一种基于电池电压的新能源汽车电池保护方法及装置与流程

本发明属于新能源汽车领域，特别涉及一种基于电池电压的新能源汽车电池保护方法及装置。

背景技术：

新能源汽车在行驶过程中根据不同的路况会对高压动力电池进行充放电，这种现象的实现是通过整车ECU发出具体指令给CAN网络，电机控制器接受并执行指令，通过控制发电机或驱动电机完成的。动力电池电压平台是一个范围区间，超出这个范围，不仅会对电池本体造成损坏，也会提高电机控制器功率模块、电解电容等电子器件的失效风险，从而最终对驾驶车辆的安全性造成影响。为了解决这个问题，根据电机控制器的国标要求，针对不同高压电池的电压平台在软件功能上添加了欠/过压保护，包括欠/过压点的设置。

目前欠/过压保护的设定是根据不同的高压电池的SOC特性，来计算允许的电压工作范围，在结合电机控制器的工作电压等参数，分别制定电压点的保护上限、保护下限以及预警点。但是新能源车辆的制造过程中，动力源不同(超级电容或电池)，动力系统不同(混合动力或纯电动车辆)，车型种类不同，电池单体模组的排列形式不同，导致动力电池的电压平台千差万别，虽然电机控制器的硬件电压范围是根据电池的电压平台来进行设计的，但只能保证涵盖其电压范围，对于上下限值的设定必须考虑不同动力电池的具体电压范围值以及过充过放能力，这就要求电机控制器在电压保护策略制定方面需要针对不同车型进行计算及欠/过压保护点修改，但是现有技术中，车辆若工作在非驱动状态，对电机控制器电压保护点的设置只是简单的设置欠压点及过压点，在出现欠/过压故障时，造成电池损坏，并且能够缓冲的空间很小，使电机立即失去动力造成事故风险。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于电池电压的新能源汽车电池保护方法及装置，用于解决车辆在非驱动状态下电池电压异常造成电池损坏的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于电池电压的新能源汽车电池保护方法，车辆工作在非驱动状态，包括三个方法方案：

方法方案一，包括以下步骤：

1)设置电池电压下限基准值为a，电池电压上限基准值为b，检测电池直流母线电压，若母线电压u≥b-δ，则发出过压预警，所述b-δ为车辆在非驱动状态下设置的过压预警点，δ定义为电压回差，并限制功率输出；若母线电压上升到电池电压下限基准值即u≥b，此时限制功率输出为0；

2)若母线电压u≤a或u≥b+δ，则发出欠/过压报警，所述a为车辆在非驱动状态下设置的欠压报警点，所述b+δ为车辆在非驱动状态下设置的过压报警点，δ定义为电压回差。

方法方案二，在方法方案一的基础上，所述电池电压上限基准值和电池电压下限基准值通过CAN总线获取。

方法方案三，在方法方案一的基础上，发生欠压报警后，若电池电上升到u≥a+δ，则故障消除，恢复正常的工作状态；发生过压故障后，过压故障不可恢复。

本发明还提供了一种基于电池电压的新能源汽车电池保护装置，车辆工作在非驱动状态，包括三个装置方案：

装置方案一，包括以下单元：

过压预警判断单元：用于设置电池电压下限基准值为a，电池电压上限基准值为b，检测电池直流母线电压，若母线电压u≥b-δ，则发出过压预警，所述b-δ为车辆为非驱动状态下设置的过压预警点，δ定义为电压回差，并限制功率输出；若母线电压上升到电池电压下限基准值即u≥b，此时限制功率输出为0；

欠/过压报警判断单元：用于若母线电压u≤a或u≥b+δ，则发出欠/过压报警，所述a为车辆在非驱动状态下设置的欠压报警点，所述b+δ为车辆在非驱动状态下设置的过压报警点，δ定义为电压回差。

装置方案二，在装置方案一的基础上，所述电池电压上限基准值和电池电压下限基准值通过CAN总线获取。

装置方案三，在装置方案一的基础上，发生欠压报警后，若电池电上升到u≥a+δ，则故障消除，恢复正常的工作状态；发生过压故障后，过压故障不可恢复的单元。

本发明的有益效果是：

本发明在车辆工作在非驱动状态时，对电池电压设置过压预警点、欠压报警点、过压报警点，对电池的电压进行预警或报警，并在电池在出现欠压或过压故障时，还可以对欠压故障是否恢复作出判断，保护了电池本身的工作状态，并且在出现故障时有较大的缓冲空间，不会出现立即失去动力而造成的事故风险，同时有利于保护电机控制器的器件不会由于电池电压异常造成损坏。

附图说明

图1为车辆在非驱动状态下的电池电压保护方法流程图；

图2为车辆在驱动状态下的电池电压保护方法流程图；

图3为车辆的驱动状态和非驱动状态的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

本发明的一种基于电池电压的新能源汽车电池保护方法的实施例：

一种基于电池电压的新能源汽车电池保护方法，该方法包括以下步骤：

1、设置电池电压上下限基准值为(a，b)，a为高压电池在最低用电状态，即soc＝10％时的电压值，b为高压电池最大充电状态，即soc＝100％时的电压值，电机控制器的电压工作范围在设计之初会适当大于(a，b)区间，这是为了保证电机控制器自身的正常工作状态；

