定电流为I3，实际电流大于I3时，熔断电流越大，熔断时间越短。

可选的，所述激励熔断器包括控制装置和执行装置；

在高压回路存在异常电流时，由控制装置控制断开高压回路。

基于任一项装置的电动汽车安全保护方法，该方法为：

高压回路正常使用时电流为I，若实际电流值在继电器、熔断器、以及高压线束及其连接器额定值范围之内，无安全风险，系统正常运营；

若高压动力部分或负载部分出现绝缘失效故障时，此时高压回路电流小于I1，系统控制继电器正常断开，保护高压电气系统安全；

当电动汽车高压电气回路出现局部不完全短路，实际短路电流大于高压线束及连接器持续耐受电流I1，而小于继电器额定电流I2时，同时小于熔断器的最小熔断电流I3时，此时高压回路无法通过继电器正常断开，也未达到熔断器的最小熔断电流，此时激励保护装置控制单元通知整车停车，并断开激励熔断器，保障高压系统安全，避免继电器出现粘连或者带载断开时炸裂；

当电动汽车高压电气回路出现局部不完全短路，实际短路电流大于继电器额定电流I2，而小于熔断器的最小熔断电流I3时，此时高压回路无法通过继电器正常断开，也未达到熔断器的最小熔断电流，此时激励保护装置控制单元断开激励熔断器，保障高压系统安全，避免高压线束及连接点熔断拉弧；

当电动汽车高压电气回路出现局部不完全短路，实际短路电流大于熔断器的最小熔断电流I3，实际电流小于Ia时，此时高压回路无法通过继电器正常断开，在相同时间内，高压线束及连接器的过流能力小于继电器的过流能力，且都小于熔断器的最低熔断能力，随着时间延长，继电器会粘连或者带载断开时炸裂，高压线束及连接点会出现熔断拉弧，此时激励保护装置控制单元断开激励熔断器，保障高压系统安全，避免高压线束及连接点熔断拉弧；

当电动汽车高压电气回路出现局部不完全短路，实际短路电流大于Ia，小于Ib时，此时高压回路无法通过继电器正常断开，在相同时间内，继电器的过流能力小于高压线束及连接器的过流能力，且都小于熔断器的最低熔断能力，随着时间延长，继电器会粘连或者带载断开时炸裂，高压线束及连接点会出现熔断拉弧，此时激励保护装置控制单元断开激励熔断器，保障高压系统安全，避免高压线束及连接点熔断拉弧；

当电动汽车高压电气回路出现局部不完全短路，实际短路电流大于Ib，小于Ic时，此时高压回路无法通过继电器正常断开，在相同时间内，继电器的过流能力小于熔断器最低熔断能力，随着时间延长，继电器会粘连或者带载断开时炸裂，此时激励保护装置控制单元断开激励熔断器，保障高压系统安全，避免高压线束及连接点熔断拉弧；

当电动汽车高压电气回路出现局部不完全短路，实际短路电流大于Ic时，在相同时间内熔断器的最低熔断能力均小于继电器和高压线束及连接点的过流能力，随着时间延长，熔断器先熔断，避免继电器粘连或炸裂，避免高压线束及连接点熔断拉弧，保障高压系统安全；

在高压电气回路中，通过短路电流大小，以及继电器、高低压连接器及连接点的过流能力以及熔断器的最低熔断能力，配合激励熔断器，实现分阶段保护，保障电动汽车电气系统安全。

本发明的有益效果在于：

1、一种电动汽车安全保护装置和方法，通过一种保护装置设计和控制系统开发，实现电动汽车高压安全分阶梯有效管理。通过此发明，能够防护电动汽车高压电气回路在过流、过载情况下导致的高压电气拉弧、着火风险，避免重大安全事故发生。

2、一种电动汽车安全保护装置和方法，涉及到一种激励保护装置，包含执行部分和控制部分，应用于电动汽车高压电气回路。在高压回路短路或者过载时，可以主动控制高压回路安全断开，保障高压电气系统安全。

