本發(fā)明涉及電動汽車電池包系統(tǒng)領域，尤其是涉及一種電動汽車電池包斷電系統(tǒng)。

背景技術：

電動汽車是當前研究的熱點，其核心技術之一是電池管理系統(tǒng)，而電池管理系統(tǒng)中重要的一環(huán)是對高壓斷電單元進行有效的控制；滿足正常充電、放電和相應保護的需要。現(xiàn)有技術中，由于缺少具體的標準，對高壓控制和保護部分的應用電路結構不夠完善，缺少能夠?qū)Υ?lián)電池組外圍連接電路的統(tǒng)一檢測和管理的系統(tǒng)?，F(xiàn)有的系統(tǒng)中無法做到高壓電信號和低壓電信號的隔離，容易造成硬件損壞和檢測誤差。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中缺少對電池包電路缺乏統(tǒng)一管理系統(tǒng)的缺點，提供了一種電動汽車電池包斷電系統(tǒng)。

本發(fā)明提供了一種電池包斷電系統(tǒng)的功能模塊和電路結構，利用了繼電器控制串聯(lián)電池組外圍電路的通斷。同時根據(jù)電路結構提供了預充電控制策略、外圍電路檢測檢測方式、電池包熔斷器安裝以及電池包維修開關的安裝檢測方式，滿足了對高壓部分全面的控制和檢測需求。同時利用了光耦、三極管和二極管等電子元件的配合使用，達到了高低壓隔離和繼電器控制的目的。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明通過下述技術方案得以解決：

一種電動汽車電池包斷電系統(tǒng)，分別與電動汽車內(nèi)部的電池管理系統(tǒng)、電動汽車控制器、串聯(lián)電池組和電動汽車外部的充電樁連接；包括電池包電路結合器、繼電器驅(qū)動控制電路和狀態(tài)檢測電路；電池包電路結合器包括電池包正負回路和電池包預充電回路，電池包正負回路和電池包預充電回路中串聯(lián)有繼電器；繼電器驅(qū)動控制電路與電池包電路結合器電連接，控制電池包電路結合器中繼電器通斷；狀態(tài)檢測電路與電池包電路結合器電連接，檢測電池包電路結合器與電動汽車控制器、串聯(lián)電池組和充電樁的連接點電位；繼電器驅(qū)動控制電路和狀態(tài)檢測電路分別與電池管理系統(tǒng)連接。

通過繼電器控制電視正負回路和預充電回路的通斷，能夠?qū)崿F(xiàn)由低壓信號控制高壓回路的功能，結構簡單，控制過程簡便，使用更加安全。通過電池管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠程控制電路通斷，從而控制串聯(lián)電池組狀態(tài)。通過狀態(tài)檢測電路能夠?qū)崟r監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài)，及時對故障進行排查，提高電動汽車的安全性。

作為優(yōu)選，還包括第一維修開關jk1和第二維修開關jk2，第一維修開關jk1和第二維修開關jk2串聯(lián)在串聯(lián)電池組中的兩個三等分點處，設兩個三等分點分別為串聯(lián)電池組的第一檢測點jc1和第二檢測點jc2。

電動汽車使用的串聯(lián)電池組總電壓能夠達到300伏以上，為了避免檢修時觸電危險，本發(fā)明將串聯(lián)電池組按照數(shù)量進行三等分，在三等分點上串聯(lián)檢修開關，在檢修時可以進行分段檢修，每段電池組的最大電壓可以減小到120伏左右，極大的提高了安全性。

