CN116852997A - 动力电池安全防护系统、方法及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种动力电池安全防护系统、方法及车辆，涉及电动汽车技术领域，其中，动力电池安全防护系统应用于设置有动力电池的车辆，该动力电池安全防护系统包括智能熔断器和熔断控制器；智能熔断器的第一端和第二端串接于动力电池的充放电回路，智能熔断器的控制端与熔断控制器连接；熔断控制器用于基于预设的异常判断策略，对动力电池的状态和/或车辆的状态进行异常判断，并当判定存在异常时，控制智能熔断器断开。这样通过熔断控制器，能够在动力电池的状态和/或车辆的状态存在异常时，控制智能熔断器自动断开，实现了动力电池的主动保护，提高了动力电池的安全防护能力。

Description

动力电池安全防护系统、方法及车辆
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，尤其是涉及一种动力电池安全防护系统、方法及车辆。
背景技术
随着电动汽车的技术发展，电动汽车越来越广泛运用在我们的日常生活中。生活中，电动汽车发生交通事故屡见不鲜，交通事故后的电动汽车短路自燃，充电过程中的电动汽车短路自燃等，让我们意识到电动汽车的动力电池安全成为了不可忽视的问题。然而目前动力电池的安全防护能力仍有待提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种动力电池安全防护系统、方法及车辆，以提高动力电池的安全防护能力。
第一方面，本发明实施例提供了一种动力电池安全防护系统，应用于设置有动力电池的车辆；所述动力电池安全防护系统包括智能熔断器和熔断控制器；所述智能熔断器的第一端和第二端串接于所述动力电池的充放电回路，所述智能熔断器的控制端与所述熔断控制器连接；
所述熔断控制器用于基于预设的异常判断策略，对所述动力电池的状态和/或所述车辆的状态进行异常判断，并当判定存在异常时，控制所述智能熔断器断开。
进一步地，所述熔断控制器包括电池管理系统或整车控制器。
进一步地，所述熔断控制器为电池管理系统，所述动力电池安全防护系统还包括分别与所述电池管理系统连接的整车控制器和碰撞检测控制器。
进一步地，所述熔断控制器为整车控制器，所述动力电池安全防护系统还包括分别与所述整车控制器连接的电池管理系统和碰撞检测控制器。
进一步地，所述熔断控制器通过低压驱动线束与所述智能熔断器的控制端连接。
进一步地，所述熔断控制器通过稳压电源芯片驱动所述智能熔断器断开，所述稳压电源芯片采用高低边驱动方式。
进一步地，所述异常判断策略包括瞬时保护策略和/或延时保护策略。
进一步地，所述瞬时保护策略包括检测到以下任一种情况时判定存在异常：碰撞检测控制器发出的碰撞硬线信号或者碰撞Can线信号；整车控制器发出的扭矩失控故障；动力母线电流超过预设的第一电流值；动力母线的正对地绝缘值和负对地绝缘值同时低于预设的绝缘值；以及所述动力电池发生热失控故障；
所述延时保护策略包括检测到以下任一种情况时判定存在异常：所述动力电池的主正继电器和主负继电器同时粘连，同时发生单体电压过压故障，且持续第一预设时长；所述动力电池的主正继电器和主负继电器同时粘连，同时发生单体电压欠压故障，且持续第二预设时长；所述动力电池的主正继电器和主负继电器同时粘连，同时动力母线电流超过预设的第二电流值，且持续第三预设时长；以及所述动力电池的主正继电器和主负继电器同时粘连，同时动力母线发生高压互锁断开故障，且持续第四预设时长。
第二方面，本发明实施例还提供了一种动力电池安全防护方法，应用于第一方面所述的动力电池安全防护系统中的熔断控制器；所述动力电池安全防护方法包括：
基于预设的异常判断策略，对所述动力电池的状态和/或所述车辆的状态进行异常判断；
当判定存在异常时，控制所述智能熔断器断开。
第三方面，本发明实施例还提供了一种车辆，所述车辆包括第一方面所述的动力电池安全防护系统，还包括与所述动力电池安全防护系统连接的动力电池。
