CN113183822A - 一种电动汽车安全换电控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车换电控制系统和方法，它包括执行控制器，用于换电前的状态检测及控制电池包的卸载与安装；电池包总成，用于电池内部信息的检测；整车控制器，用于接收换电请求和换电前置条件判断；电机控制器，用于接受整车控制器下电指令并对电机进行控制。换电步骤包括请求更换电池；状态检测；完成前置操作；置换电池。它可以简化了换电过程，缩短了换电过程中判断与处理时间，提升了换电过程中的可靠性与准确性。还提供一种紧急状态下车辆与电池包主动分离技术，用于紧急状态下对车辆进行安全提醒和保护。

Description

一种电动汽车安全换电控制系统及方法

技术领域

本发明属于新能源换电技术领域，具体涉及一种电动汽车安全换电控制系统及方法。

背景技术

随着近几年新能源的快速发展，电动汽车保有量的稳步增长，能源供给成为电动汽车产业链中的重要环节。当前，电动汽车的能源供应可分为插充和换电池两种模式，其中插充可分为慢充和快充。在插充模式下，制约电动汽车发展的电池问题尤为突出：一方面购买电池的初期投资成本太大，一般占到电动汽车本体费用的一半以上，昂贵的电池成本在很大程度上阻碍了电动汽车的推广；另一方面充电时间太长，与当前传统能源汽车的加油或者加气相比其获取能源的便捷性远不能满足人们的需要。同时快充对电池有较大损伤，造成电池寿命急剧衰减，因此实际上也进一步增加了电动汽车的电池成本。因此，换电技术不仅可以很好的作为充电技术的补充，更能有效的推动新能源行业良好发展。

CN104723898A提供一种电动汽车换电控制系统及其方法，换电控制系统包括检测部、换电控制单元和整车控制器VCU，使驾驶人在非换电状态时了解动力电池的状态，在换电过程中使换电设备对动力电池进行精确的控制。但存在车辆未能正常及时下高压、主动放电导致人员触电风险，电池严重故障时无法进行主动分离电池包风险。

CN108688625A提供了一种电池装取控制系统、电动汽车换电控制系统及其方法，其应用于电动汽车换电控制中时，可实现电池卸除、安装过程中的精确控制，使电池能快速从电动汽车的电池安装座中卸除或安装于电动汽车的电池安装座中。但车辆在档位未归位、方向盘未归位等导致在换电过程中车辆发生位移风险问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的电池装取控制系统在非静止状态下对电池进行误卸除以及车辆在静止状态下卸除电池时操作步骤繁琐的问题，本发明提供一种安全可靠的一键式卸除和装载电池的方案，同时还提供了车辆在紧急状态下主动卸除电池的技术方案，从而降低行驶过程中的安全风险。

实现本发明目的之一的电动汽车安全换电控制系统为：包括执行控制器：用于换电前的状态检测及控制电池包的卸载与安装；电池包总成：用于电池内部信息的检测；整车控制器：用于接收换电请求和换电前车辆状态判断；电机控制器：用于接受整车控制器下电指令并对电机进行控制。

进一步的技术方案包括：所述执行控制器包括换电请求检测模块，用于检测换电请求信号，并将换电请求发送给整车控制器。

所述执行控制器以固定频率检测换电硬线信号，检测到换电信号后，执行控制器将向整车控制器发送换电请求，系统进入换电请求确认状态，。

进一步的技术方案包括：所述执行控制器包括电机驱动模块，用于驱动锁止电机执行电池包的卸载和安装。

执行控制器接收换电执行指令后，驱动换电机构内部的锁止电机反转，解除电池包在换电机构的锁止和固定，执行电池包的卸载。当检测换电机构锁止电机位置到达预定位置时，执行控制器判断电池包的卸载完成，发送电池包卸载完成指令给整车控制器。

执行控制器检测到电池包安装识别请求后，驱动换电机构内部的锁止电机正转，完成电池包在换电机构的锁止和固定；换电机构锁止电机位置到达预定位置时，执行控制器发送电池包安装完成信号给整车控制器。

进一步的技术方案包括：所述电池包总成，还包括电池管理系统，用于电池内部信息的检测及发送报警信号。

电池内部信息的检测包括但不限于电池包绝缘故障、电池包热失控故障、车辆碰撞故障等，当检测到电池当前存在可能影响车辆行驶安全的故障时，电池管理系统主动向整车控制器发送相关报警信号。

