專利名稱：一種汽車動力電池系統(tǒng)的安全冗余裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于汽車動力電池系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種汽車動力電池系統(tǒng)的安全冗余裝置。
背景技術(shù)：
隨著新能源車型的研制開發(fā)，對于純電動汽車和混合動力車型的碰撞安全，在考慮延伸傳統(tǒng)汽車安全要求的基礎(chǔ)上，高壓安全成為各種純電動車型和混合動力車型關(guān)注的問題。新能源車型的動力儲能系統(tǒng)根據(jù)不同的車型及系統(tǒng)配置會有所區(qū)別，但是如果駕乘人員在無意圖的情況下接觸到這些裝置受到一定的傷害，甚至有人身安全受到威脅的潛在風(fēng)險(xiǎn)。特別是在整車發(fā)生碰撞事故的情況下，如何可靠及時(shí)的切斷高壓電保證車內(nèi)駕乘人員的生命安全是研發(fā)人員必須要解決的問題。本實(shí)用新型所涉及到的現(xiàn)有技術(shù)的一些電子器件說明如下安全氣囊ECU為安全氣囊電子控制單元，是車輛電子控制系統(tǒng)中的核心元器件，用于接受各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)并且發(fā)出指令實(shí)現(xiàn)各種功能，當(dāng)車輛發(fā)生碰撞時(shí)，安全氣囊ECU檢測碰撞加速度信號，控制安全氣囊起爆時(shí)間的電子控制單元。BMS為動力儲能裝置管理系統(tǒng)，BMS是具有實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動均衡、智能充放電的電子部件，系統(tǒng)具有單體電池和電池組的電壓、電流、溫度、絕緣等數(shù)據(jù)采集功能，并對階段性數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；具有對單體電池和電池組工作過程中產(chǎn)生的過壓、欠壓、過流、溫度過高等異常狀態(tài)進(jìn)行有效保護(hù)的功能；具有對電池充放電進(jìn)行電壓或容量均衡管理功能；具有電池荷電狀態(tài)(SOC)和電池健康狀況(SOH)預(yù)測、診斷功能；具有符合不同應(yīng)用場合的專業(yè)總線通訊方式和接口協(xié)議(CAN/IEC61850)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊、電氣控制(充、放電控制)和狀態(tài)管理(熱管理、安全管理)等功能。HCU為整車控制器，是整個(gè)汽車的核心控制部件，它采集加速踏板信號、制動踏板信號及其他部件信號，并做出相應(yīng)判斷后，控制下層的各部件控制器動作，驅(qū)動汽車正常行駛，作為汽車的指揮管理中心，對汽車的正常行駛，再生能量回收，網(wǎng)絡(luò)管理，故障診斷與處理，車輛的狀態(tài)與監(jiān)視等功能起著關(guān)鍵的作用。整車控制器對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行能量管理及各部件的協(xié)調(diào)控制。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對現(xiàn)有的技術(shù)存在上述問題，提出了一種汽車動力電池系統(tǒng)的安全冗余裝置，該裝置通過多重保護(hù)電路確保在汽車發(fā)生碰撞時(shí)，及時(shí)切斷高壓系統(tǒng)和整車系統(tǒng)的連接。本實(shí)用新型通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種汽車動力電池系統(tǒng)的安全冗余裝置，包括安全氣囊ECU、BMS和連接整車高壓電器的蓄電池，其特征在于，所述的安全氣囊ECU連接有碰撞傳感器，所述的BMS連接有用于切斷蓄電池給整車高壓電器供電的高壓接觸器，所述的高壓接觸器的主觸點(diǎn)連接BMS，高壓接觸器的輔助觸點(diǎn)串聯(lián)于蓄電池和高壓電器之間，安全氣囊ECU與BMS之間連接有至少兩路信號處理模塊，所述的安全氣囊ECU用于接收碰撞傳感器檢測到的碰撞信號經(jīng)信號處理模塊處理后形成的相應(yīng)處理信號向BMS傳遞，所述的BMS用于在接收處理信號后發(fā)出控制信號切斷高壓接觸器的主觸點(diǎn)，高壓接觸器的輔助觸點(diǎn)斷開。