电动车电池组单元结构的安全系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种电动车电池组单元结构的安全系统及其控制方法，所述安全系统包括电池系统、驱动电路、继电器、传感器、控制器和车辆状态估计器。所述电池系统包括电池箱层、电池包层和电池模块层。本发明专利技术在充/放电过程中，通过接通或截止电池单元，保证电池单元之间的一致性；在停车过程中，通过变换电池系统的连接方式，降低电池系统的电压，避免潜在的高压危险；在运行过程中，当出现电池漏液、绝缘受损及局部短路的情况，可断开电池单体之间的连接，避免高压危险，在碰撞过程中，根据碰撞程度，可选择性地截止某些电池单元，避免高压危险。

Safety system for battery unit structure of electric vehicle and control method thereof

The invention provides a security system for electric vehicle battery unit structure and its control method, the safety system comprises a battery system, drive circuit, relay, sensor, controller and vehicle state estimator. The battery system comprises a battery case layer, a battery pack layer and a battery module layer. The present invention in the charge / discharge process, by turning on or off the battery unit, ensure the consistency between cell units; in the parking process, through the connection mode transform cell system, reduce the voltage of the battery system, avoid Danger! High Voltage potential; in the process of operation, when the battery leakage, insulation damage and partial the case of a short circuit, can disconnect between the single battery, avoid Danger! High Voltage, in the collision process, according to the degree of collision, selectively by some cells, avoid Danger! High Voltage.

【技术实现步骤摘要】
电动车电池组单元结构的安全系统及其控制方法
本专利技术属于电动汽车驱动控制系统领域，具体地说，涉及一种以电动汽车电池组单元之间通断来提高电池组安全性、实用性的安全系统及其控制方法。
技术介绍
随着新能源技术的推广应用，道路公共交通系统的纯电动汽车数量迅速增加。在示范运营过程中，暴露出来的问题也同样值得注意。首先，不一致性的问题，目前电动汽车动力电池一般由多节称为大容量单体电池串联而成。由于加工制造过程中材质不均和使用过程中电池温度、寿命等存在差异，各个单体电池之间必然存在内阻、端电压、容量等参数的不一致性，从而降低电池组的使用水平，严重影响电动汽车的性能，危及电动汽车的安全。因此研究一种有效的均衡充电方法，弥补电池在使用过程中电池性能的不一致性，最大限度地发挥动力电池的效用，延长电池的使用寿命，增加电动汽车的安全性，是十分必要的。大型动力电池系统在实际应用中均由多节电池单体串联而成，以保证具备足够的输出电压，由于生产工艺的制约，各单体电池之间不可避免地存在不一致性，同时，在使用中这种不一致性将会逐渐拉大，由此出现恶性循环，严重影响动力电池性能和寿命。在碰撞事故中由于高压电池包的绝缘失效或内部短路造成的车体自燃，将会严重危害乘客和驾驶员的人身安全。特别地，在碰撞事故中，当电池内箱体受到破坏，使得电池单体应力过大造成单体电池内部短路、电解液泄漏。因此，研究电动汽车高压动力电池系统碰撞安全控制对电动汽车的安全性提高和广泛推广具有重要意义。在应用过程中，电池组出现了电池漏液、绝缘受损以及局部短路的情况，在经过多次反复使用以后，出现安全隐患，比如自燃。