CN202014086U - 动力电池组的安全保护装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种动力电池组的安全保护装置，包括电池管理单元BMU、级连节裂继电器；子电池组电压小于36V；子电池组串联，子电池组间连接有级连节裂继电器；电池管理单元BMU与级连节裂继电器电连接；电池组正常工作动力输出时，电池管理单元BMU控制闭合节裂继电器触点；当任何意外或停车以后，电池管理单元BMU控制断开级连节裂继电器触点；整个动力电池变成若干个小于36V安全电压互不相关子电池组。优点是改变以往仅使用一个主接触器来控制电池组高压输出，而是把一个大的电池组分解成几个子电池组，子电池组输出电压在安全范围，级连节裂安全控制，可在动力电池组的各种工况下提供安全保护，防止动力电池组高压电泄漏导致人身安全事故。
Description
技术领域
本实用新型属于汽车电子技术领域，涉及一种动力电池组的安全保护装置；特别适用于纯电动乘用车的动力电池组控制。
背景技术
对于混合动力HEV、纯电动EV新能源汽车的动力驱动系统，驱动电机的功率很大，往往是几十千瓦。现有技术的动力电源采用多个电池单体串联而成锂电池组，电池组串联电压高达几百伏，远远的超过了人体所能承受的低于36V的安全电压范围。为确保电池使用安全、防止意外漏电的产生，必须要对动力电池组进行有效的控制。
已知的现有动力电池组安全保护装置如附图1所示，电池组的高压直流电的输出由主接触器KM控制，当系统钥匙开关打开后Key_on，电池管理单元BMU接收到Key_on信号，BMU经过判断系统的所有输入、输出条件符合正常开车的情况后闭合主接触器KM的触点，使电池组的高压直流电输出，控制电动机运行。当钥匙开关关闭Key_off，BMU检测到 Key_off信号，或系统产生错误信息时BMU断开主接触器KM的触点，禁止高压直流电输出来保护系统的安全；系统发生短路故障时，主熔断器FU迅速熔断禁止高压直流电的输出保护系统及人身安全。由于在主接触器KM前的A、B点间，依然是高达几百伏电池组串联高压电，现有动力电池组安全保护装置存在下面几个安全隐患：
其一，在电池组生产、安装过程中，在主接触器KM前的A、B点间一旦漏电会产生人身安全事故。
其二，在发生交通事故时，主接触器KM前的A、B点间动力电缆一旦损坏，会导致高压直流电泄漏，导致人身安全方面的事故。
其三，在车辆维修保养的过程中，如果意外的碰触到主接触期KM前的A、B点间位置，也将导致人身安全事故。
发明内容
本实用新型公开了一种动力电池组的安全保护装置，以解决以往高压电池组使用过程中存在安全隐患等问题。
本实用新型动力电池组是由若干子电池组串连而成，包括电池管理单元BMU、级连节裂继电器；子电池组电压小于36V，在安全电压范围之内；子电池组串联，子电池组间连接有级连节裂继电器；电池管理单元BMU与级连节裂继电器电连接；电池组正常工作动力输出时，电池管理单元BMU控制闭合节裂继电器触点；当任何意外或停车以后，电池管理单元BMU控制断开级连节裂继电器触点；整个动力电池变成若干个小于36V安全电压的互不相关子电池组，充分保证了系统安全。
级连节裂继电器采用磁保持型继电器，级连节裂继电器具有一个独立的级连线圈和一个独立的节裂线圈，电池组正常工作动力输出时，电池管理单元BMU控制级连线圈吸合级连节裂继电器触点；当任何意外或停车以后，电池管理单元BMU控制节裂线圈断开级连节裂继电器触点。
电池管理单元BMU控制向级连节裂继电器的级连线圈或节裂线圈发出20mS~50mS高脉冲闭合或断开级连节裂继电器触点，触点动作后由磁保持其状态稳定，而不需要持续供电，这样即可最小的消耗其系统电源。
驱动所有级连节裂继电器的级连线圈使触点闭合把所有的电池串联起来形成高压直流电输出，这个过程称为级连，驱动所有级连节裂继电器的节裂线圈断开所有级连节裂继电器的触点使整个动力电池变成若干个小于安全电压（36V）的各不相关的子电池组，从而截断了高压直流电的输出，这个过程称之为节裂。
本实用新型还包括级连节裂控制器，级连节裂控制器内部具有储能电容C1；电池管理单元BMU与级连节裂控制器、级连节裂继电器连接；当有意外情况发生时，如果电池管理单元BMU正常工作时，那么电池管理单元BMU驱动电池组发生节裂，以保证系统的安全；当电源线损坏、微控制单元MCU复位等情况下，电池管理单元BMU不能正常工作时，此时级连节裂控制器内部的储能电容C1通过级连节裂继电器的节裂线圈放电，驱动电池组节裂，从而保证系统的安全。
