CN113071319B - 一种新能源汽车动力电池高压切换控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及动力电池技术领域，具体涉及一种新能源汽车动力电池高压切换控制方法。接收到整车上电指令后，依次判断电池组电芯电压累加和V0是否等于内侧电压V1、是否满足0≤(V0‑V1)≤Vprecision&&0≤V3≤Vprecision、是否不存在高等级故障，若均为是，则驱动附件继电器闭合、驱动预充继电器闭合；判断是否满足0≤V1‑V3≤Vprecision，若是，则驱动主负继电器闭合；预充完成后，驱动主正继电器闭合，驱动预充继电器断开；判断是否满足|V1‑V3|≤Vprecision，且持续达到设定周期，若是，则向整车发送高压连接信号。基于各个继电器，提供了一种具有合理时序的高压上电流程，防止不合理的时序控制引起的继电器粘连，预充失败，预充***，预充短路，高压元器件损坏，整车失去控制威胁安全等危险。

Description

一种新能源汽车动力电池高压切换控制方法

技术领域

本发明涉及动力电池技术领域，具体涉及一种新能源汽车动力电池高压切换控制方法。

背景技术

新能源汽车(NEV-new energy vehicle)动力电池是整车的动力源泉，对动力电池能量精准控制及安全保护对整车安全有着重要意义。新能源汽车行驶过程中由于复杂的工况及各种不确定性，如何对其能量切换精准控制，保证整车在正常及各种异常状态下上、下高压，控制高压***的切断，保护动力电池的高压器件等(动力电池电芯-防止过充过放，继电器-防止大电流下切换出现继电器粘连等危害)具有重要的研究价值。

精准、安全、稳定的动力切换既能保护电芯(防止过充过放起火)，也能延迟电芯寿命，保护整车安全(防止整车失控)，异常状态下精准切换动力，安全稳定断开高压是整车高压安全的重难点，也是行车过程中防止出现安全事故的重要保证之一。

现有上高压流程中，各个继电器的控制时序不合理，存在一定的安全风险。且尚未对预充状态进行检测和控制，可能会出现高压负载如电机因为突然的高压而损坏的现象。同时，也未对异常状态下切断高压***回路的时序进行控制，整车安全性低。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种新能源汽车动力电池高压切换控制方法，能实现新能源汽车动力电池的高压***精准切换控制，解决高压上电过程中出现的各种预充异常状态，提高了整车安全性。

本发明一种新能源汽车动力电池高压切换控制方法，其技术方案为：包括

接收到整车上电指令后，依次判断电池组电芯电压累加和V0是否等于内侧电压V1、是否满足0≤(V0-V1)≤Vprecision&&0≤V3≤Vprecision、是否不存在高等级故障，若均为是，则驱动附件继电器闭合、驱动预充继电器闭合；

判断是否满足0≤V1-V3≤Vprecision ，若是，则驱动主负继电器闭合；

预充完成后，驱动主正继电器闭合，驱动预充继电器断开；

判断是否满足|V1-V3|≤Vprecision，且持续达到设定周期，若是，则向整车发送高压连接信号；

其中，Vprecision 为电压精度，V3为外侧高压，具体是指电池包继电器外侧的采样高压。

较为优选的，高压连接完成后，若接收到整车发送的下高压指令，则判断是否满足|I_pack|≤i_阈值，若是，则按照顺序断开继电器，其中，I_pack为预充电流， i_阈值为继电器断开的安全电流。

较为优选的，接收到整车上电指令后

若电池组电芯电压累加和V0不等于内侧电压V1，则判断为保险断开，退出上高压流程；

若存在高等级故障，则判断为电池***存在高安全风险，退出上高压流程。

较为优选的，接收到整车上电指令后，若不满足

0≤(V0-V1)≤Vprecision&&0≤V3≤Vprecision，则判定为主正继电器或预充继电器粘连，退出上高压流程。

较为优选的，在接收到整车发送的下高压指令后，若存在异常情况，则根据故障等级分别处理不同工况下的继电器操作，并在判断为异常断电后，将电芯充放电功率限值为0，发送下高压请求，在电流小于设定的阈值达到 T秒后，断开高压。

