CN115923586A - 一种电池***过电流保护方法及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池***过电流保护方法及车辆，属于车辆电池安全防护领域。由于目前车辆的电池***不能实现全电流阶段的过电流防护，本发明提供的电池***过电流保护方法，能够在与电池***连接的高压回路出现异常电流时，通过实时检测该高压回路中的电流，在整车处于充电状态时，比较实时充电电流和预设的充电电流标准，若该充电电流满足充电故障分断条件，则执行分断指令，断开连接电池***和充电机的充电高压回路；在整车处于行车状态时，比较电池***的实时放电电流和预设的放电电流标准，若该放电电流满足行车故障分断条件，则执行分断指令，断开连接电池***与负载的放电高压回路，确保电池***的安全。

Description

一种电池***过电流保护方法及车辆

技术领域

本发明涉及一种电池***过电流保护方法及车辆，属于车辆电池安全防护领域。

背景技术

随着新能源技术的不断发展，电池***的安全性问题已成为行业内关注的焦点，电池***的安全保护不仅依靠单体电池安全性能的提升，更注重电池***的安全性能提升，不仅有主动保护，也有被动保护。依靠接触器的主动保护方式和依靠熔断器的被动保护方式不能实现电池***的全范围保护，尤其是商用车基于标准平台产品的考虑。如图1所示，现有新能源车辆的电池***普遍采用多支路并联方式实现，使得电池***的保护更加复杂，存在一定的保护盲区，无法实现电池***有效防护。

传统熔断器的短路保护已不能满足电池***的保护需求，存在的主要问题是如果匹配的热熔熔断器规格过大，在电池***发生短路时不能快速对电池进行有效保护，导致电池包发生热失控，进而引发火灾或***；如果匹配的热熔熔断器规格过小，在车辆行驶过程中短时电流冲击和持续充放电过程经常超过熔断器耐受冲击能力，长期使用可靠性存在风险；并且热熔熔断器在额定电压条件下出现5倍额定电流以下的过载电流时不能安全分断。

目前行业内电池***大部分采用接触器和熔断器配合保护的方式实现，在大电流短路情况下，依靠热熔熔断器保护，在小电流情况下依靠异常信号检测，通过外部控制接触器断开异常回路，这种保护方式存在以下问题：一是接触器和熔断器的保护范围有限，熔断器需要满足车辆正常使用过程中的短时电流冲击和持续充放电过程中的温升需求，一般可实现的短路保护电流大于3000A；而接触器采用磁吹灭弧的方式，因体积和温度影响，分断电流一般小于2000A，因此对于电池***保护而言存在保护盲区；二是在车辆出现碰撞等异常状态下，接触器的低压供电有可能失效，这种情况下，接触器失去控制，无法及时切断2000A以下异常电流的故障回路，存在安全失效风险；三是目前电池***配备的电流检测传感器主要以估算电池***电量为主，无法对1000A以上的异常电流进行有效检测；四是现有车辆无法实现在车辆发生碰撞后，快速断开高压回路，从而对整车和电池***起到有效的保护。

综上，现有车辆的电池***在发生过电流故障时，无法对连接电池***的高压回路实现安全、有效分断。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池***过电流保护方法及车辆，用于解决在电池***发生过电流故障时难以有效保护电池***的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种电池***过电流保护方法，包括如下步骤：

1)获取车辆状态，所述车辆状态包括行车状态；

2)当车辆处于行车状态时，控制模块通过电流检测模块获取通过高压回路的放电电流；所述电流检测模块串联在电池***与高压回路之间；

3)当放电电流大于第一设定值时，获取车辆的实时车速，若实时车速小于设定车速，则发送分断指令给执行模块；若实时车速大于设定车速，则向驾驶员发送用于降低车速的报警指令或控制车辆降低车速；

所述执行模块包括导电板，所述导电板串联在电池***与高压回路之间；所述控制模块控制连接执行模块，当执行模块收到分断指令时，断开所述导电板。

获取车辆在行车状态下电池***的放电电流，若放电电流大于预设的电流标准，则检测车辆的实时车速，若车速小于预设的参考车速，则断开电池***对高压回路的供电；由于车速较大时，断开电池***对高压回路的供电，容易引起车辆的次生事故，因此若实时车速大于设定车速，则向驾驶员发送用于降低车速的报警指令或控制车辆降低车速。