本发明实施例提供的动力电池安全防护系统、方法及车辆中，动力电池安全防护系统应用于设置有动力电池的车辆，该动力电池安全防护系统包括智能熔断器和熔断控制器；智能熔断器的第一端和第二端串接于动力电池的充放电回路，智能熔断器的控制端与熔断控制器连接；熔断控制器用于基于预设的异常判断策略，对动力电池的状态和/或车辆的状态进行异常判断，并当判定存在异常时，控制智能熔断器断开。这样通过熔断控制器，能够在动力电池的状态和/或车辆的状态存在异常时，控制智能熔断器自动断开，实现了动力电池的主动保护，提高了动力电池的安全防护能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为一种基于传统熔断器的动力电池架构；
图2为本发明实施例提供的一种动力电池安全防护系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种基于智能熔断器的动力电池架构；
图4为本发明实施例提供的另一种基于智能熔断器的动力电池架构；
图5为本发明实施例提供的一种智能熔断器的驱动电路示意图；
图6为本发明实施例提供的一种动力电池安全防护方法的流程示意图。
图标：101-动力电池；102-传统熔断器；103-主正继电器；104-预充继电器；105-预充电阻；106-主负继电器；210-智能熔断器；220-熔断控制器；221-BMS；222-高边驱动开关；223-低边驱动开关；230-VCU；240-ACU。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1所示的一种基于传统熔断器的动力电池架构，现阶段，动力电池101大都使用高压继电器和传统熔断器102来实现动力电池的高压切断功能，高压继电器包括主正继电器103和主负继电器106，主正继电器103的两端分别连接动力电池101和高压负载，主正继电器103的两端还并有预充电路，预充电路包括串联的预充继电器104和预充电阻105；主负继电器106的两端分别连接动力电池101和高压负载，传统熔断器102串接在动力电池101与主负继电器106之间；主正继电器103的控制端和主负继电器106的控制端分别与诸如BMS(Battery Management System，电池管理系统)等控制器连接。
上述动力电池架构中，高压继电器是主动保护件，通过低压切断实现高压下电，但是在大电流负载情况下高压继电器容易存在粘连风险，无法完全保证高压下电；传统熔断器102是被动保护件，当动力系统中发生短路或者大电流负载情况下会被动触发熔断，实现高压下电，但长时间的大电流负载，有可能无法触发传统熔断器的熔断，或者需要较长时间才能触发熔断；主动安全保护上不够灵敏。
因此，动力电池智能熔断器应运而生，BMS或者VCU(Vehicle control unit，整车控制器)等熔断控制器通过一定策略判定后，可以低压驱动智能熔断器触发，炸开智能熔断器铜排，实现动力电池的全时段保护。因此，本发明实施例提供的一种动力电池安全防护系统、方法及车辆，可以实现动力电池的主动保护，提高动力电池的安全防护能力。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种动力电池安全防护系统进行详细介绍。
本发明实施例提供了一种动力电池安全防护系统，该动力电池安全防护系统应用于设置有动力电池的车辆，如图2和图3所示，该动力电池安全防护系统包括智能熔断器210和熔断控制器220；智能熔断器210的第一端和第二端串接于动力电池101的充放电回路，智能熔断器210的控制端与熔断控制器220连接；熔断控制器220用于基于预设的异常判断策略，对动力电池101的状态和/或车辆的状态进行异常判断，并当判定存在异常时，控制智能熔断器210断开。
这样通过熔断控制器220，能够在动力电池101的状态和/或车辆的状态存在异常时，控制智能熔断器210自动断开，实现了动力电池101的主动保护，提高了动力电池101的安全防护能力。
在一种可能的实现方式中，如图3所示，智能熔断器210的第一端与动力电池101的负极连接，智能熔断器210的第二端通过主负继电器106连接高压负载，也即智能熔断器210可以直接替代图1中的传统熔断器102。这样智能熔断器210的位置排布和传统熔断器102的一致，减少了动力电池的设计修改。