作為優(yōu)選，電池包電路結合器包括第一端子dz1至第十端子dz10、第一繼電器km1、第二繼電器km2、第三繼電器km3、第一接口組te1、第二接口組te2和第三接口組te3；其中，第一端子dz1和第十端子dz10連接到串聯(lián)電池組正負極，第四端子dz4和第六端子dz6連接到電動汽車控制器正負極，第八端子dz8和第九端子dz9連接到充電樁正負極；第七端子dz7和第六端子dz6連接，第一端子dz1和第二端子dz2之間串聯(lián)有電流傳感器，第二端子dz2和第三端子dz3在電池包電路結合器外部連接；第四端子dz4、第五端子dz5和第八端子dz8連接到第一繼電器km1一端，第一繼電器km1另一端與第三端子dz3連接，第二繼電器km2串聯(lián)電阻后與第一繼電器km1并聯(lián)；第六端子dz6、第七端子dz7和第九端子dz9與第三繼電器km3一端連接，第三繼電器km3另一端與第十端子dz10連接；第一接口組te1與電流傳感器連接，第二接口組te2分別與第一端子dz1至第十端子dz10連接，第三接口組te3分別與第一繼電器km1、第二繼電器km2和第三繼電器km3的線圈連接，電流傳感器與電池管理系統(tǒng)連接。

電池包電路結合器通過端子與電動汽車內(nèi)其他系統(tǒng)和器件連接。te1與電流傳感器連接，為電流傳感器提供電源和參考電壓，te2為高壓各點狀態(tài)檢測接口，分別檢測各個端子的電位情況，te3為各直流繼電器的驅(qū)動接口，分別連接至各個繼電器的線圈。

作為優(yōu)選，電池包電路結合器還包括第一熔斷器fu1和第二熔斷器fu2，第一熔斷器fu1串聯(lián)在第四端子dz4和第一繼電器km1之間，第二熔斷器fu2串聯(lián)在第五端子dz5和第一繼電器km1之間。

本系統(tǒng)在預充電回路中串聯(lián)有熔斷器，熔斷器能夠在電壓超過安全范圍時及時斷開電路，避免危險。fu1作為主熔斷器，額定電流大約為350安，fu2作為備用熔斷器，額定電流大約為500安，滿足備用需求。

作為優(yōu)選，繼電器驅(qū)動控制電路包括第一光耦u1、第二光耦u2、第三光耦u3、第一三極管q1、第二三極管q2、第三三極管q3、第一二極管d1、第二二極管d2和第三二極管d3；第一光耦u1、第二光耦u2和第三光耦u3接收電池管理系統(tǒng)的電平信號，第一光耦u1輸出端與第一三極管q1的基極連接，第二光耦u2輸出端與第二三極管q2的基極連接，第三光耦u3輸出端與第三三極管q3的基極連接；第一三極管q1的發(fā)射極、第二三極管q2的發(fā)射極和第三三極管q3的發(fā)射極皆與電池包電路結合器連接；第一三極管q1發(fā)射極串聯(lián)第一二極管d1后與電池包電路結合器連接，第二三極管q2發(fā)射極串聯(lián)第二二極管d2后與電池包電路結合器連接，第三三極管q3發(fā)射極串聯(lián)第三三極管d3后與電池包電路結合器連接。

繼電器驅(qū)動控制電路接收來自電池管理系統(tǒng)的信號，對信號進行高低壓轉(zhuǎn)換后輸出至電池包電路結合器，控制器中的繼電器通斷，如此便實現(xiàn)了高低壓信號的隔離和直流繼電器的控制。二極管d1、d2和d3為續(xù)流保護二極管，給各個直流繼電器斷電瞬間提供放電回路，避免損壞三極管和光耦。

作為優(yōu)選，狀態(tài)檢測電路包括第四光耦u4至第十一光耦u11，每個光耦的輸出端串聯(lián)電阻后與電池管理系統(tǒng)連接，第四光耦u4至第七光耦u7、第十光耦u10和第十一光耦u11的輸入端串聯(lián)電阻后與電池包電路結合器連接，第八光耦u8和第九光耦u9串聯(lián)電阻后與串聯(lián)電池組第一檢測點jc1、第二檢測點jc2連接。

狀態(tài)檢測電路以串聯(lián)電池組負極作為參考點，光耦進行光電隔離和電平轉(zhuǎn)換，一側(cè)輸入各點狀態(tài)檢測端子，另一側(cè)連接至電池管理系統(tǒng)。電池管理系統(tǒng)能夠通過該電路判斷繼電器工作狀態(tài)，熔斷器是否熔斷和串聯(lián)電池組的狀態(tài)。