进一步的技术方案包括：所述电池包总成，还包括电压控制模块，用于换电前断开高压继电器。

进一步的技术方案包括：所述整车控制器，还包括报警响应模块，用于响应并处理电池故障报警信号。

当整车控制器检测到电池管理系统发送的报警信号后，根据故障等级及预设的优先级，对于可能影响车辆行驶及驾驶员安全的高级别的故障优先处理，发送换电执行指令使电池包与车辆进行分离，避免故障电池包直接与车辆连接，从而发生快速燃烧威胁人员安全的事故。

实现本发明目的之二的电动汽车安全换电控制方法的技术方案为：请求更换电池；检测车辆状态是否满足换电条件；切断高压；输出扭矩置为0；置换电池。

用户提出换电请求后，执行控制器检测换电硬线信号，进行换电请求确认状态；整车控制器接收到换电请求后对车辆状态进行检测，判断当前状态是否满足换电前的条件；电池管理系统断开高压继电器切断高压；电机控制器输出扭矩为0；执行控制器驱动锁止电机执行电池包的卸载，以及新装电池包的安装与紧固。

进一步的技术方案包括：所述请求更换电池，包括检测换电硬线信号。

用户请求换电后，执行控制器检测硬线信号，此信号为高电平或者低电平有效开关信号，当执行控制器检测到换电有效信号后，车辆进入换电请求确认阶段。

进一步的技术方案包括：所述检测车辆状态是否满足换电条件，包括但不限于对车速、档位、制动踏板、油门、方向盘进行状态检测。

进一步的技术方案包括：换电过程包括如下步骤：

步骤1、用户请求换电，执行控制器检测换电硬线信号是否为有效的换电信号，发送换电请求给整车控制器；

步骤2、整车控制器收到换电请求后，获取并判断整车状态信息是否满足换电条件，满足条件则对电池管理系统和电机控制器下达下电指令；

步骤3、电池管理系统断开高压继电器切断高压，电机控制器判断扭矩，保证输出扭矩为0，并向整车控制器发送下电完成指令；

步骤4、整车控制器收到电池管理系统和电机控制器的下电完成指令后，向执行控制器发送换电执行指令；

步骤5、执行控制器驱动锁止电机执行电池包的卸载，判断电机到达预定位置后发送卸载完成指令给整车控制器；

步骤6、执行控制器驱动电机执行对新换电池的安装，判断电机到达预定位置后发送安装完成指令给整车控制器，完成换电过程。

本发明在换电前对车辆当前状态进行了预判，提升了换电过程中的可靠性与准确性，还提供一种紧急状态下车辆与电池包主动分离技术，提高了车辆的安全性。

附图说明

图1为本发明所述的换电机构总成示意图；

图2为本发明所述的换电过程示意图；

图3为本发明所述的换电控制流程图。

具体实施方式

下列具体实施方式用于对本发明权利要求技术方案的解释，以便本领域的技术人员理解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下列具体的实施结构。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。

本实施例中，换电过程如图2所示，换电控制流程如图3所示。换电执行控制器(DCU)设有换电请求硬线检测信号，所述换电请求硬线检测信号为12V高电平有效开关信号，当DCU检测到高电平后，车辆进入换电请求确认阶段，DCU通过CAN总线向整车控制器(VCU)发送换电请求信号Exchange_request。

VCU收到换电请求信号Exchange_request后进入换电前的车辆状态识别，包括读取车速信息、档位状态信息、制动踏板状态信息、油门踏板状态信息、方向盘转向角度信息。当VCU确认车速V_speed<5Km/h、档位置于P档或N档、制动踏板开度为零、油门踏板开度为零、方向盘转向角度<25°时，VCU判断车辆具备换电条件，完成换电请求确认。反之，则判断车辆不具备换电条件。

车辆完成换电请求确认后进入换电准备阶段。VCU会通过CAN总线向电池管理系统(BMU)及电机控制器(MCU)发送下电指令Power_off。BMU接收到下电请求后主动断开电池包内部高压继电器禁止高压输出，并发送下电完成指令BMU_Poweoff；MCU接收到下电请求后输出扭矩为零，并发送下电完成指令MCU_Poweroff。VCU接收到BMU及MCU发送的下电完成指令后，判断车辆完成换电准备，车辆完成换电准备阶段。

