CN118061792A - 一种短路保护系统、高压电源输出系统及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种短路保护系统、高压电源输出系统及汽车，短路保护系统包括：短路检测模块与高压电源输出系统的输出端连接，被配置于实时采集高压电源输出系统的输出端的输出信号，将输出信号传输给触发信号生成模块；触发信号生成模块与短路检测模块连接，被配置于当监测到高压电源输出系统的输出信号变化异常时，判定高压电源输出系统存在短路故障，生成触发信号；保护模块与触发信号生成模块、动力电池组连接，被配置于当接收到触发信号时，切断动力电池组的供电回路。该系统能够在微秒级别内对高压电源输出系统的短路故障进行快速检测和保护，响应速度快，能够准确地检测高压电源输出系统短路故障的发生。

Description

一种短路保护系统、高压电源输出系统及汽车

技术领域

本发明属于新能源电动汽车技术领域，具体涉及一种短路保护系统、高压电源输出系统及汽车。

背景技术

新能源电动汽车作为一种清洁、高效的交通工具，受到了广泛关注和推广。新能源电动汽车的核心部件之一是高压电源输出系统，它负责将动力电池组的直流电能转换为驱动电机的高压直流电能。然而，由于电动汽车的高压电源输出系统会存在着短路故障的风险，一旦发生短路，可能会导致严重的安全事故，甚至引发火灾和爆炸。

目前对高压电源输出系统的短路保护方法主要包括：

1）设置短路保险丝。当高压电源输出系统发生短路时，短路保险丝断开动力电池组与车辆其他电路之间的连接。这种方式的缺点为：反应速度慢，需要上百毫秒以上才能断开连接。且由于动力电池组的电压比较高，在上百毫秒的短路时间里将会产生巨大热量，有可能让电动汽车产生火灾。

2）设置线路关断开关。线路关断开关是一种手动或自动控制的开关装置，用于切断动力电池组与车辆其他电路之间的连接。这种方式的缺点为：反应速度慢，无论是手动或自动控制，需要上百毫秒以上才能断开连接。且由于动力电池组的电压比较高，在上百毫秒的短路时间里将会产生巨大热量，有可能让电动汽车产生火灾。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种短路保护系统、高压电源输出系统及汽车，提升了短路故障保护的响应速度。

第一方面，一种短路保护系统，包括：

短路检测模块：与高压电源输出系统的输出端连接；短路检测模块被配置于实时采集高压电源输出系统的输出端的输出信号，将输出信号传输给触发信号生成模块；

触发信号生成模块：与短路检测模块连接；触发信号生成模块被配置于当监测到高压电源输出系统的输出信号变化异常时，判定高压电源输出系统存在短路故障，生成触发信号；

保护模块：与触发信号生成模块、动力电池组连接；保护模块被配置于当接收到所述触发信号时，切断动力电池组的供电回路。

进一步地，所述短路检测模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、运算放大器、第七电阻；

其中第一电阻的一端分别连接所述高压电源输出系统的输出端、第三电阻的一端，第一电阻的另一端连接第二电阻的一端，第三电阻的另一端连接运算放大器的反向输入端，第二电阻的另一端连接运算放大器的正向输入端，运算放大器的输出端串联第七电阻作为所述短路检测模块的输出端。

进一步地，所述触发信号生成模块包括基准电压源、第八电阻、第十电阻、比较器、第二光耦、二极管；

其中，所述短路检测模块的输出端连接比较器的正向输入端，基准电压源的输出端串联第十电阻连接比较器的反向输入端，比较器的输出端串联第八电阻连接第二光耦的输入端，第二光耦的输出端连接二极管的阳极，二极管的阴极作为触发信号生成模块的输出端。

进一步地，所述保护模块包括第九电阻、第十一电阻、第四电阻、电容、第一光耦、第一开关管和第二开关管；

其中，所述触发信号生成模块的输出端串联第九电阻连接至第二开关管的第一端，第二开关管的第一端分别串联第十一电阻、电容连接至其第三端，第二开关管的第二端连接至第一光耦的输入端，第一光耦的输出端串联第四电阻连接至第一开关管的第一端，第一开关管的第二端连接动力电池组，第一开关管的第三端连接所述第一电阻、所述第二电阻的中间节点。

进一步地，还包括：

报警模块：与所述触发信号生成模块的输出端、车载处理器连接；报警模块被配置于当接收到所述触发信号时，将触发信号上传给所述车载处理器。

进一步地，所述报警模块包括第十二电阻；

所述触发信号生成模块的输出端串联第十二电阻连接至所述车载处理器。

第二方面，一种高压电源输出系统，包括第一方面所述短路保护系统。

第三方面，一种汽车，包括第一方面所述高压电源输出系统。

由上述技术方案可知，本发明提供的短路保护系统具有以下优点：

1）高速保护。短路保护系统能够在微秒级别内对高压电源输出系统的短路故障进行快速检测和保护，迅速切断电源输出，响应速度快，能够全面保护高压电源输出系统的安全运行，有效避免短路故障对高压电源输出系统、电动汽车、乘客的安全造成的潜在危害。