另外设置电压的保护点，包括驱动状态和非驱动状态两种状态下的保护点的设置：

由于车辆在驱动状态和在非驱动状态下对电池电压影响不同，所以电压保护的各个报警点在两种状态也不相同，定义电压回差δ，取δ在5-20V范围(根据不同电池工作特性及超额余量，功率型电池偏大，能量型电池偏小)；在驱动状态下，定义欠压报警点为a，欠压限功率点为a，欠压预警点及欠压报警后恢复故障点为a+δ，过压预警点为b，过压限功率点及过压报警点为b+δ，过压报警后电压恢复故障点为b；在非驱动状态下，定义欠压报警点为a，欠压报警后故障恢复点为a+δ(不设置欠压限功率点)，过压预警点为b-δ，过压限功率点为b，过压报警点为b+δ，不设置电压故障恢复点。因为发电状态的电池电压是必然上升的，因此不需要设置欠压限功率点和过压故障恢复点，而过压预警点设置低于驱动状态是因为过快升压会损坏电机控制器内部器件。

2、电池管理系统(BMS)根据电池的具体参数，通过CAN网络向电机控制器发送电池电压下限基准值a和上限基准值b，电机控制器在上电完成后检测实际母线电压u值是否在(a，b)区间内，如果不在区间内报电压异常故障，拒绝完成上电指令，这是为了防止动力电池过充或过放，保护电池，此故障不可恢复；如果在区间内则上电完成，随时相应车辆行驶状态。

3、整车上电完成后，若电机控制器如收到整车ECU发出驱动指令，电机工作在驱动状态，检测母线电压，若u≤a+δ，即电压跌破设置的欠压预警点的电压值，则报欠压预警，电机控制器开始限功率输出，此故障不上报CAN网络；或若u≥b，即电压上升到设置的过压预警点的电压值，则报过压预警，电机控制器开始进行限功率输出。

4、电机控制器继续检测母线电压，若母线电压u≤a，则电压跌破设置的欠压报警点的电压限值，电机控制器报欠压故障，电机控制器关掉IGBT，高压接触器不断，上报CAN网络欠压故障，此故障可复位，此时，电机控制器输出功率为0，从预警点到报警点的限功率变化为线性变化；或若母线电压u≥b+δ时，则电压上升到设置的过压报警点的电压限值，电机控制器报过压故障，电机控制器关掉IGBT，高压接触器断开，以达到保护电池和自身模块的目的，上报CAN网络欠压故障，此故障可复位，此时，电机控制器输出功率为0，从预警点到报警点的限功率变化为线性变化。

5、继续检测母线电压，若检测到母线电压值u≥a+δ，即电压上升到设置的欠压预警点的电压值，欠压故障清除，IGBT重新开管，电机控制器正常工作；或若检测到母线电压值u≤b，及电压下降至设置的过压预警值，过压故障清除，IGBT重新开管，故障清除，电机控制器正常工作。

相对于驱动状态，非驱动状态的电池电压是必然上行的，因此不需要设置欠压预警点、欠压限功率点，又因为在非驱动状态下，过压故障不可恢复，所以不设置过压故障恢复点；并且在非驱动状态下，由于过快升压或造成损坏电机控制器内部电子器件，危害控制器本体的运行，所以一般设置发电状态下的过压预警点的电压值闭驱动状态下的预警点的电压值低。

在电机控制器检测驱动电机工作在非驱动状态时，检测母线电压u≥b-δ时，即电压上升到设置的过压预警点的电压值，则电机控制器报过压预警，此时开始进行过压限功率，此故障不上报CAN网络；继续检测母线电压，当母线电压达到u≥b时功率输出为0，电机控制器执行关管保护，若检测到母线电压u≥b+δ时，电机控制器报过压故障，高压接触器强行断开，且此故障不可恢复，为了保护电机控制器本体，需要重新断电上电检测母线电压再判断；若检测母线电压u≤a，电机控制器报欠压故障，电机控制器关掉IGBT，高压接触器不断，上报CAN网络欠压故障，此故障可复位，继续检测母线电压，如果检测到母线电压值u≥a+δ时，电机控制器欠压故障清除，控制器恢复正常工作。

上述实施例中，对电池电压设置了欠/过压预警点、欠/过压报警点，为了检测的更准确，保护电池不受损坏，还可以对电池电压设置第一欠/过压预警点、第二欠/过压报警点以及更多的点。

本发明还提供了一种基于电池电压的新能源汽车电池保护装置，该装置包括过压预警判断单元、欠/过压报警判断单元。过压预警判断单元用于设置电池电压下限基准值为a，电池电压上限基准值为b，检测电池直流母线电压，若母线电压u≥b-δ，则发出过压预警，所述b-δ为车辆为非驱动状态下设置的过压预警点，δ定义为电压回差，并限制功率输出；若母线电压上升到电池电压下限基准值即u≥b，此时限制功率输出为0；欠/过压报警判断单元用于若母线电压u≤a或u≥b+δ，则发出欠/过压报警，所述a为车辆在非驱动状态下设置的欠压报警点，所述b+δ为车辆在非驱动状态下设置的过压报警点，δ定义为电压回差。

上述保护装置，实际上是一种软件构架，其中的各单元是与上述保护方法的步骤1-5相对应的进程或程序。因此，不再对该保护装置进行详细说明。

上述保护装置作为一种程序，在发电机控制器中运行，对电池的电压进行预警及报警，并在电池出现欠压或过压故障后，还可以对欠压或过压故障是否恢复作出判断，保护了电池本身的工作状态，并且在出现故障时能够保证有较大的缓冲空间，不会出现立即失去动力而造成的事故风险，同时有利于保护电机控制器的器件不会由于电池电压异常造成损坏。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于以上所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。