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鋰離子電池電力儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全現(xiàn)狀分析

2020-05-07 22:54:11·  來(lái)源：電動(dòng)學(xué)堂  
　
作者單位：東軟睿馳汽車(chē)技術(shù) （沈陽(yáng)） 有限公司動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車(chē)的重要?jiǎng)恿?lái)源，動(dòng)力電池的安全性是電動(dòng) 汽車(chē)發(fā)展過(guò)程中首先要考慮和解決的問(wèn)題。高壓的安全
作者單位：東軟睿馳汽車(chē)技術(shù) （沈陽(yáng)） 有限公司
動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車(chē)的重要?jiǎng)恿?lái)源，動(dòng)力電池的安全性是電動(dòng) 汽車(chē)發(fā)展過(guò)程中首先要考慮和解決的問(wèn)題。高壓的安全是 保證電池安全的重要因素，在緊急情況下必須斷開(kāi)繼電器以 保證動(dòng)力電池不會(huì)輸出電力。本文主要針對(duì)電池包的高壓控 制邏輯及診斷策略。
1 繼電器控制邏輯
1.1電池包內(nèi)繼電器分布
動(dòng)力電池包內(nèi)一般會(huì)有3個(gè)繼電器：主正繼電器、預(yù)充繼電器和主負(fù)繼電器。電池包內(nèi)高壓原理圖見(jiàn)圖1。
 
動(dòng)力電池包輸出電力的接口是唯一的，只有當(dāng)總負(fù)繼電 器和總正 （或預(yù)充） 繼電器閉合才能輸出電力到整車(chē)。當(dāng)出 現(xiàn)緊急故障時(shí)必須切斷所有繼電器，保證動(dòng)力電池包不再輸 出電力，切斷電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力。
1.2 繼電器控制邏輯 
BMS在控制繼電 器閉合時(shí)是需要一定 的時(shí)序的，時(shí)序圖見(jiàn)圖2。
 
為了防止電池包 與整車(chē)側(cè)負(fù)載的壓差 導(dǎo)致大電流燒壞繼電 器，在預(yù)充回路中加入了預(yù)充電阻和預(yù)充繼電器來(lái)減小閉合總負(fù)繼電器和預(yù)充繼 電器后電池包的輸出電流。當(dāng)預(yù)充電壓達(dá)到電池包總壓的 95%時(shí)認(rèn)為預(yù)充成功，閉合總正繼電器，然后斷開(kāi)預(yù)充繼電 器，電池包處于可放電狀態(tài)。
當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)下電時(shí)，繼電器斷開(kāi)也是需要一定的時(shí)序， 時(shí)序見(jiàn)圖3。
 
繼電器下電時(shí)，由于整車(chē)端存在X電容，整車(chē)端的電壓會(huì)有一個(gè)緩慢下降的過(guò)程 （電容泄放），在進(jìn)行繼電器診斷 時(shí)，要特別注意待電容泄放完畢后進(jìn)行診斷。診斷邏輯在下 一個(gè)章節(jié)中介紹。
2 繼電器診斷策略
繼電器診斷包括驅(qū)動(dòng)回路診斷、繼電器無(wú)法閉合診斷、 繼電器黏連診斷。
2.1 驅(qū)動(dòng)回路診斷
繼電器的控制是由BMS （電池管理系統(tǒng)） 輸出高低邊到 繼電器的線圈，從而控制了繼電器的斷開(kāi)和吸合。為了實(shí)現(xiàn) 繼電器的可靠設(shè)計(jì)，由BMS同時(shí)控制線圈的高低邊來(lái)保證不 會(huì)出現(xiàn)由于干擾導(dǎo)致的繼電器誤操作。在BMS的硬件電路中，不僅設(shè)計(jì)高低邊控制，還需要設(shè)計(jì)對(duì)驅(qū)動(dòng)回路的診斷。診斷內(nèi)容包括線圈對(duì)搭鐵短路、線圈短電源和線圈開(kāi)路故 障。硬件電路的框圖見(jiàn)圖4。圖4中HSD_AD為高邊電壓信號(hào)，LSD_AD為低邊電壓信號(hào)，IS_AD為高邊控制回路中的電流，CPSR為繼電器供電電源。
 
1）當(dāng)繼電器的控制信號(hào)為斷開(kāi)時(shí)，診斷策略見(jiàn)表1。
 
2）當(dāng)繼電器的控制信號(hào)為閉合時(shí)，診斷策略見(jiàn)表2。
 
2.2 繼電器高壓回路診斷 
繼電器高壓回路診斷包括繼電器無(wú)法閉合診斷和繼電器黏連診斷。診斷方式是通過(guò)采集電池包高壓回路的電壓法來(lái)判斷。高壓回路的電壓采樣點(diǎn)見(jiàn)圖5。
 
圖5中，GND為高壓參考搭鐵，A、B、C為高壓采樣點(diǎn)。
2.2.1 繼電器無(wú)法閉合診斷
1） 預(yù)充繼電器無(wú)法閉合 預(yù)充繼電器的控制指令為閉 合，且已經(jīng)閉合超過(guò)50ms，主負(fù)和主正繼電器的控制指令為 斷開(kāi)，此時(shí)進(jìn)行預(yù)充繼電器無(wú)法閉合診斷。當(dāng)滿足以下條件 且持續(xù)100ms，判斷預(yù)充繼電器為無(wú)法閉合。
 
2） 主正繼電器無(wú)法閉合 當(dāng)主正繼電器控制指令為閉 合，而預(yù)充繼電器控制指令為斷開(kāi)時(shí)，進(jìn)行主正繼電器無(wú)法 閉合診斷。當(dāng)滿足以下條件且持續(xù)100ms，判斷主正繼電器 為無(wú)法閉合。
 
3） 主負(fù)繼電器無(wú)法閉合 當(dāng)主正繼電器和主負(fù)繼電器 控制指令為閉合，且主正繼電器確認(rèn)沒(méi)有無(wú)法閉合故障，進(jìn) 行主負(fù)繼電器無(wú)法閉合診斷。當(dāng)滿足以下條件且持續(xù)100ms， 判斷主負(fù)繼電器為無(wú)法閉合。
 
2.2.2 繼電器黏連診斷
1） 主正繼電器黏連 當(dāng)主正繼電器和主負(fù)繼電器的控 制指令為斷開(kāi)，且已經(jīng)持續(xù)2s （等待電容泄放時(shí)間） 以上時(shí) 進(jìn)行主正繼電器黏連診斷。當(dāng)滿足以下條件且持續(xù)100ms， 判斷為主正繼電器黏連。
 
2） 預(yù)充繼電器黏連 由于主正繼電器和預(yù)充繼電器在 一個(gè)高壓回路中，無(wú)法區(qū)別主正繼電器和預(yù)充繼電器的黏連。
3） 主負(fù)繼電器黏連 當(dāng)主負(fù)繼電器控制指令為斷開(kāi)，且主正繼電器黏連或預(yù)充繼電器閉合，進(jìn)行主負(fù)繼電器黏連診 斷。當(dāng)滿足以下條件且持續(xù)100ms，判斷為主負(fù)繼電器黏連。
 
3 總結(jié)
上述介紹了電池包高壓回路的繼電器控制邏輯及診斷策 略。通過(guò)合理控制繼電器和對(duì)繼電器的診斷，保證了高壓安 全。上述部分已應(yīng)用在實(shí)車(chē)開(kāi)發(fā)，且效果良好。
 
 
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