可选地，如图3所示，上述熔断控制器220可以通过低压驱动线束与智能熔断器210的控制端连接。低压驱动线束能够承受车辆行驶中的振动、温度变化、潮湿环境等不利因素，从而提高电气系统的可靠性，并且还具有方便维护的优点。
可选地，上述熔断控制器220包括BMS或VCU。如此可以直接利用车辆本身固有的控制器件，降低了成本。
在一种可能的实现方式中，熔断控制器220为VCU，上述动力电池安全防护系统还包括分别与VCU连接的BMS和ACU。例如，VCU可以通过低压驱动线束与智能熔断器210连接，VCU可以通过Can总线分别与BMS和ACU连接。ACU可以当检测到车辆发生碰撞时，向VCU发送碰撞信号；BMS可以将检测到的电流信号和继电器状态信号等发送给VCU；VCU可以根据ACU发送的碰撞信号、自身检测的车辆状态、以及BMS检测的电流信号和继电器状态信号等，判断是否驱动智能熔断器210断开。
在另一种可能的实现方式中，熔断控制器220为BMS，上述动力电池安全防护系统还包括分别与BMS连接的VCU和ACU(Auto Controled Unite，碰撞检测控制器)。如图4所示，BMS221可以通过低压驱动线束与智能熔断器210连接，即智能熔断器210可以通过BMS221的低压驱动线束实现触发；BMS221可以通过动力Can线与VCU230连接，BMS221可以分别通过碰撞硬线和碰撞Can线与ACU240连接。
以图4为例，BMS、VCU和ACU三者的主要功能如下表1所示。
表1
以图4为例，在全时段的动力电池101使用过程中，BMS221通过ACU240的碰撞信号、VCU230的车辆状态、电流信号、继电器状态信号等，实现车辆状态、动力电池状态的监控，使用相对应的异常判断策略判断是否去驱动智能熔断器210断开，以实现动力电池101的高压下电保护。
可选地，上述异常判断策略包括瞬时保护策略和/或延时保护策略(延时保护策略也称硬性保护策略)。其中，瞬时保护策略可以在一些突发的较严重异常情况下，瞬时驱动智能熔断器210断开，以实现动力电池101的高压下电保护。延时保护策略可以在一些较轻异常情况下，延时驱动智能熔断器210断开，以实现动力电池101的高压下电保护。
在一种可能的实现方式中，上述瞬时保护策略包括检测到以下任一种情况时判定存在异常：ACU发出的碰撞硬线信号或者碰撞Can线信号；VCU发出的扭矩失控故障；动力母线电流超过预设的第一电流值；动力母线的正对地绝缘值和负对地绝缘值同时低于预设的绝缘值；以及动力电池发生热失控故障。其中，第一电流值和绝缘值均可以根据实际需求设置，这里不做限定，例如第一电流值为1500A，绝缘值为100Ω/V。
在一种可能的实现方式中，上述延时保护策略包括检测到以下任一种情况时判定存在异常：动力电池的主正继电器和主负继电器同时粘连，同时发生单体电压过压故障，且持续第一预设时长；动力电池的主正继电器和主负继电器同时粘连，同时发生单体电压欠压故障，且持续第二预设时长；动力电池的主正继电器和主负继电器同时粘连，同时动力母线电流超过预设的第二电流值，且持续第三预设时长；以及动力电池的主正继电器和主负继电器同时粘连，同时动力母线发生高压互锁断开故障，且持续第四预设时长。其中，第一预设时长、第二预设时长、第三预设时长和第四预设时长均可以根据实际需求设置，这里不做限定，例如第一预设时长、第二预设时长、第三预设时长和第四预设时长均为5s。需要说明的是，第一预设时长、第二预设时长、第三预设时长和第四预设时长四者可以相同，也可以不完全相同。第二电流值小于第一电流值，第二电流值也可以根据实际需求设置，这里不做限定，例如第二电流值为60A或100A。
可选地，上述熔断控制器220可以通过稳压电源芯片驱动智能熔断器210断开，例如，BMS或VCU通过内置的12V稳压电源芯片驱动智能熔断器210断开。这样可以实现智能熔断器210的快速触发。
进一步地，上述稳压电源芯片可以采用高低边驱动方式。例如，如图5所示，稳压电源芯片的驱动电路包括高边驱动开关222和低边驱动开关223，智能熔断器210串接在高边驱动开关222和低边驱动开关223之间，高边驱动开关222在接收到12V驱动电压时闭合，低边驱动开关223在接入-12V的接地电压时闭合，只有高边驱动开关222和低边驱动开关223同时闭合时，才能实现智能熔断器210的驱动。因此高低边驱动方式可以实现误驱动保护。
