一种电动汽车动力电池安全监控的低压电源管理系统的制作方法

本发明涉及汽车技术领域，更具体地说是指一种电动汽车动力电池安全监控的低压电源管理系统。

背景技术：

近年来，电动汽车自燃事件频发，大部分是由动力电池引起，因此动力电池安全备受关注。为确保车辆安全，满足国家关于新能源车辆的监控要求，现有的方式是在车上设置车载监控系统，对车辆的运行状态信息进行监控并结合车联网技术将车辆监控数据上传到企业远程监控平台，平台能够监测和预警事故。该技术在实际使用中存在的主要问题有：（1）车辆停机后，电池管理系统进入休眠或断电状态，远程监控平台无法获取动力电池的状态信息并识别潜在故障风险进行事故预警；（2）为安全起见，车辆在停班或需要长时间存放时，通常会通过手闸开关关闭车载24v电源，此时整车低压系统处于断电状态，远程监控平台无法对车辆的状态进行监控并识别潜在故障风险进行事故预警。因此，现有的技术仅能实现对运行状态的监控和事故预警，存在监控盲区，可靠性和安全性较差。

技术实现要素：

基于上述问题，本发明提供一种电动汽车动力电池安全监控的低压电源管理系统，以解决现有技术中存在的上述问题。

本发明采用如下技术方案：

一种电动汽车动力电池安全监控的低压电源管理系统，包括车载监控单元、电池管理系统、动力电池组、高压盒、dcdc变换器和控制单元，所述动力电池组、高压盒和dcdc变换器依次连接；

当车辆处于停止状态时，dcdc变换器向电池管理系统输出唤醒信号，并通过控制单元使动力电池组作为电源高压转低压向车载监控单元和电池管理系统供电，电池管理系统获取车辆状态信息，车载监控单元将所述车辆状态信息发送至远程监控平台。车辆状态信息主要包括高压盒内高压状态和动力电池组状态。

进一步，所述dcdc变换器设有内置rtc；当电池管理系统监测电池系统状态无故障发生一段时间后，电池管理系统进入休眠状态，并通过can通讯方式向dcdc变换器发送下一时刻自动输出时间，dcdc变换器停止输出供电且不向电池管理系统输出唤醒信号，同时dcdc变换器通过内置rtc开始自动倒计时；当倒计时结束时，dcdc变换器输出供电并向电池管理系统输出唤醒信号。

进一步，当高压盒与非车载充电机相连接，即车辆处于充电状态时，dcdc变换器向电池管理系统输出唤醒信号，并通过控制单元使非车载充电机作为电源向车载监控单元和电池管理系统供电。

进一步，还包括车载蓄电池，当车辆处于运行状态时，dcdc变换器不输出供电，并通过控制单元使车载蓄电池作为电源向车载监控单元和电池管理系统供电。

进一步，还包括整车控制器；当车辆处于停止状态时，通过控制单元使动力电池组作为电源向整车控制器供电；当车辆处于充电状态时，通过控制单元使非车载充电机作为电源向整车控制器供电；当车辆处于运行状态时，通过控制单元使车载蓄电池作为电源向整车控制器供电。

进一步，所述控制单元包括第二开关、第三开关、第四开关和第五开关，所述第二开关、第三开关、第四开关和第五开关均包括线圈、常闭触点和常开触点；

所述第二开关常闭触点的一端与第二开关常开触点的一端相连接，形成第一节点，车载监控单元和整车控制器的电源正极输入端均连接于该第一节点；

所述第二开关常闭触点的另一端连接于车载蓄电池的电源正极输出端和第三开关常开触点的一端，第三开关常开触点的另一端连接于第五开关线圈和第四开关常闭触点的一端，第三开关线圈连接于整车控制器的hsd信号输出端；

所述第二开关常开触点的另一端和第二开关线圈均连接于第五开关常闭触点的一端，第五开关常闭触点的另一端连接于dcdc变换器的电源正极输出端、第四开关常开触点的一端和第四开关线圈；

