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鋰離子電池電力儲能系統(tǒng)消防安全現(xiàn)狀分析

2020-05-07 22:54:11·  來源：電動學(xué)堂  
　
作者單位：東軟睿馳汽車技術(shù) （沈陽） 有限公司動力電池是電動汽車的重要?jiǎng)恿碓?，動力電池的安全性是電?汽車發(fā)展過程中首先要考慮和解決的問題。高壓的安全
作者單位：東軟睿馳汽車技術(shù) （沈陽） 有限公司
動力電池是電動汽車的重要?jiǎng)恿碓?，動力電池的安全性是電?汽車發(fā)展過程中首先要考慮和解決的問題。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繼電器以 保證動力電池不會輸出電力。本文主要針對電池包的高壓控 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
動力電池包內(nèi)一般會有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)高壓原理圖見圖1。
 
動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。當(dāng)出 現(xiàn)緊急故障時(shí)必須切斷所有繼電器，保證動力電池包不再輸 出電力，切斷電動汽車的動力。
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)序圖見圖2。
 
為了防止電池包 與整車側(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，然后斷開預(yù)充繼電 器，電池包處于可放電狀態(tài)。
當(dāng)電動汽車下電時(shí)，繼電器斷開也是需要一定的時(shí)序， 時(shí)序見圖3。
 
繼電器下電時(shí)，由于整車端存在X電容，整車端的電壓會有一個(gè)緩慢下降的過程 （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)動回路診斷、繼電器無法閉合診斷、 繼電器黏連診斷。
2.1 驅(qū)動回路診斷
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保證不 會出現(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)對驅(qū)動回路的診斷。診斷內(nèi)容包括線圈對搭鐵短路、線圈短電源和線圈開路故 障。硬件電路的框圖見圖4。圖4中HSD_AD為高邊電壓信號，LSD_AD為低邊電壓信號，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)繼電器的控制信號為斷開時(shí)，診斷策略見表1。
 
2）當(dāng)繼電器的控制信號為閉合時(shí)，診斷策略見表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法閉合診斷和繼電器黏連診斷。診斷方式是通過采集電池包高壓回路的電壓法來判斷。高壓回路的電壓采樣點(diǎn)見圖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 繼電器無法閉合診斷
1） 預(yù)充繼電器無法閉合 預(yù)充繼電器的控制指令為閉 合，且已經(jīng)閉合超過50ms，主負(fù)和主正繼電器的控制指令為 斷開，此時(shí)進(jìn)行預(yù)充繼電器無法閉合診斷。當(dāng)滿足以下條件 且持續(xù)100ms，判斷預(yù)充繼電器為無法閉合。
 
2） 主正繼電器無法閉合 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時(shí)，進(jìn)行主正繼電器無法 閉合診斷。當(dāng)滿足以下條件且持續(xù)100ms，判斷主正繼電器 為無法閉合。
 
3） 主負(fù)繼電器無法閉合 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)沒有無法閉合故障，進(jìn) 行主負(fù)繼電器無法閉合診斷。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，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，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。通過合理控制繼電器和對繼電器的診斷，保證了高壓安 全。上述部分已應(yīng)用在實(shí)車開發(fā)，且效果良好。
 
 
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