进一步地，在上述方法中，步骤3)中，当放电电流大于第一设定值时，获取车辆的实时车速；

当实时车速小于设定车速时，若该放电电流持续的时间大于第一设定值对应的耐受时间，则发送分断指令给执行模块；若该放电电流持续的时间小于第一设定值对应的耐受时间，继续等待，直到该放电电流持续的时间大于第一设定值对应的耐受时间，才发送分断指令给执行模块；

所述第一设定值对应的耐受时间通过预先获得的放电电流与耐受时间的对应关系获得。

进一步地，在上述方法中，步骤3)中，在发送报警指令后经过设定时间，再次检测车速，若实时车速小于设定车速，则再次检测通过高压回路的放电电流，若放电电流大于第一设定值，则发送分断指令给执行模块。

在发送报警指令经过一段设定的时间之后，再次检测车速，实时车速小于设定车速，说明车辆满足分断条件，可以执行分断，此时再次检测通过高压回路的放电电流，若放电电流大于第一设定值，则发送分断指令给执行模块，断开电池***对高压回路的供电，若放电电流小于第一设定值，则认为故障已排除，不需要执行分断。

进一步地，在上述方法中，还定期调整第一设定值；在调整时获取电池***的实时温度，若实时温度大于预设温度，则增大第一设定值。

电池***的耐受能力与电池***的内阻有关，而电池***的内阻与温度相关，当温度增加时，电池***内阻降低，电流增加，电池***的产热增加，导致电池***的耐受能力变差，因此根据温度对第一设定值进行调整，当温度大于预设的温度值时，将第一设定值增大，提高比较的标准，降低安全隐患。

进一步地，在上述方法中，调整第一设定值的方法为：根据预先测得电池***的内阻随温度变化的关系，获取对应实时温度的实时内阻；还获取电池***的标称内阻，将实时内阻与标称内阻的比值作为修定系数；将原第一设定值与修定系数的比值作为新的第一设定值。

根据出厂时预先测得的电池***的内阻随温度变化的关系，获取电池***在当前温度下的内阻，与电池***在出厂时的标称内阻进行比较，通过定量计算的方法得到修定系数，根据修定系数调整第一设定值，提高调整的可靠性；将实时内阻与标称内阻的比值作为修定系数，计算简便，减少控制模块的功耗。

进一步地，在上述方法中，根据预先测得的电池***在不同耐受电流的耐受时间，获取对应新的第一设定值的耐受时间作为新的设定时间。

在不同的耐受电流下，电池***能够坚持不同的耐受时间，当第一设定值调整后，对设定的时间也进行调整，提高对电池***保护的可靠性。

进一步地，在上述方法中，所述车辆状态还包括充电状态，当车辆处于充电状态时，控制模块通过电流检测模块获取通过高压回路的充电电流，若在当前充电电流下，持续时间大于当前充电电流对应的耐受时间，则发送分断指令给执行模块；当前充电电流对应的耐受时间通过预先获得的充电电流与耐受时间的对应关系获得。

还对电池***在充电时的充电电流检测，若在当前充电电流下，持续时间大于当前充电电流对应的耐受时间表明电池***在充电时的输入电流过大，超过了电池***的耐受能力，容易引起电池***故障，则发送分断指令给执行模块，断开高压回路对电池***的充电电流。

进一步地，在上述方法中，还包括供电电源，所述供电电源连接电流检测模块、控制模块、执行模块。

采用独立的供电电源为电流检测模块、控制模块、执行模块供电，确保低压供电失效情况下，电池***出现异常故障时能够及时断开失效回路。

本发明还提供了一种车辆，采用上述的电池***过电流保护方法。

附图说明

图1为现有技术中多并联方式电池***的电气原理图；

图2为本发明实施例中配置激励熔断保护装置的电池***的结构示意图；

图3为本发明实施例中电池***过电流保护方法的流程图；

图4为本发明实施例中车辆的电池***在出厂时的耐受电流-耐受时间示意图；

图5为本发明实施例中电池***的内阻-温度衰减特性曲线示意图；

图6为本发明实施例中电池***在不同SOC下的耐受电流随温度变化的示意图。

图中：1为激励熔断保护装置；2为电流检测模块；3为执行模块；4为控制模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

