CN214689116U - 一种动力电池高压系统及电动汽车 - Google Patents

一种动力电池高压系统及电动汽车 Download PDF

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姚伟浩
谢应芳
唐湘波
王廷超
邢大龙
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Abstract

本实用新型公开了一种动力电池高压系统及电动汽车，高压系统包括：串联在高压系统中的动力电池、主正继电器、快充继电器、用于连接充电桩的快充接插件和主负继电器；还包括高压接插件、连接在所述高压接插件两端的高压负载以及与所述主正继电器并联的预充回路，所述高压负载包括加热器；所述高压接插件的正极连接在所述主正继电器与所述快充继电器之间，所述高压接插件的负极与所述快充接插件的负极相连。本实用新型将快充继电器与主正继电器从并联方式变更为串联方式，形成新的高压电气系统拓扑方案，并在快充回路中首次引入了预充功能，确保快充回路在充电之前不会出现瞬时大电流的情况，避免了快充继电器闭合时由于短时大电流导致粘连的问题。

Description

一种动力电池高压系统及电动汽车
技术领域
本实用新型属于电动汽车技术领域，具体涉及一种动力电池高压系统及电动汽车。
背景技术
动力电池包对外高压功能模块主要有：高压动力输出/回馈、快/慢充充电、加热/冷却等功能，不同功能之间需要使用不同高压回路及配备相应的继电器开关。
图1所示高压系统有三个对外输出接口，包括高压主回路、快充回路及慢充回路。高压主回路用于对外输出，为车辆行驶提供动力，为车辆外围高压附件(高压加热器、空调、DC/DC)提供高压电；快充回路与外部直流充电机相连，为动力电池快速充电；慢充回路与车载充电机相连，为动力电池进行慢充充电。闭合主正与主负继电器即可实现高压主回路导通(预充继电器用于动力电池预充功能)，闭合主负与慢充继电器即可实现慢充回路导通，闭合快充与主负继电器即可实现快充回路导通，通过不同继电器吸合/断开控制，实现高压动力流分配。本系统采用了较多的继电器以及对外输出接口，高压系统及控制相对较复杂，成本较高。
图2为一种改进型高压系统，其取消了慢充继电器及其相应的高压连接，慢充回路与高压主回路共用，其余连接方式与图1高压系统方案一致，快充继电器仍然与主正继电器并联，该方案虽然降低了成本，但是存在如下问题：市场上充电桩质量参差不齐，有可能出现充电桩高圧回路短路或者带高压状态的问题。该方案快充回路无预充回路，在闭合主负和快充继电器后和桩直接相连，桩短路的瞬时大电流大概率会导致电池包内部继电器粘连，产生高压安全问题，同时也增加了售后维护成本。
实用新型内容
本实用新型实施例所要解决的技术问题在于，现有的动力电池高压系统结构相对复杂或者快充时可能导致电池包内部继电器粘连的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种动力电池高压系统，包括：串联在高压系统中的动力电池、主正继电器、快充继电器、用于连接充电桩的快充接插件和主负继电器；
还包括高压接插件、连接在所述高压接插件两端的高压负载以及与所述主正继电器并联的预充回路，所述高压负载包括加热器；
所述高压接插件的正极连接在所述主正继电器与所述快充继电器之间，所述高压接插件的负极与所述快充接插件的负极相连。
进一步地，所述的动力电池高压系统，快充预充工况下，所述主负继电器闭合、所述预充回路闭合、所述快充继电器闭合，以及所述主正继电器断开。
进一步地，所述的动力电池高压系统，慢充预充工况下，所述主负继电器闭合、所述预充回路闭合、所述主正继电器断开，以及所述快充继电器断开。
进一步地，在动力电池单体的最低温度小于预设的温度阈值时，所述主正继电器断开、所述预充回路断开、所述快充继电器闭合，所述加热器由充电桩供电并用于为动力电池加热。
进一步地，所述预充回路包括串联的预充继电器和预充电阻。
一种基于上述的动力电池高压系统的控制方法，包括快充工况充电控制，控制方法具体包括：
步骤S1，接收快充指令，闭合所述主负继电器以及所述快充继电器，向充电桩请求充电；
步骤S2，检测所述快充接插件的第一电压，比较所述第一电压与预设的第一电压阈值的大小关系，所述第一电压阈值大于动力电池电压；