當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時(shí),碰撞傳感器檢測到碰撞信號,發(fā)送給安全氣囊E⑶,安全氣囊E⑶發(fā)送碰撞信號經(jīng)過至少兩路信號處理模塊處理，再轉(zhuǎn)發(fā)給BMS，BMS根據(jù)接收的處理信號做出判斷，切斷與之連接的高壓接觸器的主觸點(diǎn)，同時(shí)主觸點(diǎn)斷電后帶動高壓接觸器的輔助觸點(diǎn)斷開，從而達(dá)到停止蓄電池給整車高壓電器供電的目的。使用多路信號處理單元能夠在一路發(fā)生故障時(shí)，另幾路可以保證BMS接收或檢測到處理信號，汽車在碰撞時(shí)能夠更可靠、及時(shí)的切斷高壓電路，避免駕乘人員在發(fā)生碰撞的情況下，由于未能及時(shí)斷電而造成傷害。在上述的汽車動力電池系統(tǒng)碰撞安全冗余裝置中，所述的信號處理模塊包括HCU， 所述的安全氣囊ECU、HCU和BMS分別依次通過CAN總線連接，所述的安全氣囊ECU的輸入口連接有碰撞傳感器，所述的BMS輸出口連接有高壓接觸器，所述的BMS用于接收流經(jīng)HCU通過CAN總線傳輸?shù)陌踩珰饽褽CU接收到的碰撞信息。當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時(shí)，碰撞傳感器檢測到碰撞信號，發(fā)送給安全氣囊E⑶，HCU通過CAN總線接收安全氣囊E⑶發(fā)送的處理信號，由HCU轉(zhuǎn)發(fā)給BMS，BMS根據(jù)接收的處理信號做出判斷，切斷與之連接的高壓接觸器。通過CAN線進(jìn)行通訊，使得碰撞信號的傳遞具有實(shí)時(shí)性和可靠性的特點(diǎn)。在上述的汽車動力電池系統(tǒng)碰撞安全冗余裝置中，所述的信號處理模塊包括電子開關(guān)，所述的安全氣囊ECU的輸出口通過導(dǎo)線連接電子開關(guān)，所述的BMS的輸入口通過導(dǎo)線還連接電子開關(guān)，所述的安全氣囊ECU還用于接收碰撞信息并發(fā)送電平信號通過導(dǎo)線傳輸給電子開關(guān)，所述的電子開關(guān)動作斷開作為BMS高壓互鎖輸入。當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時(shí),碰撞傳感器檢測到碰撞信號發(fā)送給安全氣囊E⑶,安全氣囊E⑶發(fā)出電平信號通過導(dǎo)線傳遞給電子開關(guān)，電子開關(guān)斷開作為BMS的高壓互鎖輸入，BMS根據(jù)檢測到高壓互鎖輸入信號異常，則發(fā)出控制信號切斷高壓接觸器。在上述的汽車動力電池系統(tǒng)碰撞安全冗余裝置中，所述的HCU包括CAN通信輸入、輸出處理單元，所述的HCU的CAN通信輸入處理單元通過CAN總線連接安全氣囊ECU，HCU的CAN通信輸出處理單元通過CAN總線連接BMS，所述的CAN通信輸入、輸出處理單元用于處理安全氣囊E⑶與BMS之間的通信。HCU具有強(qiáng)大的輸入和輸出處理功能，HCU作為新能源動力總線與傳統(tǒng)車車身總線的網(wǎng)關(guān)，對整車內(nèi)的各控制器起到協(xié)調(diào)通信的作用。在上述的汽車動力電池系統(tǒng)碰撞安全冗余裝置中，所述的BMS包括MCU控制模塊、電壓傳感器模塊、CAN收發(fā)模塊和繼電器輸出模塊,所述的電壓傳感器模塊、CAN收發(fā)模塊和繼電器輸出模塊分別連接MCU控制模塊。BMS既有專門用于接收CAN總線通訊信息的CAN收發(fā)模塊，又有接收電信號的電壓傳感器模塊，這里使得BMS的輸入端具有針對不同信號的直接接收能力。在上述的汽車動力電池系統(tǒng)碰撞安全冗余裝置中，所述的繼電器輸出模塊連接高壓接觸器，所述的電壓傳感器模塊連接電子開關(guān)。