3、一种电动汽车安全保护装置和方法，依据继电器、熔断器及高压回路的匹配关系，制定分阶梯的保护措施和方案。能够防护电动汽车高压电气回路在过流、过载情况下导致的高压电气拉弧、着火风险，避免重大安全事故发生。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为电动汽车高压电气回路示意图；

图2为电动汽车继电器、熔断器以及高压线束及连接点过流能力与时间关系匹配曲线；

图3为本发明控制流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明涉及的一种激励保护装置，包含执行部分和控制部分，应用于电动汽车高压电气回路；电动汽车高压电气回路包含动力部分、负载部分和线束连接部分以及高压控制部分，其中动力部分主要是动力电池、超级电容、燃料电池系统，负载部分包括电机及其控制系统以及高压附件部分，线束连接部分主要包含高压线束及其连接器，高压控制部分包括激励熔断器及其执行装置，以及高压回路继电器及其控制装置。本发明安全保护装置电气示意图附图1。

定义电动汽车高压电气回路实际电流为I；定义电动汽车高压电气回路所有高压线束及其连接点额定过流能力为I1，随着电流的增大，高压电气系统过流能力逐步减弱，烧断拉弧的风险越大，如曲线a；定义电动汽车高压电气回路继电器的额定电流为I2,当系统过程中实际电流小于I2时，继电器可以正常控制断开，当系统实际电流大于I2时，继电器无法正常断开，实际电流越大，过流能力逐步减弱，粘连或者炸裂风险越大，如曲线b；定义电动汽车高压电气回路中熔断器的额定电流为I3，实际电流大于I3时，熔断电流越大，熔断时间越短，如曲线c；本发明涉及的高压回路激励熔断控制装置，由控制部分和执行部分组成，在高压回路存在异常电流时，可以由控制装置控制断开高压回路。电动汽车继电器、熔断器以及高压线束及连接点过流能力与时间关系匹配曲线示意图如图2所示。

本发明针对电动汽车高压电气回路，依据过载和短路电流大小采取分阶梯不同保护方案，具体如下：

高压回路正常使用时电流为I，若实际电流值在继电器、熔断器、以及高压线束及其连接器额定值范围之内，无安全风险，系统正常运营；若高压动力部分或负载部分出现绝缘失效故障时，此时高压回路电流小于I1，系统控制继电器正常断开，保护高压电气系统安全；

当电动汽车高压电气回路出现局部不完全短路，实际短路电流大于高压线束及连接器持续耐受电流I1，而小于继电器额定电流I2时，同时小于熔断器的最小熔断电流I3时，此时高压回路无法通过继电器正常断开，也未达到熔断器的最小熔断电流，此时激励保护装置控制单元通知整车停车，并断开激励熔断器，保障高压系统安全，避免继电器出现粘连或者带载断开时炸裂；

当电动汽车高压电气回路出现局部不完全短路，实际短路电流大于继电器额定电流I2，而小于熔断器的最小熔断电流I3时，此时高压回路无法通过继电器正常断开，也未达到熔断器的最小熔断电流，此时激励保护装置控制单元断开激励熔断器，保障高压系统安全，避免高压线束及连接点熔断拉弧；

当电动汽车高压电气回路出现局部不完全短路，实际短路电流大于熔断器的最小熔断电流I3，实际电流小于Ia时，此时高压回路无法通过继电器正常断开，在相同时间内，高压线束及连接器的过流能力小于继电器的过流能力，且都小于熔断器的最低熔断能力，随着时间延长，继电器会粘连或者带载断开时炸裂，高压线束及连接点会出现熔断拉弧，此时激励保护装置控制单元断开激励熔断器，保障高压系统安全，避免高压线束及连接点熔断拉弧；