作為優(yōu)選，第一繼電器km1、第二繼電器km2和第三繼電器km3為常開型直流繼電器。

在電動汽車不工作時需要電路斷開，考慮到只有在進行某些功能時才需要電路連通，使用常開型繼電器能夠有效延長系統(tǒng)工作壽命，使用過程更加安全。

本發(fā)明由于采用了以上技術方案，具有顯著的技術效果：統(tǒng)一管理電池包電路，檢測電池包電路的工作狀態(tài)和串聯(lián)電池組的狀態(tài)，能夠進行安全斷電。實現(xiàn)了高低壓信號的隔離，減少觸電危險和器件損壞，避免電池充電時燒壞電路。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結構和連接關系示意圖

圖2為本發(fā)明電池包電路結合器結構示意圖；

圖3為本發(fā)明高壓預充電等效電路圖；

圖4為本發(fā)明高壓預充電控制策略流程圖；

圖5為本發(fā)明串聯(lián)電池組維修開關和檢修點示意圖；

圖6為本發(fā)明繼電器驅(qū)動控制電路結構示意圖；

圖7為本發(fā)明狀態(tài)檢測電路結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。

實施例1

如圖1所示，一種電動汽車電池包斷電系統(tǒng)，分別與電動汽車內(nèi)部的電池管理系統(tǒng)、電動汽車控制器、串聯(lián)電池組和電動汽車外部的充電樁連接；包括電池包電路結合器、繼電器驅(qū)動控制電路和狀態(tài)檢測電路；電池包電路結合器包括電池包正負回路和電池包預充電回路，電池包正負回路和電池包預充電回路中串聯(lián)有繼電器；繼電器驅(qū)動控制電路與電池包電路結合器電連接，控制電池包電路結合器中繼電器通斷；狀態(tài)檢測電路與電池包電路結合器電連接，檢測電池包電路結合器與電動汽車控制器、串聯(lián)電池組和充電樁的連接點電位；繼電器驅(qū)動控制電路和狀態(tài)檢測電路分別與電池管理系統(tǒng)連接。

如圖2所示，圖中以英文簡寫bt表示串聯(lián)電池組，電池包電路結合器包括第一端子dz1至第十端子dz10、第一繼電器km1、第二繼電器km2、第三繼電器km3、第一接口組te1、第二接口組te2和第三接口組te3；其中，第一端子dz1和第十端子dz10連接到串聯(lián)電池組正負極，第四端子dz4和第六端子dz6連接到電動汽車控制器正負極，第八端子dz8和第九端子dz9連接到充電樁正負極；第七端子dz7和第六端子dz6連接，第一端子dz1和第二端子dz2之間串聯(lián)有電流傳感器，第二端子dz2和第三端子dz3在電池包電路結合器外部連接；第四端子dz4、第五端子dz5和第八端子dz8連接到第一繼電器km1一端，第一繼電器km1另一端與第三端子dz3連接，第二繼電器km2串聯(lián)電阻后與第一繼電器km1并聯(lián)；第六端子dz6、第七端子dz7和第九端子dz9與第三繼電器km3一端連接，第三繼電器km3另一端與第十端子dz10連接；第一接口組te1與電流傳感器連接，第二接口組te2分別與第一端子dz1至第十端子dz10連接，第三接口組te3分別與第一繼電器km1、第二繼電器km2和第三繼電器km3的線圈連接，電流傳感器與電池管理系統(tǒng)連接。

電池包電路結合器還包括第一熔斷器fu1和第二熔斷器fu2，第一熔斷器fu1串聯(lián)在第四端子dz4和第一繼電器km1之間，第二熔斷器fu2串聯(lián)在第五端子dz5和第一繼電器km1之間。

電流傳感器型號為hsts016l，其通過霍爾感應原理制成，其與接口te1相連接，由vcc1、gnd提供5v電源，vref為參考電壓點，vo為輸出，其與電池管理系統(tǒng)相連接，電池管理系統(tǒng)可以直接得到其測量值。

te2為為各點狀態(tài)檢測接口，分別檢測各個端子的電位情況。te3為各直流繼電器的驅(qū)動接口，其分別連接至各個繼電器的線圈。fu1額定電流為350a，fu2額定電流為500a，滿足備用需求。

