高压电路短路保护方法与流程

1.本发明涉及电动汽车安全保护技术领域，尤其涉及一种高压电路短路保护方法。


背景技术：

2.目前市场上电动汽车的电池能量分配单元的高压电路一般由熔断器、高压继电器、电流传感器组成。
3.具体地，若熔断器采用的是被动型熔断器，当高压回路出现异常电流时，是通过被动型熔断器的电流热积累效应切断高压电路。其中，被动型熔断器的时间-电流耐受曲线与高压继电器的时间-电流耐受曲线有一个交点，在该交点之前由高压继电器负责保护高压回路，交点之后由被动型熔断器负责保护高压回路。但是，在交点之前和继电器极限分断能力之后，存在一个保护盲区。在该保护盲区继电器流过的电流超过继电器的极限分断能力，继电器无法切断回路，而此时被动型熔断器在该电流下的承受时间较长，被动型熔断器的切断时间较长，因此被动型熔断器不能快速有效地切断高压电路，从而会导致高压电路上的部分器件因流过大电流的时间过长被损坏，进而不能对高压电路实现有效的全电流范围保护。
4.若熔断器采用的是主动型熔断器，当高压回路出现异常电流时，是通过主动型熔断器接收外部切断信号主动断开，主动型熔断器通过切断信号点燃炸药触发主动型熔断器断开高压电路，从而使高压电路主动切断。但是，当高压回路出现的电流(例如6000a以上甚至10000a)过大时，因主动型熔断器切断高压电路需要经过电流传感器采集电流、电池管理系统根据采集电流产生切断信号以及主动型熔断器根据切断信号触发断开高压电路的动作等一系列流程，一般需要几十毫秒的处理时间，此时高压电路上的器件在流过过大电流十几毫秒的时候就会被损坏，显然主动型熔断器也不能对高压电路实现有效的全电流范围短路保护。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种高压电路短路保护方法，以对高压电路实现快速有效地全电流范围的短路保护。
6.本发明实施例提供了一种高压电路短路保护方法，高压电路短路保护系统包括电池管理系统和电池能量分配单元；所述电池能量分配单元包括主被动一体式熔断器；所述电池管理系统与所述主被动一体式熔断器连接；
7.所述高压电路短路保护方法，包括：
8.电池管理系统获取电池能量分配单元对应的高压电路的高压电流；
9.所述电池管理系统根据所述高压电流，确定高压电路状态；
10.所述电池管理系统根据所述高压电路状态和所述高压电流，控制所述主被动一体式熔断器断开所述高压电路。
11.可选地，所述电池能量分配单元包括电流传感器，所述电流传感器与所述电池管
理系统连接；
12.在电池管理系统获取电池能量分配单元对应的高压电路的高压电流之前，包括：
13.所述电流传感器检测所述高压电路的所述高压电流；
14.所述电流传感器将所述高压电流发送至所述电池管理系统。
15.可选地，所述电池管理系统根据所述高压电流，确定高压电路状态，包括：
16.所述电池管理系统计算其接收到所述高压电流的持续时间；
17.所述电池管理系统根据所述高压电流和所述持续时间，得到所述高压电路状态。
18.可选地，所述高压电路状态包括短路状态和非短路状态；
19.所述电池管理系统根据所述高压电流和所述持续时间，得到所述高压电路状态，包括：
20.所述电池管理系统判断所述高压电流是否大于第一预设电流；
21.若否，则所述高压电路状态为所述非短路状态；
22.若是，所述电池管理系统判断所述持续时间是否大于预设时间；
23.若是，则所述高压电路状态为所述短路状态；
24.若否，则所述高压电路状态为所述非短路状态。
25.可选地，所述第一预设电流大于所述电池能量分配单元的最大过载电流，且所述第一预设电流小于或等于所述高压电路中任一继电器的最大耐受电流；
26.所述预设时间小于所述高压电路中任一继电器的最大耐受时间，且所述预设时间大于所述电池能量分配单元的最大过载耐受时间。
27.可选地，所述电池管理系统根据所述高压电路状态和所述高压电流，控制所述主被动一体式熔断器断开所述高压电路，包括：