因此，当检测到电池组异常，通过改变电池组之间电池单元的连接方式，可降低电压等级，避免潜在的风险。在停车过程中，虽然电池系统不工作，整车附件设备由低压电源供电，但是也存在潜在的安全风险。若此时，改变电池组的连接方式，降低电压等级，可有效避免潜在的安全风险。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足之处，本专利技术目的是提供一种电动车电池组单元结构的安全系统和控制方法，从而能够根据电动汽车行驶的工况以及车辆状况，在保持车辆性能需求的情况下，通过控制电池模块的通断，来保障电能的输出和电池包的安全。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种电动车电池组单元结构的安全系统，所述安全系统包括电池系统、驱动电路、继电器、传感器、控制器和车辆状态估计器。所述电池系统包括由若干电池包串联组成的电池箱层、由若干电池模块组成的电池包层、由若干电池单元组成的电池模块层和电池单元层。继电器用于控制电池包、电池模块和电池单元的导通与断开。传感器用于感应车辆的各种运转工况。控制器根据车辆的运行情况、传感器和电池系统反馈的信息，控制继电器的通断，调节电池模块和电池单元的导通与断开，电池组输出电压的大小。作为对本专利技术的所述安全系统的进一步说明，优选地，每个电池包的正极串联第一个继电器，在电池包和电池包串联的继电器上并联第二个继电器，每个电池包可接通和断开。作为对本专利技术的所述安全系统的进一步说明，优选地，每个电池模块以极性相同并排摆放，紧接电池模块的负极连接第一个继电器，再经过第二个继电器和相邻电池模块负极的第一个继电器相连，与相邻电池模块的正极也经第三个继电器相连；在相邻的两个电池模块的负极的第二个继电器、正极之间跨接第四个继电器。更优选地，所述电池模块之间可并联和串联，每个电池模块可导通和截止。作为对本专利技术的所述安全系统的进一步说明，优选地，每个电池单元以极性相同并排摆放，紧接电池单元的负极连接第一个继电器；再经过第二个继电器和相邻电池模块负极的第一个继电器相连，相邻电池单元的正极也经第三个继电器相连；在相邻的两个电池单元的负极的第二个继电器、正极之间跨接第四个继电器。更优选地，所述电池单元之间可并联和串联，每个电池单元可导通和截止。作为对本专利技术的所述安全系统的进一步说明，优选地，所述传感器包括车速传感器、加速度传感器、汽车高度传感器、侧倾角传感器、横摆角传感器、转角传感器、电动机检测传感器、电池电压传感器、电池电流传感器、电池绝缘传感器、烟雾传感器。另外，本专利技术的再一个目的是提供一种所述安全系统的控制方法，所述控制方法包括如下步骤：a)车辆传感器感应车辆的运转工况，并转化成电信号输给车辆状态估计器；b)车辆状态估计器获得车辆传感器发送的信息，得到车辆的状态信号，并将所述状态信号传递至控制器；以及c)控制器接收车辆状态估计器发送的状态信号和电池系统反馈的信息，控制驱动电路对电池系统中的继电器的导通、断开控制。其中，c-1)当电池组处于放电过程中，电池系统接受到来自控制器的放电指令信息，根据当前的能量需求，闭合继电器，给所有电池放电；当检测到K个放电电池已经达到放电电压阀值Vo1，Vo1，根据电池单体的电池电压的变化范围和放电特性来确定，断开K个电池的继电器(3)以停止充电，剩余电池依旧放电，直到所有电池都达到放电电压阀值Vo1；然后给所有电池进行进行下一阶段的放电；c-2)当电池组处于充电状态时，根据反馈的电池模块或电池单元的电压情况，闭合继电器，给所有电池充电，当检测到有K个电池已经达到充电电压阀值Vi1，Vi1根据电池单体的电池电压的变化范围和充电特性来确定，断开K个电池的继电器以停止充电，剩余电池依旧充电，直到所有电池都达到充电电压阀值Vi1；然后给所有电池进行进行下一阶段的充电；c-3)当车辆处于运行状态，先进行车辆运行状态检测；如果检测到车辆碰撞，则进入碰撞控制状态；电池系统根据控制器的提供的信息，进行阶梯放电；当电池组的电压达到运行设定的阀值时，车辆进入跛行状态，电池组按照自身放电能力阶梯放电；c-4)当车辆处于停车状态，先进行车辆运行状态检测；如果检测到车辆碰撞，则进入碰撞控制状态；如果没有检测到车辆碰撞，电池系统处于充电状态，则进行阶梯充电；如果既没检测到车辆碰撞又没检测到车辆不碰撞，根据车辆低压供电需求，进行阶梯放电；以及c-5)在车辆处于碰撞状态下，根据传感器和电池系统反馈的信息，依据高压绝缘故障、烟雾传感器的信息来判断电池组的故障程度；当电池受损程度较轻，仅个别电池单体受损但没有导致电池组绝缘故障或者电池着火严重故障，仅将该受损电池切除，剩余电池仍提供电能保持车辆正常运行或处于跛行状态；当电池受损程度较重，导致电池组绝缘故障或者电池着火等严重故障时，切断整车高压并将所有电池单体的连接线路断开，防止高压危险。