方法实施例：

本实施例的电池***过电流保护方法，能够在与电池***连接的高压回路出现异常电流时，通过实时检测该高压回路中的电流和电池***中电池包的温度，在整车处于充电状态时，比较实时充电电流和预设的充电电流标准，若该充电电流满足充电故障分断条件，则执行分断指令，断开连接电池***和充电机的充电高压回路；在整车处于行车状态时，比较电池***的实时放电电流和预设的放电电流标准，若该放电电流满足行车故障分断条件，则执行分断指令，断开连接电池***与负载的放电高压回路，确保电池***的安全。

本实施例中，采用如图2所示的激励熔断保护装置1，对电池***进行过电流保护。该装置包括电流检测模块2、执行模块3和控制模块4。电流检测模块2和执行模块3设置在充放电回路上，与电池***串联，控制模块4连接电流检测模块2，来实时检测充放电回路的充放电电流，还连接执行模块3，用于在满足充电故障分断条件或行车故障分断条件时，断开充放电回路。

本实施例中，执行模块3为用于分断充放电高压电路的开关器件，例如，采用公告号为CN212257338U中所述的一种集成灭弧熔体的激励熔断器，当控制模块4向执行模块3发送分断指令时，该激励熔断器的点火***装置激活，推动活塞作用于导电板，使导电板断开，从而实现故障电流的分断。作为其他实施方式，执行模块3也可以是一种利用较大的输入电流进行主动熔断的保险丝，通过对该保险丝的两端施加驱动电压，使其熔断。

本实施例中，控制模块4为单独设置的控制器，并与独立设置的供电电源连接，该供电电源还与电流检测模块2和执行模块3电连接，可以保证在整车低压供电失效的情况下，仍然能够执行分断指令，使执行模块3正常工作。作为其他实施方式，控制模块4也可以是整车控制器或者BMS。控制模块4可以定期对执行模块3进行检测，以减少在需要主动分断电路时无法及时分断的风险。

本实施例中，控制模块4还获取电池***的温度，可以是通过设置在电池***中的温度传感器(图中未示出)进行采集，温度传感器可以是热敏电阻温度传感器，具体的，可以将热敏电阻温度传感器连接使各单体电池串并联的连接线上，以通过检测热敏电阻温度传感器的电阻值来获取电池***的温度。电池***的温度也可以是从电池管理***BMS处进行获取，此时为电池***中电池包的实时温度。作为其他实施方式，也可以通过检测充放电回路中各电器件的温度，进行数学统计分析后得出电池***的温度，电器件如电池、连接器、连接母排、接触器、熔断器等。

此外，控制模块4还与碰撞检测单元(图中未示出)连接，当车辆发生碰撞时，一旦碰撞故障达到碰撞传感器的临界触发值，控制模块4会发出分断指令，驱动执行模块3动作，从而切断整车的高压回路，防止因整车碰撞导致高压线路绝缘失效或液体管路破裂进而造成的高压短路，避免引起不可预期的安全事故。碰撞检测单元可以是车辆气囊中的压力传感器，也可以是检测整车瞬时加速度的加速度计，也可以是用于检测车辆碰撞状态的电子胶条。

本实施例的电池***过电流保护方法，采用如图3所示的流程，包括如下步骤：

1)激励熔断保护装置上电自检，如果控制模块4检测到激励熔断器(即执行模块3)工作异常,则发送故障报警信息给电池管理***BMS,由BMS转发给整车控制器，整车控制器再通过无线传输的方式将故障报警信息传送给后台监控网络，用于故障的推送和排查；如果检测到激励熔断器工作正常，则发送工作正常指令给BMS和整车控制器，BMS和整车控制器接收到激励熔断保护装置的工作正常指令时，向控制模块4发送整车状态，整车状态包括充电状态和行车状态。