28.若所述高压电路状态为所述短路状态，所述电池管理系统判断所述高压电流是否小于或等于第二预设电流；
29.若是，则所述电池管理系统发送切断信号给所述主被动一体式熔断器，以使所述主被动一体式熔断器根据所述切断信号，主动断开所述高压电路；
30.若否，则所述主被动一体式熔断器被动断开所述高压电路。
31.可选地，所述第二预设电流为所述主被动一体式熔断器的耐受电流曲线和所述高压电路中的继电器耐受电流曲线交点处对应的耐受电流。
32.可选地，在所述电池管理系统控制所述主被动一体式熔断器断开所述高压电路之后，还包括：
33.所述电池管理系统检测所述电池能量分配单元的正负极电压差；
34.所述电池管理系统根据所述正负极电压差，确定所述电池能量分配单元的高压电路导通状态；
35.所述电池管理系统根据所述高压电路导通状态，控制所述电池能量分配单元的继电器断开。
36.可选地，所述电池管理系统根据所述正负极电压差，确定所述电池能量分配单元的高压电路导通状态，包括：
37.所述电池管理系统判断所述正负极电压差是否小于或等于阈值电压；
38.若是，则所述高压电路导通状态为断开状态；
39.若否，则所述高压电路导通状态为导通状态。
40.可选地，所述电池能量分配单元的继电器包括主正继电器和主负继电器；
41.所述电池管理系统根据所述高压电路导通状态，控制所述电池能量分配单元的继电器断开，包括：
42.若所述高压电路导通状态为所述断开状态，所述电池管理系统则控制所述电池能量分配单元的所述主正继电器和所述主负继电器断开；
43.若所述高压电路导通状态为所述导通状态，所述电池管理系统则控制所述电池能量分配单元的所述主负继电器断开，并在所述主负继电器断开后控制所述主正继电器断开。
44.本发明实施例通过电池管理系统获取电池能量分配单元对应的高压电路的高压电流，可以实时监控高压电路的高压电流，以便后续对高压电流进行分析判断，从而实时对高压电路进行保护。电池管理系统根据高压电流，判断当前高压电路是否发生短路，从而确定高压电路状态。电池管理系统可以通过高压电路状态获知高压电路是否短路，通过高压电流获知高压电流是否能够使主被动一体式熔断器快速热积累断开高压电路，从而在高压电路短路且高压电流无法使主被动一体式熔断器快速热积累断开高压电路时控制主被动一体式熔断器主动断开高压电路，在高压电路短路电流可以使主被动一体式熔断器快速热积累断开高压电路时由主被动一体式熔断器通过热积累效应被动断开高压电路。
附图说明
45.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
46.图1为本发明实施例提供的一种高压电路短路保护系统的结构示意图；
47.图2为本发明实施例提供的一种高压电路短路保护方法的流程示意图；
48.图3为本发明实施例提供的一种高压电路各器件的时间-电流耐受曲线；
49.图4为本发明实施例提供的另一种高压电路短路保护方法的流程示意图；
50.图5为本发明实施例提供的一种电池管理系统确定高压电路状态的方法的流程示意图；
51.图6为本发明实施例提供的一种电池管理系统判断高压电路状态的方法的流程示意图；
52.图7为本发明实施例提供的一种电池管理系统控制主被动一体式熔断器断开高压电路的方法的流程示意图；
53.图8为本发明实施例提供的另一种高压电路短路保护方法的流程示意图；
54.图9为本发明实施例提供的一种电池管理系统确定电池能量分配单元的高压电路导通状态的方法的流程示意图。
具体实施方式
55.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的
附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
56.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