如圖3所示，用bt代表串聯(lián)電池組，設其額定電壓為360v。km1、km2、km3為串聯(lián)電池組正負回路和預充電回路的直流繼電器，r為預充電電阻，電機控制器等效為一個大電容cm和一個電阻rm并聯(lián)。

若不接入預充電回路，直流繼電器km1和km3直接閉合，等效電容cm近似短路，電路中電阻僅是導線及直流繼電器觸點接觸電阻，此電阻非常小，為毫歐級別，則此時瞬間電流可達幾千甚至上萬安培,遠遠超過繼電器最大容量，繼電器觸點很容易就燒蝕，對導線和熔斷器也將帶來巨大的影響。

若采用預充電方法，則是先將直流繼電器km2和km3閉合，此時瞬間電流為總電壓除以預充電電阻，約為幾個安培，對直流繼電器無影響，當完成預充電后，閉合直流繼電器km1，斷開直流繼電器km2。

如圖4所示，圖中用英文簡寫bms代表電池管理系統(tǒng)，首先由電池管理系統(tǒng)獲取當前串聯(lián)電池組電池的總電壓u和電流i，然后采集電動汽車控制器的電壓uo，和總電壓u進行比較，當控制器電壓uo電壓值達到電池總電壓的90％時，認定預充電過程完成，并輸出預充電完成信號。

如圖5所示，圖中以英文簡寫bt表示串聯(lián)電池組，一般情況下，串聯(lián)電池組是多個電池模組串聯(lián)連接的。其總電壓高達300v以上，在緊急情況和電池包維修時，此高壓非常危險，因而在電池串聯(lián)電路中設置維修開關是十分必要的。將電池組按電池數(shù)量均等分為3個電池串，給其中連接處分別設置兩個維修開關jk1、jk2。若需要進行維修時，將兩個維修開關拔除，則電池包中最大的電壓都在120v以下，在一定程度上確保了維修人員的安全。檢測點jc1、jc2作為維修開關狀態(tài)檢測端口，其與電池管理系統(tǒng)連接。

如圖6所示，繼電器驅(qū)動控制電路包括第一光耦u1、第二光耦u2、第三光耦u3、第一三極管q1、第二三極管q2、第三三極管q3、第一二極管d1、第二二極管d2和第三二極管d3；第一光耦u1、第二光耦u2和第三光耦u3接收電池管理系統(tǒng)的電平信號，第一光耦u1輸出端與第一三極管q1的基極連接，第二光耦u2輸出端與第二三極管q2的基極連接，第三光耦u3輸出端與第三三極管q3的基極連接；第一三極管q1的發(fā)射極、第二三極管q2的發(fā)射極和第三三極管q3的發(fā)射極皆與電池包電路結合器連接；第一三極管q1發(fā)射極串聯(lián)第一二極管d1后與電池包電路結合器連接，第二三極管q2發(fā)射極串聯(lián)第二二極管d2后與電池包電路結合器連接，第三三極管q3發(fā)射極串聯(lián)第三三極管d3后與電池包電路結合器連接。

繼電器驅(qū)動控制電路接收來自電池管理系統(tǒng)的信號，對信號進行高低壓轉(zhuǎn)換后輸出至電池包電路結合器，控制器中的繼電器通斷，如此便實現(xiàn)了高低壓信號的隔離和直流繼電器的控制。二極管d1、d2和d3為續(xù)流保護二極管，給各個直流繼電器斷電瞬間提供放電回路，避免損壞三極管和光耦。

pb0、pb1、pb2連接至電池管理系統(tǒng)控制端口，以控制第一繼電器km1為例，敘述其控制原理如下：當pb0輸出為高電平時，第一光耦u1輸入電流為零，光耦關斷，其輸出不導通，第一三極管q1截止，第一繼電器km1的線圈兩端無電壓，km1主觸點斷開；當pb0輸出為低電平時，第一光耦u1導通，其輸出高電平，使得第一三極管q1導通，線圈兩端之間通過三極管接入了電源vcc2，km1動作，主觸點閉合。如此便實現(xiàn)了高低壓信號的隔離和直流繼電器的驅(qū)動控制。