当电动汽车高压电气回路出现局部不完全短路，实际短路电流大于Ia，小于Ib时，此时高压回路无法通过继电器正常断开，在相同时间内，继电器的过流能力小于高压线束及连接器的过流能力，且都小于熔断器的最低熔断能力，随着时间延长，继电器会粘连或者带载断开时炸裂，高压线束及连接点会出现熔断拉弧，此时激励保护装置控制单元断开激励熔断器，保障高压系统安全，避免高压线束及连接点熔断拉弧；

当电动汽车高压电气回路出现局部不完全短路，实际短路电流大于Ib，小于Ic时，此时高压回路无法通过继电器正常断开，在相同时间内，继电器的过流能力小于熔断器最低熔断能力，随着时间延长，继电器会粘连或者带载断开时炸裂，此时激励保护装置控制单元断开激励熔断器，保障高压系统安全，避免高压线束及连接点熔断拉弧；

当电动汽车高压电气回路出现局部不完全短路，实际短路电流大于Ic时，在相同时间内熔断器的最低熔断能力均小于继电器和高压线束及连接点的过流能力，随着时间延长，熔断器先熔断，避免继电器粘连或炸裂，避免高压线束及连接点熔断拉弧，保障高压系统安全。

综上，在高压电气回路中，通过短路电流大小，以及继电器、高低压连接器及连接点的过流能力以及熔断器的最低熔断能力，配合激励熔断器，实现分阶段保护，保障电动汽车电气系统安全。控制流程图如图3所示。

实施例：

电动汽车高压电气回路，定义电动汽车高压电气回路所有高压线束及其连接点额定过流能力为I1=250A，电动汽车高压电气回路继电器的额定电流为I2=300A，定义电动汽车高压电气回路中熔断器的额定电流为I3=400A，1a=800A，1b=1000A，1c=1200A。电动汽车运营时，

若高压电气回路出现短路或过载，此时电流1=200A，因为电流I在继电器、熔断器、以及高压线束及其连接器额定值范围之内，继电器可以正常控制断开，无粘连或者炸裂风险，此时整车控制装置控制继电器断开，保障整车高压电气系统安全。

若高压电气回路出现短路或过载，此时电流1=500A，依据图2，此时电流大于高压线束及连接器持续耐受电流I1=250A，大于熔断器的额定电流为I3=400A，此时整车控制装置不能控制继电器断开高压回路，否则会有继电器粘连或者炸裂风险，虽然实际电流I=500A大于熔断器的额定电流，但依据曲线可知，在相同时间内，高压线束及其连接器的耐受能力更弱，也就是在一定时间内熔断器未切断，高压线束及其连接器已经出现烧蚀、熔断拉弧，存在安全隐患，此时需要激励熔断器控制断开高压回路，保障整车高压电气安全。

若高压电气回路出现短路或过载，此时电流1=1500A，依据图2，此时电流大于高压线束及连接器持续耐受电流I1=250A，大于熔断器的额定电流为I3=400A，此时整车控制装置不能控制继电器断开高压回路，否则会有继电器粘连或者炸裂风险。依据曲线可知，在相同时间内，熔断器可以先，断开高压回路，保障整车高压电气安全。

如上，其他条件下的实施案例同理，可以分阶梯实现电动汽车高压安全保护。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种电动汽车安全保护装置，其特征在于：包括应用于电动汽车高压电气回路的执行部分和控制部分；