车辆进入换电执行阶段。VCU会主动发送换电执行指令Exchange_action给DCU，DCU接收到换电执行指令后，驱动换电机构内部的锁止电机反转，解除电池包在换电机构的锁止和固定，执行电池包的卸载。

车辆电池包被卸载后，DCU检测换电机构锁止电机位置到达预定位置后，判断电池包的卸载已完成，向VCU发送电池包卸载完成指令。

车辆进入换电安装阶段。AGV换电设备会将更新后的电池包送入车辆换电机构处，换电机构如图1所示。当DCU检测到电池包安装识别请求后，驱动换电机构内部的锁止电机正转，完成电池包在换电机构的锁止和固定。DCU检测换电机构锁止电机位置到达预定位置时，发送电池包安装完成信号Exchange_installation给VCU，VCU收到电池包安装完成信号后会通过蓝牙或其它通讯方式向换电站发送换电成功信号并告知用户。

本发明还提供一种紧急状态下车辆与电池主动分离技术，用于紧急状态下对车辆进行安全提醒和保护。所述紧急状态可由整车基于风险等级识别自行定义，包括但不限于电池包绝缘故障、电池包热失控故障、车辆碰撞故障等，下面以电池包热失控故障为例进行阐释。

当车辆上电时，BMU检测并判定当前是否存在电池包触发热失控风险，检测存在此风险后BMU主动向VCU发送热失控三级报警信号Thermal_runaway。

VCU优先响应三级故障，在收到热失控三级报警信号Thermal_runaway后，立即向DCU发送换电执行指令Exchange_action，完成电池包与车辆的分离，避免故障电池包直接与车辆连接，发生快速燃烧威胁人员安全的事故。

本发明适用于含有动力电池的车辆。

Claims (10)

1.一种电动汽车安全换电控制系统，其特征是：包括执行控制器：用于换电前的状态检测及控制电池包的卸载与安装；电池包总成：用于电池内部信息的检测；整车控制器：用于接收换电请求和换电前车辆状态判断；电机控制器：用于接受整车控制器下电指令并对电机进行控制。

2.如权利要求1所述的电动汽车换电控制系统，其特征是：所述执行控制器包括换电请求检测模块，用于检测换电请求信号，并将换电请求发送给整车控制器。

3.如权利要求1所述的电动汽车换电控制系统，其特征是：所述执行控制器包括电机驱动模块，用于驱动锁止电机执行电池包的卸载和装载。

4.如权利要求1所述的电动汽车换电控制系统，其特征是：所述电池包总成，还包括电池管理系统，用于电池内部信息的检测及发送报警信号。

5.如权利要求1所述的电动汽车换电控制系统，其特征是：所述电池包总成，还包括电压控制模块，用于换电前断开高压继电器。

6.如权利要求1所述的电动汽车换电控制系统，其特征是：所述整车控制器，还包括报警响应模块，用于响应并处理电池故障报警信号。

7.一种电动汽车安全换电控制方法，其特征是：请求更换电池；检测车辆状态是否满足换电条件；切断高压；输出扭矩置为0；置换电池。

8.如权利要求7所述的电动汽车换电控制方法，其特征是：所述请求更换电池，包括检测换电硬线信号。

9.如权利要求7所述的电动汽车换电控制方法，其特征是：检测车辆状态是否满足换电条件，包括但不限于对车速、档位、制动踏板、油门、方向盘进行状态检测。

10.如权利要求7所述的电动汽车换电控制方法，其特征是：包括如下步骤：

步骤1、用户请求换电，执行控制器检测换电硬线信号是否为有效的换电信号，发送换电请求给整车控制器；

步骤2、整车控制器收到换电请求后，获取并判断整车状态信息是否满足换电条件，满足条件则对电池管理系统和电机控制器下达下电指令；

步骤3、电池管理系统断开高压继电器切断高压，电机控制器判断扭矩，保证输出扭矩为0，并向整车控制器发送下电完成指令；

步骤4、整车控制器收到电池管理系统和电机控制器的下电完成指令后，向执行控制器发送换电执行指令；

步骤5、执行控制器驱动锁止电机执行电池包的卸载，判断电机到达预定位置后发送卸载完成指令给整车控制器；

步骤6、执行控制器驱动电机执行对新换电池的安装，判断电机到达预定位置后发送安装完成指令给整车控制器，完成换电过程。

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