优选地，磷酸铁锂的Vi1可以规定为Vi1≤3.2V，三元电池的规定可以规定为Vi1≤3.7V。磷酸铁锂的可以规定为Vo1≥3.2V，三元电池可以规定为Vo1≥3.7V。作为对本专利技术的所述控制方法的进一步说明，优选地，传感器包括车速传感器、加速度传感器、汽车高度传感器、侧倾角传感器、横摆角传感器、转角传感器、电动机检测传感器、电池电压传感器、电池电流传感器、电池绝缘传感器、烟雾传感器。由此可见，在本专利技术提供的安全系统中，所述控制器，在充电、运行、停车和碰撞条件下接受所述传感器的信号；所述控制器控制所述继电器以控制电池组的电池单元的导通与断开，一方面控制电池单元之间的一致性，另一方面降低电压等级，提高安全性。另外，所述控制器根据车辆的运行情况、传感器和电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动车电池组单元结构的安全系统，其特征在于，所述安全系统包括电池系统(1)、驱动电路(2)、继电器(3)、传感器(4)、控制器(5)和车辆状态估计器(6)；其中，电池系统(1)包括由若干电池包(B1)串联组成的电池箱层(11)、由若干电池模块(C1)组成的电池包层(12)、由若干电池单元(D1)组成的电池模块层(13)；继电器(3)用于控制电池包(B1)、电池模块(C1)和电池单元(D1)的导通与断开；传感器(4)用于监测车辆在各种运转工况的信息；控制器(5)根据车辆的运行情况、传感器(4)和电池系统(1)反馈的信息，控制继电器(3)的通断，调节电池包(B1)、电池模块(C1)和电池单元(D1)的导通与断开，电池组输出电压的大小。

【技术特征摘要】
1.一种电动车电池组单元结构的安全系统，其特征在于，所述安全系统包括电池系统(1)、驱动电路(2)、继电器(3)、传感器(4)、控制器(5)和车辆状态估计器(6)；其中，电池系统(1)包括由若干电池包(B1)串联组成的电池箱层(11)、由若干电池模块(C1)组成的电池包层(12)、由若干电池单元(D1)组成的电池模块层(13)；继电器(3)用于控制电池包(B1)、电池模块(C1)和电池单元(D1)的导通与断开；传感器(4)用于监测车辆在各种运转工况的信息；控制器(5)根据车辆的运行情况、传感器(4)和电池系统(1)反馈的信息，控制继电器(3)的通断，调节电池包(B1)、电池模块(C1)和电池单元(D1)的导通与断开，电池组输出电压的大小。2.如权利要求1所述的安全系统，其特征在于，每个电池包(B1)的正极串联第一个继电器(3)，在电池包(B1)和电池包(B1)串联的继电器(3)上并联第二个继电器(3)，每个电池包(B1)可接通和断开。3.如权利要求1所述的安全系统，其特征在于，每个电池模块(C1)以极性相同并排摆放，紧接电池模块(C1)的负极连接第一个继电器(3)，再经过第二个继电器(3)和相邻电池模块负极的第一个继电器(3)相连，与相邻电池模块(C1)的正极经第三个继电器(3)相连；在相邻的两个电池模块(C1)负极的第二个继电器(3)、正极之间跨接第四个继电器(3)。4.如权利要求3所述的安全系统，其特征在于，电池模块(C1)之间可并联和串联，每个电池模块(C1)可导通和截止。5.如权利要求1所述的安全系统，其特征在于，每个电池单元(D1)以极性相同并排摆放，紧接电池单元(D1)的负极连接第一个继电器(3)；再经过第二个继电器(3)和相邻电池单元负极的第一个继电器(3)相连，与相邻电池单元(D1)的正极经第三个继电器(3)相连；在相邻的两个电池单元(D1)负极的第二个继电器(3)、正极之间跨接第四个继电器(3)。6.如权利要求5所述的安全系统，其特征在于，电池单元(D1)之间可并联和串联，每个电池单元(D1)可导通和截止。7.如权利要求1所述的安全系统，其特征在于，传感器(4)包括车速传感器、加速度传感器、汽车高度传感器、侧倾角传感器、横摆角传感器、转角传感器、电机检测传感器、电池电压传感器、电池电流传感器、电池绝缘传感器、烟雾传感器。8.一种如权利要求1～8任一所述的安全系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：a)车辆传感器(4)感应车辆的运转工况，并将相应信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：王震坡，王亚超，刘鹏，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11