第四开关常开触点的另一端与第四开关常闭触点另一端相连接，形成第二节点，该第二节点连接于电池管理系统的电源正极输入端；

所述dcdc变换器和车载蓄电池的电源负极输出端均连接于电池管理系统、整车控制器以及车载监控单元的电源负极输入端。

进一步，所述第二开关常闭触点的另一端与车载蓄电池的电源正极输入端之间还设有手闸开关。

进一步，所述dcdc变换器、电池管理系统、整车控制器均连接有钥匙信号，所述dcdc变换器和电池管理系统均连接有非车载充电机的辅助电源信号；所述电池管理系统的禁止输出使能信号输出端连接于dcdc变换器；所述dcdc变换器的唤醒信号输出端连接于电池管理系统。

进一步，当电池管理系统检测到钥匙信号立即启动，并输出禁止输出使能信号来禁止dcdc变换器输出供电；所述dcdc变换器同步检测到钥匙信号，dcdc变换器不输出供电且不向电池管理系统输出唤醒信号。

进一步，所述车载监控单元、整车控制器和电池管理系统在各自的电源正极输入端与电源负极输入端之间均设有电容，用于保护各开关触点切换过程中因短时的悬空状态而导致的断电问题。

由上述对本发明结构的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：

其一、本发明中，电池管理系统对车辆状态信息，主要包括高压盒内高压状态和动力电池组状态，进行实时监控或间断性监控。无论车辆是否处于运行状态，只要dcdc变换器输出供电即可使包括但不限于电池管理系统、车载监控单元和整车控制器在线监测车辆状态，并将监控数据传输给远程监控平台，由平台进行数据监控及事故预警，从而实现车辆离线监控，提高监控的可靠性和安全性。

其二、本发明通过增加小功率dcdc变换器和竞争供电开关建立一个完全的低压电源管理系统，具有如下优点：（1）解决监控盲区，实现运行与非运行全监控，提高了监控的可靠性和车辆的安全性；（2）实现动力电池静态自动均衡，缩短充电均衡时间，提高soc准确度，保障车辆正常运营并提供电池的使用寿命；（3）兼容不同辅助电源规格的充电系统。

附图说明

图1为本发明的系统框图。其中，

。

图2为替代本发明中第四开关的防反电路图。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明实施例的具体实施方式。

参考图1，一种电动汽车动力电池安全监控的低压电源管理系统，包括车载监控单元、电池管理系统、动力电池组、高压盒、整车控制器、dcdc变换器和控制单元。

上述动力电池组、高压盒和dcdc变换器依次连接。dcdc变换器设有内置rtc。

整车控制器、车载监控单元、电池管理系统以及dcdc变换器之间通过cad总线相互连接通讯。

电池管理系统实时监控电池系统状态信息。该电池系统状态信息主要包括高压盒内高压状态和动力电池组状态。

整车控制器、电池管理系统以及dcdc变换器均连接有车辆的钥匙信号。

电池管理系统和dcdc变换器均连接有非车载充电机的辅助电源信号。

电池管理系统的禁止输出使能信号输出端连接于dcdc变换器；dcdc变换器的唤醒信号输出端连接于电池管理系统。

具体地，控制单元包括手闸开关s1、第二开关s2、第三开关s3、第四开关s4和第五开关s5。其中，第二开关s2、第三开关s3、第四开关s4和第五开关s5均包括线圈、常闭触点和常开触点。该控制单元及其它构件的连接关系具体如下:

dcdc变换器和车载蓄电池的电源负极输出端均连接于电池管理系统、整车控制器以及车载监控单元的电源负极输入端。电池管理系统的禁止输出使能信号输出端连接于dcdc变换器；所述dcdc变换器的唤醒信号输出端连接于电池管理系统。

第二开关常闭触点的一端与第二开关常开触点的一端相连接，形成第一节点，车载监控单元和整车控制器的电源正极输入端均连接于该第一节点。

第二开关常闭触点的另一端连接于车载蓄电池的电源正极输出端和第三开关常开触点的一端，第三开关常开触点的另一端连接于第五开关线圈和第四开关常闭触点的一端，第三开关线圈连接于整车控制器的hsd信号输出端。

第二开关常开触点的另一端和第二开关线圈均连接于第五开关常闭触点的一端，第五开关常闭触点的另一端连接于dcdc变换器的电源正极输出端、第四开关常开触点的一端和第四开关线圈。