電子開關(guān)的關(guān)斷或閉合產(chǎn)生電路電壓變化通過電壓傳感器模塊能夠檢測并接收，同時(shí)BMS自帶繼電器輸出模塊用于對執(zhí)行輸出端在一定的控制下斷開或閉合。在上述的汽車動力電池系統(tǒng)碰撞安全冗余裝置中，所述的CAN收發(fā)模塊連接HCU的CAN通信輸出處理單元。特定的CAN總線輸入輸出加快了 CAN總線信號傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和高效性。在上述的汽車動力電池系統(tǒng)碰撞安全冗余裝置中，所述的電子開關(guān)為繼電器或IGBT?，F(xiàn)有技術(shù)相比，本汽車動力電池系統(tǒng)碰撞安全冗余裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)I、本實(shí)用新型通過該裝置通過多重保護(hù)電路的冗余設(shè)計(jì)確保在汽車發(fā)生碰撞時(shí)，及時(shí)切斷高壓系統(tǒng)和整車系統(tǒng)的連接。2、本實(shí)用新型通過CAN總線通過HCU的通訊和信號處理方式，保證了信號傳遞的實(shí)時(shí)性和可靠性，同時(shí)利用了原本的通訊線路，在傳統(tǒng)的控制電路上增加了軟件保護(hù)方式 進(jìn)行保護(hù)，對傳統(tǒng)的控制電路改進(jìn)小。3、本實(shí)用新型通過電子開關(guān)的關(guān)斷和閉合產(chǎn)生的電平信號傳遞碰撞傳感器檢測到的碰撞信號，本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，合理。

圖I是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中I、碰撞傳感器;2、安全氣囊ECU ;3、HCU ;4、BMS ;5、高壓接觸器；6、電子開關(guān)；
7、CAN總線；8、蓄電池；9、高壓電器。
具體實(shí)施方式
以下是本實(shí)用新型的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本實(shí)用新型并不限于這些實(shí)施例。如圖I所示，本汽車動力電池系統(tǒng)碰撞安全冗余裝置包括安全氣囊E⑶2、BMS 4和連接整車高壓電器的蓄電池8，安全氣囊E⑶2連接有碰撞傳感器I。BMS 4包括MCU控制模塊和分別連接MCU控制模塊的電壓傳感器模塊、CAN收發(fā)模塊和繼電器輸出模塊，BMS4連接有用于切斷蓄電池8給整車高壓電器9供電的高壓接觸器5，高壓接觸器5的主觸點(diǎn)連接BMS，高壓接觸器5的輔助觸點(diǎn)串聯(lián)于蓄電池8和高壓電器9之間，安全氣囊ECU 2與BMS 4之間連接有至少兩路信號處理模塊。安全氣囊E⑶2接收碰撞信息經(jīng)至少兩路信號處理模塊處理后向BMS 4傳遞，BMS 4在接收處理信號后發(fā)出控制信號執(zhí)行切斷高壓接觸器5。信號處理模塊包括HCU 3，安全氣囊E⑶2、HCU 3和BMS 4分別依次通過CAN總線7連接，安全氣囊E⑶2的輸入口連接有碰撞傳感器1，BMS 4輸出口連接有高壓接觸器5，安全氣囊E⑶2接收碰撞傳感器I檢測到的碰撞信號經(jīng)信號處理模塊處理后形成的相應(yīng)處理信號向BMS傳遞，所述的BMS在接收處理信號后發(fā)出控制信號切斷高壓接觸器5的主觸點(diǎn)，同時(shí)高壓接觸器5的輔助觸點(diǎn)斷開，從而切斷蓄電池給整車高壓電器供電。通過CAN總線7傳輸經(jīng)過HCU 3由BMS 4接收，BMS 4在接收處理信號后發(fā)出控制信號執(zhí)行切斷高壓接觸器5。HCU 3包括CAN通信輸入、輸出處理單元，HCU 3的CAN通信輸入處理單元通過CAN總線7連接安全氣囊ECU 2，HCU 3的CAN通信輸出處理單元通過CAN總線7連接BMS4，CAN通信輸入、輸出處理單元用于處理安全氣囊E⑶2與BMS 4之間的通信。CAN收發(fā)模塊連接HCU 3的CAN通信輸出處理單元。