如圖7所示，以串聯(lián)電池組負極為參考點。u4-u11為光耦，進行光電隔離和電平轉(zhuǎn)換，左側(cè)輸入s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7、jc1、jc2分別連接電池包電路結合器端子和串聯(lián)電池組檢修開關檢測點。右側(cè)輸出pa0-pa7連接至電池管理系統(tǒng)。

s1為第一繼電器km1左端觸點電位檢測點，若s1與串聯(lián)電池組正極接通，則其電位約為350v，通過100k的電阻r7進行限流，第四光耦u4導通，則pa0輸出高電平；若s1未能與串聯(lián)電池組正極接通，則第四光耦u4關斷，pa0輸出低電平。如此可以判斷s1端是否連接至串聯(lián)電池組正極。

s2為第一繼電器km1右端觸點電位檢測點，設s1已與串聯(lián)電池組正極接通，若第一繼電器km1正常吸合，則s2端的電位約為350v，通過100k的電阻r8進行限流，第五光耦u5導通，pa1輸出高電平；若第一繼電器km1未能正常吸合，則第五光耦光耦u5關斷，pa1輸出低電平。如此可以判斷第一繼電器km1是否正常工作。

s3為第一熔斷器fu1右端電位檢測點，設s1與串聯(lián)電池組正極接通，第一繼電器km1已經(jīng)閉合，若第一熔斷器fu1正常，則s3端的電位約為350v，通過100k的電阻r9進行限流，第六光耦u6導通，pa2輸出高電平；若第一熔斷器fu1熔斷，則第六光耦u6關斷，pa2輸出低電平。如此可以判斷第一熔斷器fu1是否熔斷。

s4為第二熔斷器fu2右端電位檢測點，設s1與串聯(lián)電池組正極接通，第一繼電器km1已經(jīng)閉合，若第二熔斷器fu2正常，則s4端的電位約為350v，通過100k的電阻r10進行限流，第七光耦u7導通，pa3輸出高電平；若第二熔斷器fu2熔斷，則第七光耦u7關斷，pa3輸出低電平。如此可以判斷第二熔斷器fu2是否熔斷。

jc1為第一維修開關jk1左側(cè)電位檢測點，設第二維修開關jk2閉合，若第一維修開關jk1閉合，則jc1端的電位約為240v，通過30k的電阻r11進行限流，第八光耦u8導通，pa4輸出高電平；若jk1斷開，則jc1端的電位為0，第八光耦u8關斷，pa4輸出低電平。如此可以判斷第一維修開關jk1是否閉合。

jc2為第二維修開關jk2左側(cè)電位檢測點，若第二維修開關jk2閉合，則jc2端的電位約為120v，通過68k的電阻r12進行限流，第九光耦u9導通，pa5輸出高電平；若jk2斷開，則jc2端的電位為0，第九光耦u9關斷，pa5輸出低電平。如此可以判斷第二維修開關jk2是否閉合。

s5為第三繼電器km3左端觸點電位檢測點，若s5與串聯(lián)電池組負極接通，則s5電位為0，通過1k的電阻r13進行限流，第十光耦u10正極輸入端接入5v的電源vcc1，第十光耦u10能夠?qū)?，則pa6輸出高電平；若s5未能與串聯(lián)電池組負極接通，則第十光耦u10關斷，pa6輸出低電平。如此可以判斷s5端是否連接至串聯(lián)電池組負極。

s6為第三繼電器km3右端觸點電位檢測點，設s5與串聯(lián)電池組負極接通，若第三繼電器km3正常吸合，則s6電位為0，通過1k的電阻r14進行限流，第十一光耦u11正極輸入端接入5v的電源vcc1，第十一光耦u11能夠?qū)?，則pa7輸出高電平；若第三繼電器km3未能正常吸合，則第十一光耦u11關斷，pa7輸出低電平。如此可以判斷第三繼電器km3是否正常工作。

總之，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。