2）精确检测。短路保护系统采用先进的电路设计和高精度传感器，实时监测电流、电压的变化，能够准确地检测高压电源输出系统短路故障的发生，及时发现异常情况并采取相应的保护措施，提高了高压电源输出系统、电动汽车的安全性能。

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。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为实施例提供的短路保护系统的模块框图。

图2为实施例提供的短路保护系统的电路图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

实施例：

一种短路保护系统，参见图1，包括：

短路检测模块：与高压电源输出系统的输出端连接；短路检测模块被配置于实时采集高压电源输出系统的输出端的输出信号，将输出信号传输给触发信号生成模块；

触发信号生成模块：与短路检测模块连接；触发信号生成模块被配置于当监测到高压电源输出系统的输出信号变化异常时，判定高压电源输出系统存在短路故障，生成触发信号；

保护模块：与触发信号生成模块、动力电池组连接；保护模块被配置于当接收到触发信号时，切断动力电池组的供电回路。

在本实施例中，短路检测模块主要用于实时采集高压电源输出系统输出的电流信号或电压信号，并传输给触发信号生成模块。触发信号生成模块一旦监测到电流信号变化或电压信号变化异常时，认为高压电源输出系统存在短路故障，生成触发信号，触发保护模块工作。保护模块接收到触发信号后，迅速切断高压电源输出系统的电路，即切断动力电池组的供电回路，防止短路故障继续发展。该短路保护系统广泛应用于各种类型的新能源电动汽车，包括纯电动汽车、混合动力汽车等。

短路保护系统具有以下优点：

1）高速保护。短路保护系统能够在微秒级别内对高压电源输出系统的短路故障进行快速检测和保护，迅速切断电源输出，响应速度快，能够全面保护高压电源输出系统的安全运行，有效避免短路故障对高压电源输出系统、电动汽车、乘客的安全造成的潜在危害。

2）精确检测。短路保护系统采用先进的电路设计和高精度传感器，实时监测电流、电压的变化，能够准确地检测高压电源输出系统短路故障的发生，及时发现异常情况并采取相应的保护措施，提高了高压电源输出系统、电动汽车的安全性能。

进一步地，在一些实施例中，参见图2，短路检测模块包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、运算放大器U1、第七电阻R7；

其中第一电阻R1的一端分别连接高压电源输出系统的输出端、第三电阻R3的一端，第一电阻R1的另一端连接第二电阻R2的一端，第三电阻R3的另一端连接运算放大器U1的反向输入端，第二电阻R2的另一端连接运算放大器U1的正向输入端，运算放大器U1的输出端串联第七电阻R7作为短路检测模块的输出端。

在本实施例中，短路检测模块由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、运算放大器U1、第七电阻R7组成。第一电阻R1上的电压经过运算放大器U1、第七电阻R7传输给触发信号生成模块。第一电阻R1为采样电阻，第二电阻R2、第三电阻R3、第七电阻R7起到数据传输作用。运算放大器U1为高速运算放大器。

进一步地，在一些实施例中，参见图2，触发信号生成模块包括基准电压源U3、第八电阻R8、第十电阻R10、比较器U2、第二光耦OP2、二极管D1；

其中，短路检测模块的输出端连接比较器U2的正向输入端，基准电压源U3的输出端串联第十电阻R10连接比较器U2的反向输入端，比较器U2的输出端串联第八电阻R8连接第二光耦OP2的输入端，第二光耦OP2的输出端连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极作为触发信号生成模块的输出端。

在本实施例中，触发信号生成模块由基准电压源U3、第八电阻R8、第十电阻R10、比较器U2、第二光耦OP2、二极管D1组成。比较器U2为高速比较器。基准电压源U3经过第十电阻R10将基准电压传递给比较器U2的反向输入端，比较器U2将短路检测模块的输出端传递过来的信号与基准电压进行比较，如果比较器U2的正向输入端的信号比反向输入端的信号高，则认为高压电源输出系统存在短路故障，此时比较器U2的输出端输出高电平，第二光耦OP2的输出端对输入的高电平进行隔离后，输出高电平。

进一步地，在一些实施例中，参见图2，保护模块包括第九电阻R9、第十一电阻R11、第四电阻R4、电容C1、第一光耦OP1、第一开关管Q1和第二开关管Q2；

其中，触发信号生成模块的输出端串联第九电阻R9连接至第二开关管Q2的第一端，第二开关管Q2的第一端分别串联第十一电阻R11、电容C1连接至其第三端，第二开关管Q2的第二端连接至第一光耦OP1的输入端，第一光耦OP1的输出端串联第四电阻R4连接至第一开关管Q1的第一端，第一开关管Q1的第二端连接动力电池组M1，第一开关管Q1的第三端连接第一电阻R1、第二电阻R2的中间节点。