信號處理模塊還包括電子開關(guān)6，安全氣囊E⑶2的輸出口通過導(dǎo)線連接電子開關(guān)6，BMS 4的輸入口通過導(dǎo)線還連接電子開關(guān)6，安全氣囊E⑶2接收碰撞信息并發(fā)送電平信號通過導(dǎo)線傳輸給電子開關(guān)6，電子開關(guān)6動作斷開作為BMS 4高壓互鎖輸入，BMS 4在接收高壓互鎖電路斷開信號后發(fā)出控制信號執(zhí)行切斷高壓接觸器5。繼電器輸出模塊連接高壓接觸器5，所述的電壓傳感器模塊連接電子開關(guān)6。這里的電子開關(guān)6為繼電器，也可以選用IGBT。當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時(shí),碰撞傳感器I檢測到碰撞信號，一路軟保護(hù)電路為碰撞信號發(fā)送給安全氣囊E⑶2，HCU 3通過CAN總線7接收安全氣囊E⑶2發(fā)送的碰撞信號，HCU 3作為安全氣囊E⑶2與BMS 4的通信網(wǎng)關(guān)，碰撞信號經(jīng)HCU 3形成處理信號，由HCU 3轉(zhuǎn)發(fā)經(jīng)給BMS4處理信號，BMS 4根據(jù)接收的處理信號做出判斷碰撞信息，并切斷與之連接的高壓接觸器5。通過CAN線進(jìn)行通訊，使得處理信號的傳遞具有實(shí)時(shí)性和可靠性的特點(diǎn)。另一路硬保護(hù)電路為碰撞信號通過安全氣囊ECU 2發(fā)出電平信號通過導(dǎo)線傳遞給常閉的電子開關(guān)6,電子開關(guān)6選用繼電器或IGBT,電子開關(guān)6斷開輸出電路作為BMS 4的聞壓互鎖輸入，BMS 4根據(jù)檢測到高壓互鎖輸入信號異常，則發(fā)出控制信號切斷高壓接觸器5。以上實(shí)施例為兩重軟硬件保護(hù)電路確保在汽車發(fā)生碰撞時(shí)，及時(shí)切斷高壓系統(tǒng)和整車系統(tǒng)的連接。同時(shí)，該動力電池系統(tǒng)碰撞安全冗余裝可以在安全氣囊ECU 2與BMS 4之間并聯(lián)若干個(gè)上述的硬保護(hù)電路或軟保護(hù)電路。兩路軟硬保護(hù)電路結(jié)合的冗余設(shè)計(jì)是最優(yōu)模式。本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對本實(shí)用新型精神作舉例說明。本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本實(shí)用新型的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。盡管本文較多地使用了碰撞傳感器I、安全氣囊E⑶2、HCU 3、BMS 4、高壓接觸器
5、電子開關(guān)6、CAN總線7、蓄電池8、高壓電器9等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本實(shí)用新型的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本實(shí)用新型精神相違背的。權(quán)利要求1.一種汽車動力電池系統(tǒng)的安全冗余裝置，包括安全氣囊E⑶(2)、BMS (4)和連接整車高壓電器(9)的蓄電池(8)，其特征在于，所述的安全氣囊E⑶(2)連接有碰撞傳感器(I)，所述的BMS (4 )連接有用于切斷蓄電池(8 )給整車高壓電器(9 )供電的高壓接觸器(5 )，所述的高壓接觸器(5)的主觸點(diǎn)連接BMS (4)，高壓接觸器(5)的輔助觸點(diǎn)串聯(lián)于蓄電池(8)和高壓電器(9)之間，安全氣囊E⑶(2)與BMS (4)之間連接有至少兩路信號處理模塊，所述的安全氣囊E⑶(2)用于接收碰撞傳感器(I)檢測到的碰撞信號經(jīng)信號處理模塊處理后形成的相應(yīng)處理信號向BMS (4)傳遞，所述的BMS (4)用于在接收處理信號后發(fā)出控制信號切斷高壓接觸器(5)的主觸點(diǎn)，高壓接觸器(5)的輔助觸點(diǎn)斷開。