较为优选的，在驱动主负继电器闭合前，若充电模块接收到上电指令，则驱动快充继电器闭合。

较为优选的，在驱动主负继电器闭合后，还包括

判断是否满足

若否，则判断为预充短路，退出上高压流程；

其中，R为预充电阻，count为同时满足以上条件的次数。

较为优选的，在驱动主负继电器闭合后，还包括

判断预充时间T_预充是否大于预充需要的最大时长T_max，若否，则判断为预充超时，退出上高压流程。

较为优选的，所述预充是否完成的判断包括

判断是否满足

若是，则判断为预充完成；

其中，I_pack为预充电流，Vprecision_2为电池包完成预充后内外侧高压差的安全阈值。

较为优选的，驱动预充继电器断开后，若不满足|V1-V3|≤Vprecision或满足 |V1-V3|≤Vprecision但持续时长未达到设定周期，则判断为主正继电器开路。

本发明的有益效果为：

1、基于各个继电器，提供了一种具有合理时序的高压上电流程，防止不合理的时序控制引起的继电器粘连，预充失败，预充***，预充短路，高压元器件损坏，整车失去控制威胁安全等危险。

2、接收到整车上电指令后，判断电池组电芯电压累加和V0是否等于内侧电压V1、是否满足0≤(V0-V1)≤Vprecision&&0≤V3≤Vprecision、是否不存在高等级故障，以在附件继电器闭合、预充继电器闭合前排除预充过程中可能出现的保险断开、主正继电器或预充继电器粘连、电池***存在高安全风险状况，保证安全上高压，防止压负载如电机因为突然的高压而损坏的现象。

3、在上电过程中，还对预充继电器无法闭合或主负继电器粘连、预充超时、预充短路、预充失败、主正继电器开路状况进行检测，避免了预充***问题。

4、提供了正常下电控制方法，及异常情况下，异常下电控制方法。异常下电时，根据故障等级阶梯性控制整车功率，控制负载，按条件切换高压，保护下点过程中整车高压元器件安全。

附图说明

图1为高压***电路连接原理示意图；

图2为本发明流程示意图；

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

图1为一种高压***电路，该***主要包括主正继电器、主负继电器、快充继电器、预充继电器，新能源汽车动力电池高压切换控制方法通过在上电、下电过程中对以上继电器及相关参数进行检测，提供了一种合理的时序控制方法。

图2示出了本申请较佳实施例(图1示出了本申请第一实施例)提供的新能源汽车动力电池高压切换控制方法流程示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

S1：收到整车上电指令

S2：判断1:V0＝＝V1，V0为电池组电芯电压累加和，V1为内侧电压(具体是指电池包继电器内侧的采样高压)，如果不等，则检测为保险断开，退出上高压流程；

S3：判断2:0≤(V0-V1)≤Vprecision&&0≤V3≤Vprecision，Vprecision为电压精度 (电压采用ADC采用，存在一定采样精度，根据量程范围而不同，400V 内的高压采样精度一般在10V以内)，如果不满足，则检测为主正或预充继电器粘连，退出上高压流程(此时需要上报故障给整车，电池存在高压风险，需要专业维修)；

S4：由BMS判断是否有高等级故障，判断3：FaultHighLevel＝＝0，如果不满足，则检测到电池***存在高安全风险，则退出上高压流程；

高等级故障如过压，欠压，过流，通讯丢失，碰撞，热失控等可能直接威胁人身安全的故障判定为高等级故障；低等级故障，如SOC过低，温差过大，压差过大，SOC跳变等暂未直接威胁人身安全的故障判定为低等级故障。

S5：由BMS主控单元发出指令，驱动附件继电器闭合；

S6：由BMS主控单元发出指令，驱动预充继电器闭合；

S7：判断4：0≤V1-V3≤Vprecision，如果不满足，则判断预充继电器无法闭合或主负继电器粘连，退出上高压流程；

S8：判断5：是否收到充电模块上电指令，如果是，闭合快充继电器，如果否，不闭合快充继电器；

S9：由BMS(BMS-battery management system，电池管理***)主控单元发出指令，驱动主负继电器闭合；

S10：判断6：如下条件是否满足，如果满足，则检测为预充短路，R为预充电阻，count第一个条件且第二个条件同时发生时计数，总计超过3次就检测为预充短路，退出上高压流程；

S11：判断7：预充时间T_预充≤T_max，Tmax为预充需要的最长时间，由预充电阻和电机负载电容确定。如果不满足该条件，则判断为预充超时，退出上高压流程；

S12：判断8：如下条件所示，如果内外侧电压达到阈值，且预充电流为正，则判断预充完成，否则判断预充失败；

S13：由BMS主控单元发出指令，驱动主正继电器闭合；

S14：由BMS主控单元发出指令，驱动预充继电器断开；

S15：判断9：|V1-V3|≤Vprecision且持续2个周期，如果不满足条件，则检测为主正继电器开路故障，退出上高压流程；

S16：以上判断完成后，向整车发送高压连接CAN信号；

S17：正常情况下，收到判断10：整车发送下高压指令后，检测判断11： |I_pack|≤i_阈值，如果满足条件，BMS主控单元发出指令，按照顺序断开继电器；其中，I_pack为预充电流，i_阈值为继电器断开的安全电流(由继电器的寿命曲线来确定)。

