本實用新型涉及電動汽車，具體涉及一種電動汽車使用的動力電池包主動安全防護系統(tǒng)，屬于電動汽車技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著世界能源形式的不斷嚴(yán)峻，不使用傳統(tǒng)燃料的新能源車越來越多地被大家所倡導(dǎo)和鼓勵。其中電動汽車成為企業(yè)研發(fā)的重點方向，并隨著技術(shù)的發(fā)展也實現(xiàn)了商業(yè)應(yīng)用，逐漸進入人們的生活。雖然電動汽車早已實現(xiàn)上路行駛，但其面對的問題還很多，這也是導(dǎo)致其發(fā)展緩慢的重要原因，其中最重要的制約因素就是動力電池。目前動力電池主要存在以下缺陷：1、成本居高不下，占整車成本的一半以上；2、續(xù)航能力弱，普通電池即使充滿電也只能行駛200-300公里，而且隨著充電次數(shù)的增加，續(xù)航里程還會不斷減少；3、電池充電不方便，遠遠不及目前加油站的布設(shè)密度，而且對充電環(huán)境溫度有一定的要求，否則會影響電池壽命；4、壽命短，動力電池的壽命通常為5-6年，報廢后需要購買新的動力電池，而其價格昂貴，消費者難以承受；5、充電時間長，即使快充也需要大半個小時，跟傳統(tǒng)的加油站加油還是顯得很慢，且快充續(xù)航里程更短；6、不同車企、車型配置的電池規(guī)格不同，往往不能互換，對電池生產(chǎn)廠家和整車生產(chǎn)廠家都提出了更高的要求，同時也提高了整車開發(fā)成本；同一款車電池配置相同，消費者不能根據(jù)自身實際駕駛情況個性化地調(diào)整。7、為了對電池工作狀況進行監(jiān)測，現(xiàn)有電動汽車給動力電池配置了BMS管理系統(tǒng)，BMS管理系統(tǒng)用于監(jiān)測電池的電壓、電流和溫度等重要信息，這些信息儲存在BMS管理系統(tǒng)中，需要專門的設(shè)備才能讀取，用戶沒有配備這樣的設(shè)備故無法了解。

目前市面大多為充電式或依靠大型輔助機械設(shè)備整包換電。不管那種方式，上述缺陷都或多或少地存在。為解決上述問題，現(xiàn)有技術(shù)出現(xiàn)了單元化的動力電池包，動力電池包為模塊化設(shè)計，為標(biāo)準(zhǔn)件，所有廠家生產(chǎn)的電動汽車都可以使用，只是不同車企生產(chǎn)的不同車型動力電池包的數(shù)量和串并聯(lián)方式不同而已，這根據(jù)汽車功率大小和續(xù)航里程需要而定。前述電動汽車的所有問題該模式幾乎都能夠在一定程度上解決，大大減少了動力電池的開發(fā)周期和成本，由于單個動力電池包質(zhì)量輕，可以實行手動換電方式，大大節(jié)省換電設(shè)備高額費用投入，同時由于電池包小型化，能實現(xiàn)車型開發(fā)動力電池單元標(biāo)準(zhǔn)化，統(tǒng)一了動力電池包型號，即便車型、技術(shù)指標(biāo)不同，只需增加或改變這些“標(biāo)準(zhǔn)件”（即動力電池包）的數(shù)量和串并聯(lián)方式即可實現(xiàn)。但由于動力電池本身的特性，其輸出仍然為高壓，這樣作為電壓源與車輛上其他器件的連接，以及在出現(xiàn)意外情況下的自身安全保護，相比傳統(tǒng)的燃油發(fā)動機而言，電動汽車這方面要求更高一些，一旦出現(xiàn)漏電、絕緣不夠，將會對車上人員和車輛帶來嚴(yán)重安全威脅。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本實用新型的目的在于提供一種動力電池包主動安全防護系統(tǒng)，本防護系統(tǒng)可以在意外情況下智能斷開高壓輸出，從而保證人員和車輛安全。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案如下：

動力電池包主動安全防護系統(tǒng)，包括若干相同的電芯和電池管理從控單元，所有電芯串聯(lián)連接形成電芯組，電芯組的正極通過正極出線接總正輸出端，電芯組的負(fù)極通過負(fù)極出線接總負(fù)輸出端，其特征在于：所述正極出線經(jīng)過高壓常閉繼電器接總正輸出端；高壓常閉繼電器的控制端接電池管理從控單元，電池管理從控單元上設(shè)有高壓回路絕緣電阻值采集器和安全氣囊彈開信號采集器，電池管理從控單元根據(jù)高壓回路絕緣電阻值采集器和安全氣囊彈開信號采集器采集的高壓回路絕緣電阻值和安全氣囊彈開信號控制高壓常閉繼電器的通斷；負(fù)極出線上設(shè)有分流器，分流器用于采集電芯組輸出電流并輸出給電池管理從控單元。