综上，与现有技术相比，本发明实施例的设计方案能够在高压继电器的基础上实现另一种动力电池的主动保护；给动力电池增加了两类不同的保护策略，可以实现动力电池的全时段瞬时保护和硬性保护。
本发明实施例还提供了一种动力电池安全防护方法，该方法应用于上述的动力电池安全防护系统中的熔断控制器；参见图6所示的一种动力电池安全防护方法的流程示意图，该动力电池安全防护方法主要包括如下步骤S602～步骤S604：
步骤S602，基于预设的异常判断策略，对动力电池的状态和/或车辆的状态进行异常判断。
步骤S604，当判定存在异常时，控制智能熔断器断开。
本发明实施例还提供了一种车辆，该车辆包括上述的动力电池安全防护系统，还包括与动力电池安全防护系统连接的动力电池。
本实施例所提供的动力电池安全防护方法及车辆，其实现原理及产生的技术效果和前述动力电池安全防护系统实施例相同，为简要描述，动力电池安全防护方法及车辆实施例部分未提及之处，可参考前述动力电池安全防护系统实施例中相应内容。
在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种动力电池安全防护系统，其特征在于，应用于设置有动力电池的车辆；所述动力电池安全防护系统包括智能熔断器和熔断控制器；所述智能熔断器的第一端和第二端串接于所述动力电池的充放电回路，所述智能熔断器的控制端与所述熔断控制器连接；
所述熔断控制器用于基于预设的异常判断策略，对所述动力电池的状态和/或所述车辆的状态进行异常判断，并当判定存在异常时，控制所述智能熔断器断开。
2.根据权利要求1所述的动力电池安全防护系统，其特征在于，所述熔断控制器包括电池管理系统或整车控制器。
3.根据权利要求2所述的动力电池安全防护系统，其特征在于，所述熔断控制器为电池管理系统，所述动力电池安全防护系统还包括分别与所述电池管理系统连接的整车控制器和碰撞检测控制器。
4.根据权利要求2所述的动力电池安全防护系统，其特征在于，所述熔断控制器为整车控制器，所述动力电池安全防护系统还包括分别与所述整车控制器连接的电池管理系统和碰撞检测控制器。
5.根据权利要求1所述的动力电池安全防护系统，其特征在于，所述熔断控制器通过低压驱动线束与所述智能熔断器的控制端连接。
6.根据权利要求1所述的动力电池安全防护系统，其特征在于，所述熔断控制器通过稳压电源芯片驱动所述智能熔断器断开，所述稳压电源芯片采用高低边驱动方式。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的动力电池安全防护系统，其特征在于，所述异常判断策略包括瞬时保护策略和/或延时保护策略。
8.根据权利要求7所述的动力电池安全防护系统，其特征在于，所述瞬时保护策略包括检测到以下任一种情况时判定存在异常：碰撞检测控制器发出的碰撞硬线信号或者碰撞Can线信号；整车控制器发出的扭矩失控故障；动力母线电流超过预设的第一电流值；动力母线的正对地绝缘值和负对地绝缘值同时低于预设的绝缘值；以及所述动力电池发生热失控故障；
所述延时保护策略包括检测到以下任一种情况时判定存在异常：所述动力电池的主正继电器和主负继电器同时粘连，同时发生单体电压过压故障，且持续第一预设时长；所述动力电池的主正继电器和主负继电器同时粘连，同时发生单体电压欠压故障，且持续第二预设时长；所述动力电池的主正继电器和主负继电器同时粘连，同时动力母线电流超过预设的第二电流值，且持续第三预设时长；以及所述动力电池的主正继电器和主负继电器同时粘连，同时动力母线发生高压互锁断开故障，且持续第四预设时长。
9.一种动力电池安全防护方法，其特征在于，应用于权利要求1-8中任一项所述的动力电池安全防护系统中的熔断控制器；所述动力电池安全防护方法包括：
基于预设的异常判断策略，对所述动力电池的状态和/或所述车辆的状态进行异常判断；
当判定存在异常时，控制所述智能熔断器断开。
10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求1-8中任一项所述的动力电池安全防护系统，还包括与所述动力电池安全防护系统连接的动力电池。
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