步骤S3，当在预设的时间阈值内，所述第一电压大于预设的第一电压阈值，闭合所述预充回路，对动力电池进行快充预充。
进一步地，所述步骤S3之后还包括：步骤S4，当在预设的时间阈值内，所述第一电压小于等于预设的第一电压阈值，停止充电。
进一步地，所述步骤S3之后还包括：
步骤S5，快充预充完成后，闭合所述主正继电器，断开所述预充回路，同时获取动力电池单体的最低温度；
步骤S6，比较所述最低温度与预设的温度阈值的大小关系；
步骤S7，当所述最低温度小于预设的温度阈值时，断开所述主正继电器，维持所述快充继电器和所述主负继电器闭合，开启所述加热器给动力电池加热，所述加热器由充电桩供电。
进一步地，所述的控制方法，还包括慢充工况充电控制，控制方法具体包括：
步骤S8，接收上电指令，闭合所述主负继电器和所述预充回路，对高压负载进行预充电；
步骤S9，检测所述高压接插件的第二电压，比较所述第二电压与预设的第二电压阈值的大小关系，所述第二电压阈值小于动力电池电压；
步骤S10，当所述第二电压大于预设的第二电压阈值小于动力电池电压，闭合所述主正继电器，断开所述预充回路，高压上电完成。
进一步地，所述的控制方法还包括：
步骤S11，接收下电指令，检测高压回路中电流值；
步骤S12，当高压回路中电流值小于预设的电流阈值，断开所述主正继电器和主负继电器，下电完成。
一种电动汽车，包括动力电池高压系统，所述动力电池高压系统包括：串联在高压系统中的动力电池、主正继电器、快充继电器、用于连接充电桩的快充接插件和主负继电器；
还包括高压接插件、连接在所述高压接插件两端的高压负载以及与所述主正继电器并联的预充回路，所述高压负载包括加热器；
所述高压接插件的正极连接在所述主正继电器与所述快充继电器之间，所述高压接插件的负极与所述快充接插件的负极相连。
进一步地，快充预充工况下，所述主负继电器闭合、所述预充回路闭合、所述快充继电器闭合，以及所述主正继电器断开。
进一步地，在动力电池单体的最低温度小于预设的温度阈值时，所述主正继电器断开、所述预充回路断开、所述快充继电器闭合，所述加热器由充电桩供电并用于为动力电池加热。
实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：减少了继电器数以及接口，并将快充继电器与主正继电器从并联方式变更为串联方式，形成新的高压电气系统拓扑方案，并在快充回路中首次引入了预充功能，确保快充回路在充电之前不会出现瞬时大电流的情况，避免了快充继电器闭合时由于短时大电流导致粘连的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为现有的一种动力电池高压系统电路原理图。
图2为现有的另一种动力电池高压系统电路原理图。
图3为本实用新型实施例一一种动力电池高压系统的电路原理图。
图4为本实用新型实施例二一种动力电池高压系统的控制方法流程图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本实用新型可以用以实施的特定实施例。
请参照图3所示，本实用新型实施例一提供一种动力电池高压系统，包括串联在高压系统中的动力电池、主正继电器、快充继电器、快充接插件(FC+/FC-)和主负继电器，还包括高压接插件(P+/P-)、高压负载和预充回路。
预充回路与主正继电器并联，具体地，预充回路包括串联的预充继电器和预充电阻；快充接插件用于连接充电桩，快充接插件的正极连接快充继电器，负极连接主负继电器；高压接插件用于连接高压负载，高压负载包括但不限于加热器、DCDC转换器、DCU、PTC等等。高压接插件的正极连接在主正继电器与快充继电器之间，具体可以在主正继电器与快充继电器之间连出铜排，与高压接插件的正极相连，高压接插件的负极与快充接插件的负极相连。
本实用新型实施例的动力电池高压系统，具体包括以下工况：
(1)快充预充及快充工况。此工况下，主负继电器闭合、预充回路闭合、快充继电器闭合，以及主正继电器断开。预充完成后，进入快充工况，主正继电器闭合，预充回路断开进入快充。本实用新型实施例在快充回路中首次引入了预充功能，确保快充回路在充电之前不会出现瞬时大电流的情况，避免了快充继电器闭合时由于短时大电流导致粘连的问题。