進一步地，在高壓常閉繼電器和總正輸出端之間的正極出線上還接有熔斷器。在外部發(fā)生短路、過流等故障時，毫秒級內(nèi)迅速燒斷熔斷器，切斷動力電池包對外輸出，達到安全保護作用。

為了給電池管理從控單元供電，本系統(tǒng)還包括DCDC降壓轉(zhuǎn)換模塊， DCDC降壓轉(zhuǎn)換模塊輸入端接電芯組的正負(fù)極，DCDC降壓轉(zhuǎn)換模塊輸出端接電池管理從控單元，用于將高壓轉(zhuǎn)換為低壓后提供給電池管理從控單元作為工作電源。

電池管理從控單元上設(shè)有無線通訊模塊，電池管理從控單元通過無線通訊模塊與車輛上的電池管理主控單元實現(xiàn)無線通訊連接。由于一輛車上動力電池包往往有多個，每個動力電池包都設(shè)有一個電池管理從控單元，而每輛車電池管理主控單元只有一個，這樣就可以實現(xiàn)電池管理主控單元和所有電池管理從控單元的通信連接。

每個電芯正負(fù)極耳分別引出引線，每根引線上設(shè)置有保險絲，每根引線經(jīng)過保險絲后分為兩路，一路接至電池管理從控單元實現(xiàn)單電芯電壓采集，另一路接至動力電池線下檢測口。電芯端的保險絲能有效防止電池管理從控單元故障、線下檢測口短路造成單體電芯故障，大大提高了動力電池包的安全性和可靠性。

在電芯組上設(shè)有溫度檢測元件，溫度檢測元件的輸出接電池管理從控單元，從而使電池管理從控單元能夠更好地對動力電池包的工作狀況進行監(jiān)測，從而使其保持在理想的工作狀態(tài)下。

相對現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有如下有益效果：

1、本防護系統(tǒng)能夠在出現(xiàn)意外情況時智能切斷動力電池包輸出，避免因高壓危及人身安全，特別是能有效解決車輛出現(xiàn)涉水、碰撞等事故時動力電池包安全問題。

2、本系統(tǒng)通過多重安全保護功能，充分保證動力電池?zé)o論是在車?yán)镅b載中運行或者線下集中式充電條件下都能安全可靠，完全杜絕重大安全事故發(fā)生。

3、每個電池管理從控單元系能實現(xiàn)對應(yīng)的動力電池包全生命周期使用過程監(jiān)控，并與電池管理主控單元實時通信，使動力電池包處于最佳的供電狀態(tài)和充電狀態(tài)。

附圖說明

圖1-本實用新型動力電池包立體結(jié)構(gòu)圖。

圖2-本實用新型動力電池包側(cè)面結(jié)構(gòu)圖。

圖3-本實用新型動力電池包內(nèi)部電路原理圖。

具體實施方式

圖1和圖2是本實用新型動力電池包的外形結(jié)構(gòu)圖，從圖上可以看出，本實用新型在動力電池包外部設(shè)有電池包正負(fù)極插接口作為電池包的總正輸出端1和總負(fù)輸出端2，對外進行電能輸出。同時還設(shè)有線下檢測口3，線下檢測口3平時通過蓋子遮蓋，需要檢測時將蓋子揭開即可與匹配的檢測設(shè)備連接。圖3為本實用新型動力電池包內(nèi)部電路原理圖。下面主要結(jié)合圖3對本實用新型防護措施進行詳細(xì)說明。

（1）動力主回路

本實用新型動力電池包包括若干相同的電芯和電池管理從控單元，所有電芯串聯(lián)連接形成電芯組，電芯組的正極通過正極出線接總正輸出端，電芯組的負(fù)極通過負(fù)極出線接總負(fù)輸出端。在動力主回路中，正極出線經(jīng)過高壓常閉繼電器接總正輸出端，高壓常閉繼電器的控制端接電池管理從控單元，電池管理從控單元上設(shè)有高壓回路絕緣電阻值采集器和安全氣囊彈開信號采集器，電池管理從控單元根據(jù)高壓回路絕緣電阻值采集器和安全氣囊彈開信號采集器采集的高壓回路絕緣電阻值和安全氣囊彈開信號控制高壓常閉繼電器的通斷；實際設(shè)計時，為了簡化結(jié)構(gòu)，避免每個動力電池包都分別采集這些控制信息，所有動力電池包都通過各自的高壓回路絕緣電阻值采集器和安全氣囊彈開信號采集器直接向電池管理主控單元讀取高壓回路絕緣電阻值和安全氣囊彈開信號，因為這兩個信息在主控單元上有專門的信息輸出。負(fù)極出線上設(shè)有分流器，分流器用于采集電芯組輸出電流并輸出給電池管理從控單元（具體接圖3中對應(yīng)從控板的9、10引腳）。進一步地，在高壓常閉繼電器和總正輸出端之間的正極出線上還接有熔斷器。