第四开关常开触点的另一端与第四开关常闭触点另一端相连接，形成第二节点，该第二节点连接于电池管理系统的电源正极输入端。

该电动汽车动力电池安全监控的低压电源管理系统的运行方式以及原理如下：

步骤一、由该低压电源管理系统判断车辆状态，当车辆处于停止状态时，执行步骤二；当车辆处于充电状态（即非车载充电机连接于高压盒）时，执行步骤三；当车辆处于运行状态时，执行步骤四。其中，该低压电源管理系统通过dcdc变换器、整车控制器以及电池管理系统是否接收到钥匙信号、辅助电源信号来判断车辆状态。

步骤二、当车辆处于停止状态时，dcdc变换器向电池管理系统输出唤醒信号，并通过控制单元使动力电池组作为电源高压转低压向车载监控单元、电池管理系统和整车控制器供电，电池管理系统获取高压盒内高压状态和动力电池组状态，车载监控单元将高压盒内高压状态、动力电池组状态发送至远程监控平台。具体可分为以下两种可选方式：

1、永久在线方式：dcdc变换器向电池管理系统输出唤醒信号，并通过控制单元使动力电池组作为电源高压转低压向车载监控单元、电池管理系统和整车控制器持续供电；电池管理系统获取高压盒内高压状态和动力电池组状态，车载监控单元将高压盒内高压状态、动力电池组状态发送至远程监控平台。

2间断在线方式：dcdc变换器向电池管理系统输出唤醒信号，并通过控制单元使动力电池组作为电源向车载监控单元、电池管理系统和整车控制器供电；电池管理系统获取高压盒内高压状态和动力电池组状态，车载监控单元将高压盒内高压状态、动力电池组状态发送至远程监控平台。当电池管理系统监测电池系统状态无故障发生一段时间后，电池管理系统进入休眠状态，并通过can通讯方式向dcdc变换器发送下一时刻自动输出时间，dcdc变换器停止输出供电且不向电池管理系统输出唤醒信号，同时dcdc变换器通过内置rtc开始自动倒计时；当倒计时结束时，dcdc变换器再次输出供电并向电池管理系统输出唤醒信号，再次获取高压盒内高压状态和动力电池组状态，并反复循环。

其中，控制单元及其它部件的具体动作如下：当车辆处于停机状态时，不论手闸开关s1处于何种状态，dcdc变换器检测不到钥匙信号和非车载充电机的辅助电源信号，输出供电并向电池管理系统输出唤醒信号，第二开关s2和第四开关s4的线圈得电，整车控制器未输出hsd信号，第五开关s5的线圈失电，车载监控单元和整车控制器通过开关s2的常开触点从dcdc变换器取电，电池管理系统通过第四开关s4的常开触点从dcdc变换器取电并唤醒，电池管理系统不输出禁止使能。此外，dcdc变换器对电池管理系统、车载监控单元和整车控制器的分为两种供电方式：永久供电和间断供电，即上述永久在线方式和间断在线方式。因此，这部分具体内容在此不再重复赘述。

步骤三、当车辆处于充电状态时，dcdc变换器向电池管理系统输出唤醒信号，并通过控制单元使非车载充电机作为电源向车载监控单元、电池管理系统和整车控制器供电；电池管理系统获取高压盒内高压状态和动力电池组状态，车载监控单元将高压盒内高压状态、动力电池组状态发送至远程监控平台。

其中，控制单元及其它部件的具体动作如下：当车辆处于充电状态时，不论手闸开关s1处于何种状态，dcdc变换器检测到非车载充电机输出的辅助电源信号，以非车载充电机为电源，由dcdc变换器输出供电，并向电池管理系统输出唤醒信号；第二开关s2和第四s4的线圈得电；整车控制器未输出hsd信号，第五开关s5的线圈失电，车载监控单元和整车控制器通过第五开关s5、第二开关s2的常开触点从dcdc变换器取电，电池管理系统通过第四开关s4的常开触点从dcdc变换器取电并唤醒，电池管理系统同步检测到非车载充电机输出的辅助电源信号，进入充电模式，不输出禁止输出使能信号。

步骤四、当车辆处于运行状态时，dcdc变换器不输出供电，并通过控制单元使车载蓄电池作为电源向车载监控单元、电池管理系统和整车控制器供电；电池管理系统获取高压盒内高压状态和动力电池组状态，车载监控单元将高压盒内高压状态、动力电池组状态发送至远程监控平台。