2)自检完成后，进入实时电流和温度检测流程，控制模块4采集电池***的温度和通过高压回路的电流，同时将检测到的电流和温度数据通过BMS、整车控制器以无线传输的方式传送给后台监控网络，以实现对车辆的实时监控。

3)控制模块4获取到整车状态后，根据检测到的电流和温度进行故障诊断。如果控制模块4接收到的整车状态为充电状态，则按照充电状态下的故障分断条件进行故障判断，并进行相应控制；如果控制模块4接收到的整车状态为行车状态，则按照行车状态下的故障分断条件判断故障是否发生，并进行相应控制。

充电状态的故障分断条件根据与电池***连接的充电回路的充电耐受能力进行设置，设置充电耐受能力时需要考虑充电回路中电池包、连接母排、充电接触器、充电插座、充电插头、充电机以及熔断器等部件的特性。本实施例中，充电状态的故障分断条件采用电池***的充电耐受电流与实时检测的充电电流进行比较。作为其他实施方式，也可采用充电回路的耐受电压，或者耐受温度等作为比较的标准。

行车状态的故障分断条件根据连接电池***和负载的放电回路的放电耐受能力进行设置，设置放电耐受能力时需要考虑放电回路中电池包、连接母排、放电接触器、连接器以及熔断器等部件的特性。本实施例中，行车状态的故障分断条件采用电池***的放电耐受电流与实时检测的放电电流进行比较。作为其他实施方式，也可采用放电回路的耐受电压，或者耐受温度等作为比较的标准。

当整车状态为充电状态时，控制模块4将实时检测到的充电电流与预设置的充电耐受电流标准进行比较，若充电电流大于充电耐受电流，表明充电电流超过了充电回路中某个电器件的承受能力，会对充电回路造成损伤，引起过载故障，造成短路或断路的风险，甚至引起火灾或者***，此时认为充电状态的故障分断条件满足，控制模块4发送分断指令给激励熔断器，由激励熔断器来执行分断操作，断开高压充电回路。同时，控制模块4通过BMS向整车控制器发送过载故障报警信息，由整车控制器通过报警装置进行故障报警，提醒充电操作人员及时进行维护处理；此外，还将过载故障报警指令以无线传输的方式传送给后台监控网络，用于故障信息的统计分析。

若充电电流小于充电耐受电流，则认为充电状态的故障分断条件不满足，控制模块4继续循环检测充电电流，进行下一轮判断。本实施例中，控制模块4按照一定的时间间隔采集充电回路中的充电电流，减少控制模块的功耗，延长检测时间。作为其他实施方式，也可以不间断的采集充电电流，来减少电池***过电流保护失效的风险。

当整车状态为行车状态，控制模块4将检测到的放电电流与预设置的放电耐受电流标准进行比较，若放电电流小于放电耐受电流，表明放电电流小于放电回路中各电器件的最大承受能力，不会造成过载故障，此时，认为行车状态的故障分断条件不满足，控制模块4继续循环检测放电电流。

若放电电流大于等于放电耐受电流，表明放电电流超过了放电回路中某个电器件的承受能力，会对放电回路造成损伤，引起过载故障，造成短路或断路的风险，甚至引起火灾或者***，此时认为行车状态的故障分断条件满足，但若在此时直接进行分断，在高车速、高负荷运行的情况下，会导致配置高压转向的车辆出现转向失灵、电机逆变器炸机等次生事故，从而导致车辆不受控或直接发生烧蚀，造成更大的危险。因此，在行车状态下的故障分断条件满足时，控制模块向整车发送故障信息进行报警，提醒驾驶员降低车速。

在行车状态下的故障分断条件满足时，若车辆中配置有低压转向或高低压双转向，或者电机逆变器具备防炸机功能，则可以在此时直接分断高压放电回路。

本实施例中，在行车状态下的故障分断条件满足时，控制模块4通过BMS从整车控制器处获取车辆的实时车速做出进一步判断，来确保人员及车辆的安全。如果实时车速V小于等于参考车速Vref，表明车速较小或者驾驶员已经控制车辆进行减速，在此时再次检测放电电流与放电耐受电流进行比较，如果此时放电电流大于等于放电耐受电流，且该放电电流持续的时间达到放电耐受电流对应的耐受时间标准，，表明故障仍然存在，则由控制模块4发送分断执行指令给激励熔断器，由激励熔断器执行分断操作，断开高压放电回路；若此次检测到的放电电流小于放电耐受电流，或者该放电电流持续的时间未达到放电耐受电流对应的耐受时间标准，表明故障为误报或已通过其他方式解决，不需要断开高压放电回路。