级连节裂控制器中有两个继电器KJA、KJB进行互锁，级连节裂控制器的两个继电器KJA、KJB对级连节裂继电器的级连线圈和节裂线圈进行驱动互锁；在同一时刻只能有一组线圈驱动，防止BMU由于错误操作产生的同时驱动级连和节裂线圈的控制，保证了级连节裂继电器线圈动作的可靠。
为了降低整个系统成本，使用的所有级连节裂继电器线圈触点均不可高压动作；本实用新型其特征在于还包括高压主接触器, 高压主接触器与动力电池组串联连接，级连节裂控制器与高压主接触器控制线路连接，电池管理单元BMU通过级连节裂控制器驱动高压主接触器，仅当高压主接触器断开后才可以进行级连和节裂，该动作顺序由级连节裂控制器自动完成。
级连节裂控制器中具有常闭触点继电器KMB、电容C2；当主接触器KM触点闭合时，级连节裂控制器中的继电器KMB也同时被驱动，KMB的常闭触点断开，在此其间级连节裂动作无法执行，当主接触器KM的触点断开后，级连节裂控制器中的继电器KMB也断开，KMB断开时间晚于KM，电容C2所存储电能通过KMB的线圈放电，继电器KMB的断开时间比KM晚20mS左右，这20mS的时间可以充分保证主接触器KM完全分断主电路的高压电，只有KMB线圈彻底断电，KMB的常闭触点恢复以后，电池组的级连节裂动作才可以正常的执行，级连节裂控制器中的继电器KMB的常闭触点起到了互锁保护的作用，保证了只有主接触器触点KM断开的情况下才可以进行级连节裂动作的执行，保证了级连节裂继电器工作的可靠性。
本实用新型电池子组电压范围在16V~35V之间（视实际动力电池组的连接情况而定）。
本实用新型的优点是：改变以往仅仅使用一个主接触器来控制电池组高压输出，而是把一个大的电池组分解成几个子电池组，子电池组输出电压在安全范围，级连节裂安全控制，可以在动力电池组的各种工况下提供安全保护，防止因动力电池组高压电泄漏而导致的人身安全事故。
附图说明
图1为现有的动力电池组供电电路图;
图2为本实用新型电路图;
图3为本实用新型BMU、级连节裂控制器、级连节裂继电器的连接图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型的一个实施例。
如图2所示， 本实用新型动力电池组是由若干子电池组串连而成，包括电池管理单元BMU、级连节裂继电器、级连节裂控制器、高压主接触器KM；级连节裂继电器采用磁保持型继电器，每个级连节裂继电器具有一个独立的级连线圈KJAn和一个独立的节裂线圈KJBn。级连线圈KJAn为第n个级连节裂继电器的级连线圈，节裂线圈KJBn为第n个级连节裂继电器的节裂线圈。
如图3所示，级连节裂控制器内部具有两个继电器KJA、KJB、常闭触点继电器KMB、电容C1、电容C2；级连节裂控制器中有两个继电器KJA、KJB进行互锁，电池管理单元BMU与级连节裂控制器、级连节裂继电器连接。
如图2、图3所示，高压主接触器KM与动力电池组串联连接，级连节裂控制器与高压主接触器控制线路连接。
如图2、图3所示，子电池组电压16V，在安全电压范围之内；子电池组串联，子电池组间连接有级连节裂继电器；电池管理单元BMU与级连节裂继电器电连接；电池组正常工作动力输出时，电池管理单元BMU控制级连线圈吸合级连节裂继电器触点；当任何意外或停车以后，电池管理单元BMU控制节裂线圈断开级连节裂继电器触点，整个动力电池变成若干个小于36V安全电压的互不相关子电池组，充分保证了系统安全。
电池管理单元BMU控制向级连节裂继电器的级连线圈或节裂线圈发出20mS高脉冲闭合或断开级连节裂继电器触点，触点动作后由磁保持其状态稳定，而不需要持续供电，这样即可最小的消耗其系统电源。
驱动所有级连节裂继电器的级连线圈使触点闭合把所有的电池串联起来形成高压直流电输出，这个过程称为级连，驱动所有级连节裂继电器的节裂线圈断开所有级连节裂继电器的触点使整个动力电池变成若干个小于36V安全电压的各不相关的子电池组，从而截断了高压直流电的输出，这个过程称之为节裂。
当有意外情况发生时，如果电池管理单元BMU正常工作时，那么电池管理单元BMU驱动电池组发生节裂，以保证系统的安全；当电源线损坏、微控制单元MCU复位等情况下，电池管理单元BMU不能正常工作时，此时级连节裂控制器内部的储能电容C1通过级连节裂继电器的节裂线圈放电，驱动电池组节裂，从而保证系统的安全。