其中，控制单元及其它部件的具体动作如下：当车辆处于运行状态，当手闸开关s1处于闭合状态且整车控制器检测到有钥匙信号，整车控制器输出hsd信号，使第三开关s3的线圈得电，使第三开关s3闭合。电池管理系统同步检测到钥匙信号后，输出禁止输出使能信号给dcdc变换器，禁止dcdc变换器输出。dcdc变换器同步检测到钥匙信号，dcdc变换器不输出供电且不向电池管理系统输出唤醒信号，第四开关s4的线圈失电，处于常闭状态。电池管理系统通过第三开关s3、第四开关s4的常闭触点从车载蓄电池取电。同时，第五开关s5的线圈得电，使第五开关s5断开，第二开关s2的线圈失电，车载监控单元和整车控制器通过第二开关s2的常闭触点从车载蓄电池取电。

钥匙信号、非车载充电机的辅助电源信号、电池管理系统的禁止输出使能信号与dcdc变换器启动输出的工作逻辑如表1所示。

表1dcdc变换器24v输出工作逻辑表

此外，需要说明的是：

当车辆从停机监控状态转为运行状态即检测到钥匙信号时，dcdc变换器停止输出供电并不向电池管理系统输出唤醒信号，第二开关s2和第四开关s4从常开触点切换到常闭触点，整车控制器检测到钥匙信号，第三开关s3得电闭合，车载监控单元、整车控制器和电池管理系统均从车载蓄电池取电，电池管理系统输出禁止使能禁止dcdc变换器输出。

当车辆处于充电状态时，非车载充电机的辅助电源信号在0~36v任意规格的信号，均可实现兼容。

当车辆处于停机状态时，电池管理系统从dcdc变换器中取电并唤醒状态下，包括但不限于实时诊断soc准确度、单体一致性、电池系统绝缘故障、高压继电器故障等，并进行静态均衡和校准，缩短充电均衡时间，提高soc准确度，保障车辆正常运营并提供电池的使用寿命，若有故障发生，及时预警，防止包括但不限于因漏液、绝缘低、继电器故障等引起的电池过放、过充、起火甚至爆炸等事故发生。

该低压电源管理系统中，整车控制器并不是必要技术特征，其主要的作用是对电池管理系统和车辆监控单元发送执行指令，也可以通过can通讯方式将电池管理系统和车辆监控单元直接连接通讯，并将整车控制器的相应功能转嫁至电池管理系统和车辆监控单元上。

车载监控单元、整车控制器和电池管理系统在各自的电源正极输入端与电源负极输入端之间分别设有电容c1、电容c2和电容c3，用于保护各开关触点切换过程中因短时的悬空状态而导致的断电问题。

第二开关s2从常闭触点切换到常开触点，通过dcdc变换器输出供电的对象不限于车载监控单元、整车控制器和电池管理系统，还包括整车的其它低压负载。

高压盒中在dcdc变换器高压配电回路中设置的熔断器用于高压短路故障保护。

电池管理系统实时监控高压盒内高压状态和动力电池组状态，包括但不限于继电器状态、总电流状态、总电压状态、绝缘状态、单体电压信息、单体温度信息、高压互锁状态、soc等，同步将监测到的信息及故障通过can通讯方式发送给整车控制器，整车控制器根据故障信息进行相应的故障处理同步将所有信息通过can通讯方式传给车载监控单元，车载监控单元通过车联网技术，包括但不限于gps形式等将数据远程传输给远程监控平台，监控平台对收到的数据进行筛选分析和故障可能发生的事故进行预警，包括但不限于通过短信、电话等形式通知用户。

上述第二开关s2的驱动亦可通过手闸开关s1控制或电池管理系统高边或低边输出控制实现。

上述第二开关、第三开关、第四开关和第五开关，不限于用高边驱动方式进行驱动，也可以用低边驱动方式驱动，且不限于继电器形式的开关，也可以是mosfet等形式的电子开关。

上述手闸开关s1、第三开关s3和第五开关s5非必要技术特征

参考图1和图2，上述第四开关s4的功能也可以通过图2中所示的防反电路实现并替换。

上述第二开关s2也可以通过类似图2中所示的防反电路实现并替换。

上述低压电源管理系统包括但不限于24v供电系统，也可以适用于12v,48v等供电系统。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。