S18：异常情况下，采用异常下电处理流程，具体可根据故障等级分别处理不同工况下断继电器操作，保证继电器安全断开的同时，保证整车的安全。判断异常断电条件后(较为严重的断电故障，整车紧急下电指令等)，将电芯充放电功率限制到0，发送下高压请求，判断电流≤阈值T秒后，断开高压。

这样，在异常下电过程中，控制电芯充放电功率，发送下电请求，保证继电器非带载切换，避免整车失控。

同时，由于继电器相对BMS而言，本身零部件成本较高，加之动力电池搭载于整车后，若更换继电器及其他高压元器件，需整包卸载拆开更坏继电器，需要较长的人工成本、时间成本、且维修有一定的安全性，采用本方案后，能节省大量的电池包的维护成本，提升整车安全，防止意外断电等风险。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述***中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器 (RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新能源汽车动力电池高压切换控制方法，其特征在于：包括

接收到整车上电指令后，依次判断电池组电芯电压累加和V0是否等于内侧电压V1、是否满足0≤(V0-V1)≤Vprecision&&0≤V3≤Vprecision、是否不存在高等级故障，若均为是，则驱动附件继电器闭合、驱动预充继电器闭合；

判断是否满足0≤V1-V3≤Vprecision，若是，则驱动主负继电器闭合；

预充完成后，驱动主正继电器闭合，驱动预充继电器断开；

判断是否满足|V1-V3|≤Vprecision，且持续达到设定周期，若是，则向整车发送高压连接信号；

其中，Vprecision为电压精度，V3为外侧高压。

2.根据权利要求1所述的新能源汽车动力电池高压切换控制方法，其特征在于：高压连接完成后，若接收到整车发送的下高压指令，则判断是否满足|I_pack|≤i_阈值，若是，则按照顺序断开继电器，其中，I_pack为预充电流，i_阈值为继电器断开的安全电流。

3.根据权利要求1所述的新能源汽车动力电池高压切换控制方法，其特征在于：接收到整车上电指令后

若电池组电芯电压累加和V0不等于内侧电压V1，则判断为保险断开，退出上高压流程；

若存在高等级故障，则判断为电池***存在高安全风险，退出上高压流程。

4.根据权利要求1所述的新能源汽车动力电池高压切换控制方法，其特征在于：接收到整车上电指令后，若不满足

0≤(V0-V1)≤Vprecision&&0≤V3≤Vprecision，则判定为主正继电器或预充继电器粘连，退出上高压流程。

5.根据权利要求1所述的新能源汽车动力电池高压切换控制方法，其特征在于：在接收到整车发送的下高压指令后，若存在异常情况，则根据故障等级分别处理不同工况下的继电器操作，并在判断为异常断电后，将电芯充放电功率限值为0，发送下高压请求，在电流小于设定的阈值达到T秒后，断开高压。

6.根据权利要求1所述的新能源汽车动力电池高压切换控制方法，其特征在于：在驱动主负继电器闭合前，若充电模块接收到上电指令，则驱动快充继电器闭合。

7.根据权利要求1所述的新能源汽车动力电池高压切换控制方法，其特征在于：在驱动主负继电器闭合后，还包括

判断是否满足

若否，则判断为预充短路，退出上高压流程；

其中，I_pack为预充电流，R为预充电阻，count为同时满足以上条件的次数。

8.根据权利要求1所述的新能源汽车动力电池高压切换控制方法，其特征在于：在驱动主负继电器闭合后，还包括

判断预充时间T_预充是否大于预充需要的最大时长T_max，若否，则判断为预充超时，退出上高压流程。

9.根据权利要求1所述的新能源汽车动力电池高压切换控制方法，其特征在于：所述预充是否完成的判断包括

判断是否满足

若是，则判断为预充完成；

其中，I_pack为预充电流，Vprecision_2为电池包完成预充后内外侧高压差的安全阈值。

10.根据权利要求1所述的新能源汽车动力电池高压切换控制方法，其特征在于：驱动预充继电器断开后，若不满足|V1-V3|≤Vprecision或满足|V1-V3|≤Vprecision但持续时长未达到设定周期，则判断为主正继电器开路。

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