在本实施例中, 保护模块由第九电阻R9、第十一电阻R11、第四电阻R4、电容C1、第一光耦OP1、第一开关管Q1和第二开关管Q2组成。第九电阻R9、电容C1属于积分电路，第二光耦OP2输出的高电平经过第九电阻R9、电容C1积分后，传递给第二开关管Q2的第一端。第二开关管Q2、第一开关管Q1的第一端为栅极，第二开关管Q2、第一开关管Q1的第二端为漏极，第二开关管Q2、第一开关管Q1的第三端为源极。当第二开关管Q2的第一端接收到高电平（高压电源输出系统短路故障）时，第二开关管Q2导通，其第二端输出低电平，此时第一光耦OP1输出低电平给第一开关管Q1的第一端，第一开关管Q1截止，切断动力电池组M1的电源输出，使得动力电池组M1不能继续为汽车的其他部件供电。该短路保护系统从传感、监测到电流过流信号、动力电池组被关断仅用时几微秒。如果高压电源输出系统的短路故障解除后，则第二开关管Q2第一端接收到的高电平经过电容C1、第十一电阻R11放电后，下降到低电平，第二开关管Q2截止，其第二端为高电平，第一光耦OP1输出高电平给第一开关管Q1的第一端，第一开关管Q1导通，动力电池组M1正常工作，能够继续为汽车的其他部件供电。这样当高压电源输出系统的短路故障消除后，可以自动回复到正常状态使用，不需要进行线下维修，提高了系统的可靠性和稳定性。

进一步地，在一些实施例中，参见图1，还包括：

报警模块：与触发信号生成模块的输出端、车载处理器连接；报警模块被配置于当接收到触发信号时，将触发信号上传给车载处理器。

在本实施例中，报警模块可以在高压电源输出系统短路时，将触发信号上传给车载处理器，车载处理器可以在短路故障时发出警报信号，提醒驾驶员和乘客注意安全，使得驾驶员能够第一时间知晓高压电源输出系统短路并提前避险。

进一步地，在一些实施例中，参见图2，报警模块包括第十二电阻R12；

触发信号生成模块的输出端串联第十二电阻R12连接至车载处理器。

在本实施例中，触发信号经过第十二电阻R12后传输给车载处理器。

一种高压电源输出系统，包括上述短路保护系统。

本发明实施例所提供的系统，为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述实施例中相应内容。

一种汽车，包括上述高压电源输出系统。

本发明实施例所提供的汽车，为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述实施例中相应内容。

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，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种短路保护系统，其特征在于，包括：

短路检测模块：与高压电源输出系统的输出端连接；短路检测模块被配置于实时采集高压电源输出系统的输出端的输出信号，将输出信号传输给触发信号生成模块；

触发信号生成模块：与短路检测模块连接；触发信号生成模块被配置于当监测到高压电源输出系统的输出信号变化异常时，判定高压电源输出系统存在短路故障，生成触发信号；

保护模块：与触发信号生成模块、动力电池组连接；保护模块被配置于当接收到所述触发信号时，切断动力电池组的供电回路。

2.根据权利要求1所述短路保护系统，其特征在于，所述短路检测模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、运算放大器、第七电阻；

其中第一电阻的一端分别连接所述高压电源输出系统的输出端、第三电阻的一端，第一电阻的另一端连接第二电阻的一端，第三电阻的另一端连接运算放大器的反向输入端，第二电阻的另一端连接运算放大器的正向输入端，运算放大器的输出端串联第七电阻作为所述短路检测模块的输出端。

3.根据权利要求2所述短路保护系统，其特征在于，所述触发信号生成模块包括基准电压源、第八电阻、第十电阻、比较器、第二光耦、二极管；

其中，所述短路检测模块的输出端连接比较器的正向输入端，基准电压源的输出端串联第十电阻连接比较器的反向输入端，比较器的输出端串联第八电阻连接第二光耦的输入端，第二光耦的输出端连接二极管的阳极，二极管的阴极作为触发信号生成模块的输出端。

4.根据权利要求3所述短路保护系统，其特征在于，所述保护模块包括第九电阻、第十一电阻、第四电阻、电容、第一光耦、第一开关管和第二开关管；

其中，所述触发信号生成模块的输出端串联第九电阻连接至第二开关管的第一端，第二开关管的第一端分别串联第十一电阻、电容连接至其第三端，第二开关管的第二端连接至第一光耦的输入端，第一光耦的输出端串联第四电阻连接至第一开关管的第一端，第一开关管的第二端连接动力电池组，第一开关管的第三端连接所述第一电阻、所述第二电阻的中间节点。

5.根据权利要求3所述短路保护系统，其特征在于，还包括：

报警模块：与所述触发信号生成模块的输出端、车载处理器连接；报警模块被配置于当接收到所述触发信号时，将触发信号上传给所述车载处理器。

6.根据权利要求5所述短路保护系统，其特征在于，所述报警模块包括第十二电阻；

所述触发信号生成模块的输出端串联第十二电阻连接至所述车载处理器。

7.一种高压电源输出系统，其特征在于，包括权利要求1-6中任一权利要求所述短路保护系统。

8.一种汽车，其特征在于，包括权利要求7所述高压电源输出系统。