本實用新型動力電池電芯組正極出線首先經(jīng)過高壓常閉繼電器（圖3中1，2為高壓端），然后再經(jīng)過熔斷器到總正輸出端；動力電池電芯組負(fù)極出線經(jīng)分流器（用于電流檢測）到總負(fù)輸出端。對于高壓常閉繼電器，通過12V低壓控制端（圖3中對應(yīng)從控板3、4引腳）對常閉繼電器通斷進行控制，電池管理從控單元以接收到外部高壓回路絕緣電阻值低、安全氣囊彈開信號為準(zhǔn)，第一時間發(fā)送控制命令，高壓常閉繼電器工作，保持?jǐn)嚅_狀態(tài)并保持（除非手動通過電池管理主控單元向電池管理從控單元發(fā)出高壓常閉繼電器低壓斷電命令，否則不恢復(fù)），完全切斷動力電池包對外輸出，達到安全保護作用。同時在動力電池包正極回路上還設(shè)置有熔斷器，在外部發(fā)生短路、過流等故障時，毫秒級內(nèi)迅速燒斷熔斷器，切斷動力電池包對外輸出，達到安全保護作用。

通過以上兩種雙重保險功能，真正實現(xiàn)動力電池包在緊急情況時智能斷開高壓輸出，保證人員和車輛安全。

（2）智能實時單電芯檢測和線下檢測

為滿足動力電池單電芯電壓采集、快換和集中式充電管理要求，動力電池包還設(shè)置有能實時單電芯檢測和線下檢測功能。

如圖3所示，從每個電芯正負(fù)極耳分別引出引線，每根引線上設(shè)置有保險絲，每根引線經(jīng)過保險絲后分為兩路，一路接至電池管理從控單元實現(xiàn)單電芯電壓采集（具體接圖3對應(yīng)從控板中11～n引腳），另一路接至動力電池線下檢測口。線下時可以通過外圍檢測設(shè)備對單體電芯電壓數(shù)據(jù)進行檢測和對單電芯進行補電、均衡等功能，以滿足換點模式線下均衡、集中式管理需求。電芯端的保險絲能有效防止電池管理從控單元故障、線下檢測口短路造成單體電芯故障，大大提高了動力電池包的安全性和可靠性。

另外，在電芯組上設(shè)有溫度檢測元件，溫度檢測元件的輸出接電池管理從控單元（具體接圖3中對應(yīng)從控板的5、6引腳），從而使電池管理從控單元能夠更好地對動力電池包的工作狀況進行監(jiān)測，從而使其保持在理想的工作狀態(tài)下。

（3）智能無線傳輸電池管理系統(tǒng)（BMS）

為真正實現(xiàn)快速換電（實際要求為3分鐘完成手動換電）這一目標(biāo)，動力電池包換電時應(yīng)盡可能做到對外無其他需手動接線方式。為此整體設(shè)計為電池管理控制單元（BMS）主從之間采取無線通訊方式，而電池管理從控單元的工作電源由動力電池包內(nèi)部提供，通過在電池管理從控單元配置有高壓轉(zhuǎn)低壓的DCDC轉(zhuǎn)換模塊來保證電池管理從控單元12V供電需求。

具體地，為了給電池管理從控單元供電，本系統(tǒng)還包括DCDC降壓轉(zhuǎn)換模塊， DCDC降壓轉(zhuǎn)換模塊輸入端接電芯組的正負(fù)極，DCDC降壓轉(zhuǎn)換模塊輸出端接電池管理從控單元（具體接圖3中對應(yīng)從控板的7、8引腳），用于將高壓轉(zhuǎn)換為低壓后提供給電池管理從控單元作為工作電源。同時在電池管理從控單元上設(shè)有無線通訊模塊，電池管理從控單元通過無線通訊模塊與車輛上的電池管理主控單元實現(xiàn)無線通訊連接。由于一輛車上動力電池包往往有多個，每個動力電池包都設(shè)有一個電池管理從控單元，而每輛車電池管理主控單元只有一個，這樣就可以實現(xiàn)電池管理主控單元和所有電池管理從控單元的通信連接。

電池管理從控單元主要實現(xiàn)單電芯電壓采集（圖3中BMS從控板11～n引腳）、溫度采集（5、6引腳）、電流采集（9、10引腳）、高壓常閉繼電器智能控制（3、4引腳）以及通過GPS模塊與電池管理主控單元無線通訊，完成動力電池包數(shù)據(jù)信息上傳電池管理主控單元和接收電池管理主控單元發(fā)送的控制命令。

本實用新型通過上述改進，為快換模式發(fā)展和運營保駕護航，通過多重安全保護功能，充分保證動力電池?zé)o論是在車?yán)镅b載中運行或者線下集中式充電條件都能安全可靠，完全杜絕重大安全事故發(fā)生。

智能動力電池管理系統(tǒng)（BMS）能實現(xiàn)車輛動力電池全生命周期使用過程監(jiān)控，同時通過車載終端模塊將電池數(shù)據(jù)傳送至后臺，后臺可輕松實現(xiàn)與地方、國家信息平臺無縫對接，符合多家電動汽車遠程服務(wù)管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范要求。

本實用新型的上述實施例僅僅是為說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其他不同形式的變化和變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本實用新型的技術(shù)方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護范圍之列。