级连节裂控制器的两个继电器KJA、KJB对级连节裂继电器的级连线圈和节裂线圈进行驱动互锁；在同一时刻只能有一组线圈驱动，防止BMU由于错误操作产生的同时驱动级连和节裂线圈的控制，保证了级连节裂继电器线圈动作的可靠。
为了降低整个系统成本，使用的所有级连节裂继电器线圈触点均不可高压动作；电池管理单元BMU通过级连节裂控制器驱动高压主接触器，仅当高压主接触器断开后才可以进行级连和节裂，该动作顺序由级连节裂控制器自动完成。
当主接触器KM触点闭合时，级连节裂控制器中的继电器KMB也同时被驱动，KMB的常闭触点断开，在此其间级连节裂动作无法执行，当主接触器KM的触点断开后，级连节裂控制器中的继电器KMB也断开，KMB断开时间晚于KM，电容C2所存储电能通过KMB的线圈放电，继电器KMB的断开时间比KM晚20mS左右，这20mS的时间可以充分保证主接触器KM完全分断主电路的高压电，只有KMB线圈彻底断电，KMB的常闭触点恢复以后，电池组的级连节裂动作才可以正常的执行，级连节裂控制器中的继电器KMB的常闭触点起到了互锁保护的作用，保证了只有主接触器触点KM断开的情况下才可以进行级连节裂动作的执行，保证了级连节裂继电器工作的可靠性。
本实用新型的第二个实施例，子电池组电压24V，电池管理单元BMU控制向级连节裂继电器的级连线圈或节裂线圈发出30mS高脉冲闭合或断开级连节裂继电器触点。
本实用新型的第三个实施例，子电池组电压35V，电池管理单元BMU控制向级连节裂继电器的级连线圈或节裂线圈发出50mS高脉冲闭合或断开级连节裂继电器触点。
Claims (7)
1.一种动力电池组的安全保护装置，动力电池组是由若干子电池组串连而成，其特征在于：包括电池管理单元BMU、级连节裂继电器；子电池组电压小于36V；子电池组串联，子电池组间连接有级连节裂继电器；电池管理单元BMU与级连节裂继电器电连接；电池组正常工作动力输出时，电池管理单元BMU控制闭合节裂继电器触点；当任何意外或停车以后，电池管理单元BMU控制断开级连节裂继电器触点；整个动力电池变成若干个小于36V电压的互不相关子电池组。
2.根据权利要求1所述的安全保护装置，其特征在于：级连节裂继电器为磁保持型继电器，每个级连节裂继电器具有一个独立的级连线圈和一个独立的节裂线圈，电池组正常工作动力输出时，电池管理单元BMU控制级连线圈吸合级连节裂继电器触点；当任何意外或停车以后，电池管理单元BMU控制节裂线圈断开级连节裂继电器触点。
3.根据权利要求1所述的安全保护装置，其特征在于：还包括级连节裂控制器，级连节裂控制器内部包括电容C1；电池管理单元BMU与级连节裂控制器、级连节裂继电器连接。
4.根据权利要求1所述的安全保护装置，其特征在于：还包括高压主接触器, 高压主接触器与动力电池组串联连接，级连节裂控制器与高压主接触器控制线路连接，电池管理单元BMU通过级连节裂控制器驱动高压主接触器，仅当高压主接触器断开后才可以进行级连和节裂，该动作顺序由级连节裂控制器自动完成。
5.根据权利要求1或2或3所述的安全保护装置，其特征在于：级连节裂控制器中包括两个继电器KJA、KJB；两个继电器KJA、KJB进行互锁，级连节裂控制器的两个继电器KJA、KJB对级连节裂继电器的级连线圈和节裂线圈进行驱动互锁；在同一时刻只能有一组线圈驱动。
6.根据权利要求1或2或3所述的安全保护装置，其特征在于：电池管理单元BMU控制向级连节裂继电器的级连线圈或节裂线圈发出20mS~50mS高脉冲闭合或断开级连节裂继电器触点，触点动作后由磁保持其状态稳定，而不需要持续供电。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的安全保护装置，其特征在于：级连节裂控制器中包括常闭触点继电器KMB、电容C2，当主接触器KM触点闭合时，级连节裂控制器中的继电器KMB也同时被驱动，KMB的常闭触点断开，在此其间级连节裂动作无法执行，当主接触器KM的触点断开后，级连节裂控制器中的继电器KMB也断开，KMB断开时间晚于KM，电容C2所存储电能通过KMB的线圈放电。
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