若实时车速V大于参考车速Vref，为防止电池***未在限定的时间内断开高压放电回路，导致电池***持续过电流造成电池失效、保护器件损坏或线路烧蚀等故障，间隔设定时间后再次检测放电电流，若此时放电电流仍然大于放电耐受电流，表明该放电电流在放电回路中持续的时间较长，会对电池***及车辆造成极大损伤，则由控制模块4发送分断指令给激励熔断器，由激励熔断器执行分断操作，断开高压放电回路；如果检测到放电电流的持续时间小于设定的时间标准，表明该故障为误报或者故障已排除，因此继续等待，直到检测到放电电流的超过放电耐受电流的持续时间达到耐受时间标准，则进行报警并执行分断控制。

本实施例中，电池***在充电状态下的充电耐受电流和行车状态下的放电耐受电流根据图4所示的耐受电流-耐受时间特性曲线进行设置。由于电池***的内阻会因为其老化而有所增加，因此电池***的耐受电流随着时间推移逐渐减小，图中所示的***失效曲线表明电池***的充放电电流不能超过该曲线上对应的电流，若超过则电池***会损坏；***安全曲线表明若电池***的充放电流处于该曲线对应的耐受电流标准附近时，对电池***进行过电流保护，则电池***不会发生损坏。根据***安全曲线制定电池***在充电状态下的充电耐受电流标准和在放电状态下的放电耐受电流标准，分别对应图中的充电保护曲线和行车保护曲线。

4)控制模块4通过碰撞检测单元检测车辆是否发生碰撞，若车辆发生碰撞，则直接分断激励熔断器的执行模块，断开高压放电回路，同时记录故障信息。

由于电池***在充电或放电时的温度较高，导致其内阻减小，本实施例中，为提高充电耐受电流和放电耐受电流的准确性，还根据电池***的温度和内阻，采用内阻-温度衰减模型，对其进行改进。

具体的，如图5所示，随着电池***温度的改变，其内阻也发生改变，一般低温时内阻大，高温时内阻小，在电池***端电压不变的情况下，电池***的断路电流和耐受电流能力均会发生改变。因此，根据电池在不同温度下电池内阻的变化规律，确定电池内阻-温度衰减模型，然后结合电池***的电压，根据欧姆定律预判电池***的耐受电流值，进而通过BMS向控制模块下发新的耐受电流标准，以使得对电池***的过电流保护更加精准。

图5中，横坐标为电池***的温度，纵坐标为电池内阻R与电池标称内阻R0的比值，电池标称内阻为电池***在25℃下，SOC为0％时的内阻。将电池内阻R与电池标称内阻R0的比值作为修定系数，对图4中的耐受电流-耐受时间曲线进行修定时，耐受电流应当发生如图6所示的变化。

例如，在T℃时，电池***的内阻为R1，是电池***标称内阻R0的k倍(k＝R1/R0),在电池***端电压不变的情况下，电池***的耐受能力减弱，如图6所示，其耐受电流变化为原来的1/k，则电池***的充电耐受电流和放电耐受电流相应的变化为原来的1/k。控制模块根据修定系数k确定新的电池耐受能力标准，能够实现对电池***的充分利用和有效保护。

随着车辆电池***的使用时间增加，电池***会逐渐老化，电池***充电的最大容量对降低，也会导致电池***的耐受能力减弱，因此根据电池全寿命周期内内阻的变化规律，结合不同温度下电池内阻的变化规律确定的电池内阻-温度衰减模型，根据欧姆定律预判电池***的耐受电流值。

车辆实施例：

本发明的车辆采用方法实施例中所述的电路结构和过电流保护方法对电池***进行保护，包括如下步骤:

1)激励保护装置自检，若发生故障则报警，无故障则进行步骤2)；

2)获取车辆状态并实时检测充放电回路的电流；

3)在车辆处于充电状态时，若检测到充电电流大于预设的充电耐受电流标准，则分断充电回路；在车辆处于行车状态时，若检测到放电电流大于预设的放电耐受电流标准，则进行故障报警，提醒驾驶员降低车速，当检测到车速小于预设的参考车速时，再次检测放电电流，并与预设的放电耐受电流进行比较，若该放电电流小于放电耐受电流标准，则表明故障不存在；若该放电电流大于放电耐受电流标准，且该放电电流持续的时间达到放电耐受电流对应的耐受时间标准，则分断放电回路；若该放电电流持续的时间未达到放电耐受电流对应的耐受时间，则继续等待，直到该放电电流持续的时间达到第一设定值对应的耐受时间，才发送分断指令给执行模块；当检测到车速大于预设的参考车速，对放电电流大于放电耐受电流的时间进行判断，若超过设定时间，则分断放电回路，若小于设定时间，则继续检测并进行判断。

4)获取车辆的碰撞信息，在车辆发生碰撞时，分断高压回路，保证电池***安全。

5)根据电池***的温度对耐受电流标准进行修正。

关于该方法的实现在方法实施例中已经介绍的清楚明白，此处不再赘述。

Claims (9)

1.一种电池***过电流保护方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)获取车辆状态，所述车辆状态包括行车状态；

2)当车辆处于行车状态时，控制模块通过电流检测模块获取通过高压回路的放电电流；所述电流检测模块串联在电池***与高压回路之间；

3)当放电电流大于第一设定值时，获取车辆的实时车速，若实时车速小于设定车速，则发送分断指令给执行模块；若实时车速大于设定车速，则向驾驶员发送用于降低车速的报警指令或控制车辆降低车速；

所述执行模块包括导电板，所述导电板串联在电池***与高压回路之间；所述控制模块控制连接执行模块，当执行模块收到分断指令时，断开所述导电板。

2.根据权利要求1所述的电池***过电流保护方法，其特征在于，步骤3)中，当放电电流大于第一设定值时，获取车辆的实时车速；

当实时车速小于设定车速时，若该放电电流持续的时间大于第一设定值对应的耐受时间，则发送分断指令给执行模块；若该放电电流持续的时间小于第一设定值对应的耐受时间，继续等待，直到该放电电流持续的时间大于第一设定值对应的耐受时间，才发送分断指令给执行模块；

所述第一设定值对应的耐受时间通过预先获得的放电电流与耐受时间的对应关系获得。

3.根据权利要求1所述的电池***过电流保护方法，其特征在于，步骤3)中，在发送报警指令后经过设定时间，再次检测车速，若实时车速小于设定车速，则再次检测通过高压回路的放电电流，若放电电流大于第一设定值，则发送分断指令给执行模块。

4.根据权利要求2或3所述的电池***过电流保护方法，其特征在于，还定期调整第一设定值；在调整时获取电池***的实时温度，若实时温度大于预设温度，则增大第一设定值。

5.根据权利要求4所述的电池***过电流保护方法，其特征在于，调整第一设定值的方法为：根据预先测得电池***的内阻随温度变化的关系，获取对应实时温度的实时内阻；还获取电池***的标称内阻，将实时内阻与标称内阻的比值作为修定系数；将原第一设定值与修定系数的比值作为新的第一设定值。

6.根据权利要求3所述的电池***过电流保护方法，其特征在于，根据预先测得的电池***在不同耐受电流的耐受时间，获取对应新的第一设定值的耐受时间作为新的设定时间。

7.根据权利要求1所述的电池***过电流保护方法，其特征在于，所述车辆状态还包括充电状态，当车辆处于充电状态时，控制模块通过电流检测模块获取通过高压回路的充电电流，若在当前充电电流下，持续时间大于当前充电电流对应的耐受时间，则发送分断指令给执行模块；当前充电电流对应的耐受时间通过预先获得的充电电流与耐受时间的对应关系获得。

8.根据权利要求1所述的电池***过电流保护方法，其特征在于，还包括供电电源，所述供电电源连接电流检测模块、控制模块、执行模块。

9.一种车辆，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的电池***过电流保护方法。

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