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的汽車動力電池系統(tǒng)碰撞安全冗余裝置，其特征在于，所述的信號處理模塊包括HCU (3)，所述的安全氣囊E⑶(2)、HCU (3)和BMS (4)分別依次通過CAN總線(7)連接，所述的安全氣囊E⑶(2)的輸入口連接有碰撞傳感器(1)，所述的BMS(4)輸出口連接有高壓接觸器(5)，所述的BMS還用于接收流經(jīng)HCU通過CAN總線傳輸?shù)陌踩珰饽褽CU接收到的碰撞信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的汽車動力電池系統(tǒng)碰撞安全冗余裝置，其特征在于，所述的信號處理模塊包括電子開關(guān)(6)，所述的安全氣囊E⑶(2)的輸出口通過導(dǎo)線連接電子開關(guān)(6)，所述的BMS(4)的輸入口通過導(dǎo)線還連接電子開關(guān)(6)，所述的安全氣囊E⑶(2)用于接收碰撞信息并發(fā)送電平信號通過導(dǎo)線傳輸給電子開關(guān)(6)，所述的電子開關(guān)(6)動作斷開作為BMS (4)高壓互鎖輸入。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的汽車動力電池系統(tǒng)碰撞安全冗余裝置，其特征在于，HCU(3)包括CAN通信輸入、輸出處理單元，所述的HCU (3)的CAN通信輸入處理單元通過CAN總線(7)連接安全氣囊E⑶(2)，HCU(3)的CAN通信輸出處理單元通過CAN總線(7)連接BMS(4)，所述的CAN通信輸入、輸出處理單元用于處理安全氣囊E⑶(2)與BMS (4)之間的通f目。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3或4所述的汽車動力電池系統(tǒng)碰撞安全冗余裝置，其特征在于，所述的BMS (4)包括MCU控制模塊、電壓傳感器模塊、CAN收發(fā)模塊和繼電器輸出模塊，所述的電壓傳感器模塊、CAN收發(fā)模塊和繼電器輸出模塊分別連接MCU控制模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的汽車動力電池系統(tǒng)碰撞安全冗余裝置，其特征在于，所述的繼電器輸出模塊連接高壓接觸器(5 )，所述的電壓傳感器模塊連接電子開關(guān)(6 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的汽車動力電池系統(tǒng)碰撞安全冗余裝置，其特征在于，所述的CAN收發(fā)模塊連接HCU (3)的CAN通信輸出處理單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的汽車動力電池系統(tǒng)碰撞安全冗余裝置，其特征在于，所述的電子開關(guān)(6)為繼電器或IGBT。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種汽車動力電池系統(tǒng)的安全冗余裝置，屬于汽車動力電池系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。它解決純電動車的高壓系統(tǒng)安全問題。該裝置包括安全氣囊ECU、BMS和連接整車高壓電器的蓄電池，安全氣囊ECU連接有碰撞傳感器，BMS連接有用于切斷蓄電池給整車高壓電器供電的高壓接觸器，高壓接觸器的主觸點(diǎn)連接BMS，高壓接觸器的輔助觸點(diǎn)串聯(lián)于蓄電池和高壓電器之間，安全氣囊ECU與BMS之間連接有至少兩路信號處理模塊，安全氣囊ECU接收碰撞傳感器檢測到的碰撞信號經(jīng)信號處理模塊處理后形成的相應(yīng)處理信號向BMS傳遞，BMS在接收處理信號后發(fā)出控制信號切斷高壓接觸器的主觸點(diǎn)，高壓接觸器的輔助觸點(diǎn)斷開。該裝置通過多重保護(hù)電路能夠及時(shí)切斷高壓系統(tǒng)和整車系統(tǒng)的連接。
文檔編號B60L3/00GK202480896SQ20122001508
公開日2012年10月10日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者吳成明, 由毅, 趙福全, 金啟前, 閆濤 申請人:浙江吉利控股集團(tuán)有限公司, 浙江吉利汽車研究院有限公司