(2)慢充预充及慢充工况。此工况下，主负继电器闭合、预充回路闭合、主正继电器断开，以及快充继电器断开。对高压负载预充完成后，进入慢充工况，主正继电器闭合，预充回路断开，给高压负载正常上电。本实用新型实施例避免了瞬间大电流对高压负载的冲击。
(3)加热工况。在动力电池单体的最低温度小于预设的温度阈值时，此时动力电池充电能力差，需要进行加热回温。此工况下，主正继电器断开、预充回路断开、快充继电器闭合，充电桩的电压直接加载到高压负载上，加热器由充电桩供电，并给动力电池加热。本实用新型实施例通过主正继电器与快充继电器串联的高压架构，在电池低温时将动力电池断开隔离，启动加热功能，采用外部充电桩给加热器供电，回温以后再进行充电，避免了电池低温无充电能力时电流反充，提高了电池安全性和使用寿命。
基于本实用新型实施例一提供的动力电池高压系统，如图4所示，本实用新型实施例二还提供一种动力电池高压系统的控制方法，包括快充工况充电控制，控制方法包括步骤S1-S3：
步骤S1，接收快充指令，闭合所述主负继电器以及所述快充继电器，向充电桩请求充电。
具体地，充电枪插入快充接插件后，电池BMS收到整车控制器快充请求指令，BMS闭合主负继电器，同时BMS向充电桩请求与电池电压相当的电压。
步骤S2，检测所述快充接插件的第一电压，比较所述第一电压与预设的第一电压阈值的大小关系，所述第一电压阈值大于动力电池电压。
步骤S3，当在预设的时间阈值内，所述第一电压大于预设的第一电压阈值，闭合所述预充回路，对动力电池进行快充预充。
具体地，接收快充指令闭合主负继电器以及快充继电器后，BMS持续监测快充接插件两端(FC+/FC-)的第一电压UFC，并与电池电压UB进行对比较，随着时间的增加，UFC会逐渐升高至一稳定值，当在预设的时间阈值内，UFC超过UB一定的值时，则认为充电桩无电路异常，可以进行充电。具体可以设置一个大于动力电池电压的第一电压阈值U1，例如，U1＝UB+15V，然后将UFC与U1进行比较。
当UFC＞U1时，判定充电桩正常，闭合预充继电器，进行快充预充。
当UFC≤U1时，此时充电桩可能出现短路或断路，快充接插件两端的电压无法提升，判定充电桩异常，则停止充电。
本实用新型实施例在快充回路中首次引入了预充功能，确保快充回路在充电之前不会出现瞬时大电流的情况，避免了快充继电器闭合时由于短时大电流导致粘连的问题。
本实用新型实施例可进一步包括低温加热工况，具体包括：
步骤S5，快充预充完成后，闭合所述主正继电器，断开所述预充回路，同时获取动力电池单体的最低温度；
步骤S6，比较所述最低温度与预设的温度阈值的大小关系；
步骤S7，当所述最低温度小于预设的温度阈值时，断开所述主正继电器，维持所述快充继电器和所述主负继电器闭合，开启所述加热器给动力电池加热，所述加热器由充电桩供电。
具体地，快充预充完成后，闭合主正继电器，断开预充回路，同时获取动力电池单体的最低温度，以判断动力电池是否具有充电能力。预先设置动力电池可以正常充电的温度临界值，即温度阈值T，当动力电池的最低温度低于T，表明动力电池无充电能力，需要停止充电，具体可以通过系统将请求电压设置为低于动力电池的充电需求电压，以及将请求电流设置为低于动力电池的充电需求电流。然后断开主正继电器，维持快充继电器和主负继电器闭合，将动力电池与充电桩隔离，此时加热器由充电桩供电，启动加热功能给动力电池加热。锂离子动力电池包低温充电性能差，图2方案电池快充回路给电池充电的同时，高压主回路同时给高压加热部件供电，加热电池，当出现充电桩电流波动或者高压加热部件电流需求波动时，电池作为储能装置，将被动吸收超幅电流，由于此时电池仍处于低温状态，过大电流可能导致电芯出现析锂的情况，存在安全风险，本实施例解决了在低温充电时波动电流回充电池的问题，提升了整包设计的安全性和可靠性。
本实用新型实施例还可进一步包括行驶或慢充工况充电，具体包括：
步骤S8，接收上电指令，闭合所述主负继电器和所述预充回路，对高压负载进行预充电；
步骤S9，检测所述高压接插件的第二电压，比较所述第二电压与预设的第二电压阈值的大小关系，所述第二电压阈值小于动力电池电压；
步骤S10，当所述第二电压大于预设的第二电压阈值小于动力电池电压，闭合所述主正继电器，断开所述预充回路，高压上电完成。