电动汽车高压电气回路包括动力部分、负载部分、线束连接部分和高压控制部分；

其中动力部分包括动力电池、超级电容和燃料电池系统；

负载部分包括电机及其控制系统，以及高压附件部分；

线束连接部分包括高压线束及其连接器；

高压控制部分包括激励熔断器及其执行装置，以及高压回路继电器及其控制装置；

基于所述装置的电动汽车安全保护方法为：

高压回路正常使用时电流为I，若实际电流值在继电器、熔断器、以及高压线束及其连接器额定值范围之内，无安全风险，系统正常运营；

若高压动力部分或负载部分出现绝缘失效故障时，此时高压回路电流小于I1，系统控制继电器正常断开，保护高压电气系统安全；

当电动汽车高压电气回路出现局部不完全短路，实际短路电流大于高压线束及连接器持续耐受电流I1，而小于继电器额定电流I2时，同时小于熔断器的最小熔断电流I3时，此时高压回路无法通过继电器正常断开，也未达到熔断器的最小熔断电流，此时激励保护装置控制单元通知整车停车，并断开激励熔断器，保障高压系统安全，避免继电器出现粘连或者带载断开时炸裂；

当电动汽车高压电气回路出现局部不完全短路，实际短路电流大于继电器额定电流I2，而小于熔断器的最小熔断电流I3时，此时高压回路无法通过继电器正常断开，也未达到熔断器的最小熔断电流，此时激励保护装置控制单元断开激励熔断器，保障高压系统安全，避免高压线束及连接点熔断拉弧；

当电动汽车高压电气回路出现局部不完全短路，实际短路电流大于熔断器的最小熔断电流I3，实际电流小于Ia时，此时高压回路无法通过继电器正常断开，在相同时间内，高压线束及连接器的过流能力小于继电器的过流能力，且都小于熔断器的最低熔断能力，随着时间延长，继电器会粘连或者带载断开时炸裂，高压线束及连接点会出现熔断拉弧，此时激励保护装置控制单元断开激励熔断器，保障高压系统安全，避免高压线束及连接点熔断拉弧；

当电动汽车高压电气回路出现局部不完全短路，实际短路电流大于Ia，小于Ib时，此时高压回路无法通过继电器正常断开，在相同时间内，继电器的过流能力小于高压线束及连接器的过流能力，且都小于熔断器的最低熔断能力，随着时间延长，继电器会粘连或者带载断开时炸裂，高压线束及连接点会出现熔断拉弧，此时激励保护装置控制单元断开激励熔断器，保障高压系统安全，避免高压线束及连接点熔断拉弧；

当电动汽车高压电气回路出现局部不完全短路，实际短路电流大于Ib，小于Ic时，此时高压回路无法通过继电器正常断开，在相同时间内，继电器的过流能力小于熔断器最低熔断能力，随着时间延长，继电器会粘连或者带载断开时炸裂，此时激励保护装置控制单元断开激励熔断器，保障高压系统安全，避免高压线束及连接点熔断拉弧；

当电动汽车高压电气回路出现局部不完全短路，实际短路电流大于Ic时，在相同时间内熔断器的最低熔断能力均小于继电器和高压线束及连接点的过流能力，随着时间延长，熔断器先熔断，避免继电器粘连或炸裂，避免高压线束及连接点熔断拉弧，保障高压系统安全；

在高压电气回路中，通过短路电流大小，以及继电器、高低压连接器及连接点的过流能力以及熔断器的最低熔断能力，配合激励熔断器，实现分阶段保护，保障电动汽车电气系统安全。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车安全保护装置，其特征在于：所述电动汽车高压电气回路实际电流为I，电动汽车高压电气回路所有高压线束及其连接点额定过流能力为I1；

随着电流的增大，高压电气系统过流能力逐步减弱，烧断拉弧的风险越大；

电动汽车高压电气回路继电器的额定电流为I2，当系统过程中实际电流小于I2时，继电器正常控制断开，当系统实际电流大于I2时，继电器无法正常断开，实际电流越大，过流能力逐步减弱，粘连或者炸裂风险越大；

电动汽车高压电气回路中熔断器的额定电流为I3，实际电流大于I3时，熔断电流越大，熔断时间越短。

3.根据权利要求1所述的一种电动汽车安全保护装置，其特征在于：所述激励熔断器包括控制装置和执行装置；

在高压回路存在异常电流时，由控制装置控制断开高压回路。

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