[發明專利]電動車電池組單元結構的安全系統及其控制方法

在審

• 申請號: 201510424810.4
• 申請日: 2015-07-17
• 公開（公告）號: CN106711519A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 王震坡;王亞超;劉鵬
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01M10/42
• 分類號: H01M10/42;H01M10/44;H01M2/20;H01M2/34
• 代理公司: 北京乾誠五洲知識產權代理有限責任公司11042
• 代理人: 付曉青,楊玉榮

技術領域

本發明屬于電動汽車驅動控制系統領域，具體地說，涉及一種以電動汽車電池組單元之間通斷來提高電池組安全性、實用性的安全系統及其控制方法。

背景技術

隨著新能源技術的推廣應用，道路公共交通系統的純電動汽車數量迅速增加。在示范運營過程中，暴露出來的問題也同樣值得注意。

首先，不一致性的問題，目前電動汽車動力電池一般由多節稱為大容量單體電池串聯而成。由于加工制造過程中材質不均和使用過程中電池溫度、壽命等存在差異，各個單體電池之間必然存在內阻、端電壓、容量等參數的不一致性，從而降低電池組的使用水平，嚴重影響電動汽車的性能，危及電動汽車的安全。因此研究一種有效的均衡充電方法，彌補電池在使用過程中電池性能的不一致性，最大限度地發揮動力電池的效用，延長電池的使用壽命，增加電動汽車的安全性，是十分必要的。

大型動力電池系統在實際應用中均由多節電池單體串聯而成，以保證具備足夠的輸出電壓，由于生產工藝的制約，各單體電池之間不 可避免地存在不一致性，同時，在使用中這種不一致性將會逐漸拉大，由此出現惡性循環，嚴重影響動力電池性能和壽命。

在碰撞事故中由于高壓電池包的絕緣失效或內部短路造成的車體自燃，將會嚴重危害乘客和駕駛員的人身安全。特別地，在碰撞事故中，當電池內箱體受到破壞，使得電池單體應力過大造成單體電池內部短路、電解液泄漏。因此，研究電動汽車高壓動力電池系統碰撞安全控制對電動汽車的安全性提高和廣泛推廣具有重要意義。

在應用過程中，電池組出現了電池漏液、絕緣受損以及局部短路的情況，在經過多次反復使用以后，出現安全隱患，比如自燃。因此，當檢測到電池組異常，通過改變電池組之間電池單元的連接方式，可降低電壓等級，避免潛在的風險。

在停車過程中，雖然電池系統不工作，整車附件設備由低壓電源供電，但是也存在潛在的安全風險。若此時，改變電池組的連接方式，降低電壓等級，可有效避免潛在的安全風險。

發明內容

為了解決現有技術的不足之處，本發明目的是提供一種電動車電池組單元結構的安全系統和控制方法，從而能夠根據電動汽車行駛的工況以及車輛狀況，在保持車輛性能需求的情況下，通過控制電池模塊的通斷，來保障電能的輸出和電池包的安全。

為了實現上述目的，本發明提供了一種電動車電池組單元結構的安全系統，所述安全系統包括電池系統、驅動電路、繼電器、傳感器、 控制器和車輛狀態估計器。

所述電池系統包括由若干電池包串聯組成的電池箱層、由若干電池模塊組成的電池包層、由若干電池單元組成的電池模塊層和電池單元層。繼電器用于控制電池包、電池模塊和電池單元的導通與斷開。傳感器用于感應車輛的各種運轉工況。控制器根據車輛的運行情況、傳感器和電池系統反饋的信息，控制繼電器的通斷，調節電池模塊和電池單元的導通與斷開，電池組輸出電壓的大小。

作為對本發明的所述安全系統的進一步說明，優選地，每個電池包的正極串聯第一個繼電器，在電池包和電池包串聯的繼電器上并聯第二個繼電器，每個電池包可接通和斷開。

作為對本發明的所述安全系統的進一步說明，優選地，每個電池模塊以極性相同并排擺放，緊接電池模塊的負極連接第一個繼電器，再經過第二個繼電器和相鄰電池模塊負極的第一個繼電器相連，與相鄰電池模塊的正極也經第三個繼電器相連；在相鄰的兩個電池模塊的負極的第二個繼電器、正極之間跨接第四個繼電器。更優選地，所述電池模塊之間可并聯和串聯，每個電池模塊可導通和截止。

作為對本發明的所述安全系統的進一步說明，優選地，每個電池單元以極性相同并排擺放，緊接電池單元的負極連接第一個繼電器；再經過第二個繼電器和相鄰電池模塊負極的第一個繼電器相連，相鄰電池單元的正極也經第三個繼電器相連；在相鄰的兩個電池單元的負極的第二個繼電器、正極之間跨接第四個繼電器。更優選地，所述電池單元之間可并聯和串聯，每個電池單元可導通和截止。

作為對本發明的所述安全系統的進一步說明，優選地，所述傳感器包括車速傳感器、加速度傳感器、汽車高度傳感器、側傾角傳感器、橫擺角傳感器、轉角傳感器、電動機檢測傳感器、電池電壓傳感器、電池電流傳感器、電池絕緣傳感器、煙霧傳感器。