具体地，车辆有行驶需求时，驾驶员做出启动车辆动作，BMS收到整车控制器上电请求指令后，闭合主负继电器和预充回路，对高压负载进行预充电。高压接插件(P+/P-)的端电压(第二电压)逐渐上升，BMS持续监测高压接插件的第二电压UP，当第二电压UP上升至预设的第二电压阈值U2时，判定高压负载预充电完成，由于此工况下是由动力电池给高压负载提供电压，显然U2应小于UB。高压负载预充电完成后，闭合主正继电器，断开预充回路，高压上电完成，高压主回路导通，车辆可以正常行驶。
当驾驶员做出车辆下电动作后，BMS收到整车控制器下电指令，并检测高压回路中电流值，当电流值小于预设的电流阈值，BMS依次请求断开主正继电器和主负继电器，完成下电动作。
基于本实用新型实施例一提供的动力电池高压系统，本实用新型实施例三还提供一种电动汽车，包括上述的动力电池高压系统。有关本实施例电动汽车的工作原理和过程，参见前述本实用新型实施例一的说明，此处不再赘述。
通过上述说明可知，与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：(1)减少了继电器数以及接口，并将快充继电器与主正继电器从并联方式变更为串联方式，形成新的高压电气系统拓扑方案，并在快充回路中首次引入了预充功能，确保快充回路在充电之前不会出现瞬时大电流的情况，避免了快充继电器闭合时由于短时大电流导致粘连的问题。(2)通过主正继电器与快充继电器串联的高压架构，在电池低温时将动力电池断开隔离，启动加热功能，采用外部充电桩给加热器供电，回温以后再进行充电，避免了电池低温无充电能力时电流反充，提高了电池安全性和使用寿命。
以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种动力电池高压系统，其特征在于，包括：串联在高压系统中的动力电池、主正继电器、快充继电器、用于连接充电桩的快充接插件和主负继电器；
还包括高压接插件、连接在所述高压接插件两端的高压负载以及与所述主正继电器并联的预充回路，所述高压负载包括加热器；
所述高压接插件的正极连接在所述主正继电器与所述快充继电器之间，所述高压接插件的负极与所述快充接插件的负极相连。
2.根据权利要求1所述的动力电池高压系统，其特征在于，快充预充工况下，所述主负继电器闭合、所述预充回路闭合、所述快充继电器闭合，以及所述主正继电器断开。
3.根据权利要求2所述的动力电池高压系统，其特征在于，快充工况下，所述主负继电器闭合、所述主正继电器闭合、所述快充继电器闭合，以及所述预充回路断开。
4.根据权利要求1所述的动力电池高压系统，其特征在于，慢充预充工况下，所述主负继电器闭合、所述预充回路闭合、所述主正继电器断开，以及所述快充继电器断开。
5.根据权利要求4所述的动力电池高压系统，其特征在于，慢充充电工况下，所述主负继电器闭合、所述主正继电器闭合，以及所述预充回路断开。
6.根据权利要求1所述的动力电池高压系统，其特征在于，在动力电池单体的最低温度小于预设的温度阈值时，所述主正继电器断开、所述预充回路断开、所述快充继电器闭合，所述加热器由充电桩供电并用于为动力电池加热。
7.根据权利要求1所述的动力电池高压系统，其特征在于，所述预充回路包括串联的预充继电器和预充电阻。
8.一种电动汽车，其特征在于，包括动力电池高压系统，所述动力电池高压系统包括：串联在高压系统中的动力电池、主正继电器、快充继电器、用于连接充电桩的快充接插件和主负继电器；
还包括高压接插件、连接在所述高压接插件两端的高压负载以及与所述主正继电器并联的预充回路，所述高压负载包括加热器；
所述高压接插件的正极连接在所述主正继电器与所述快充继电器之间，所述高压接插件的负极与所述快充接插件的负极相连。
9.根据权利要求8所述的电动汽车，其特征在于，快充预充工况下，所述主负继电器闭合、所述预充回路闭合、所述快充继电器闭合，以及所述主正继电器断开。
10.根据权利要求8所述的电动汽车，其特征在于，在动力电池单体的最低温度小于预设的温度阈值时，所述主正继电器断开、所述预充回路断开、所述快充继电器闭合，所述加热器由充电桩供电并用于为动力电池加热。
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