57.本发明实施例提供了一种高压电路短路保护方法，本实施例可适用于安装有主被动一体式熔断器的高压电路的短路保护控制，该方法可以由高压电路短路保护系统来执行，该高压电路短路保护系统可采用硬件和/或软件的方式来实现。
58.具体地，高压电路短路保护系统包括电池管理系统和电池能量分配单元；电池能量分配单元包括主被动一体式熔断器；电池管理系统与主被动一体式熔断器连接。
59.其中，电池管理系统是可以对电池能量分配单元进行监控与控制的系统。电池管理系统可以对电池能量分配单元的高压电路进行信息采集，同时根据采集的信息对电池能量分配单元的高压电路进行控制。电池能量分配单元可以将电池的电能合理分配给电动汽车的负载器件。主被动一体式熔断器串联于电池能量分配单元的高压电路上，可以对高压电路上的器件起到保护作用，以避免高压电路上的器件因过流被损坏。
60.示例性地，图1为本发明实施例提供的一种高压电路短路保护系统的结构示意图，如图1所示，该电池能量控制系统包括电池管理系统220和电池能量分配单元230。其中，电池能量分配单元230包括主被动一体式熔断器q、放电端a、充电端c、主正继电器m1、主负继电器m2、预充继电器m3、快充继电器m4以及电流传感器p。
61.其中，电池管理系统220与电池能量分配单元230连接。具体地，电池管理系统220分别与主被动一体式熔断器q、主正继电器m1、主负继电器m2、预充继电器m3、快充继电器m4以及电流传感器p连接。电池管理系统220可以给主被动一体式熔断器q提供激发电源信号，使主被动一体式熔断器q的内置火药被触发，从而主动炸开电池能量分配单元230的高压电路，使电池能量分配单元230的高压电路断开。另外，主被动一体式熔断器q还可以通过电流热积累效应被动断开高压电路。电池管理系统220可以分别给主正继电器m1、主负继电器m2、预充继电器m3以及快充继电器m4发送控制信号，从而控制主正继电器m1、主负继电器m2、预充继电器m3以及快充继电器m4的通断状态。电流传感器p检测电池能量分配单元230的高压回路的高压电流，可以实时监测高压回路的高压电流，并实时将高压回路的高压电流传输给电池管理系统220。
62.图2为本发明实施例提供的一种高压电路短路保护方法的流程示意图，如图2所示，该高压电路短路保护方法具体包括如下步骤：
63.s110、电池管理系统获取电池能量分配单元对应的高压电路的高压电流。
64.其中，高压电流是指电池能量分配单元的对应高电压电路总线的电流。具体地，继
续参考图1，电池能量分配单元220包括电流传感器p，电流传感器p与电池管理系统220连接。电流传感器p可以实时监测高压回路的高压电流，电池管理系统220可以实时通过电流传感器p获取高压电流，以便于后续对高压电流的分析判断，实时对高压电路进行保护，防止高压回路故障致使高压电流过大烧损高压回路连接的器件。
65.s120、电池管理系统根据高压电流，确定高压电路状态。
66.具体地，电池管理系统可以对高压电流进行分析，以判断当前高压电路是否发生短路。其中，高压电路状态包括短路状态和非短路状态。示例性地，若高压电流超过高压电路上任一连接器件的最大承受电流，此时高压电路发生了短路，高压电路状态为短路状态，此时需要快速有效地断开高压电路，以对高压电路实现快速有效地短路保护。反之，若高压电流小于高压电路上任一连接器件的最大承受电流，此时高压电路状态为非短路状态。
67.s130、电池管理系统根据高压电路状态和高压电流，控制主被动一体式熔断器断开高压电路。
68.具体地，电池管理系统可以通过高压电路状态获知高压电路是否短路。主被动一体式熔断器可以通过接收电池管理系统的激发电源信号主动炸开电池能量分配单元的高压电路，还可以通过电流热积累效应被动断开高压电路，由此在高压电路发生短路时，电池管理系统通过高压电流可以判断出是否需要控制主被动一体式熔断器主动断开高压电路。
69.示例性地，图3为本发明实施例提供的一种高压电路各器件的时间-电流耐受曲线。如图3所示，曲线310为给高压电路提供电能的蓄电池的时间-电流耐受曲线，曲线320为高压电路的继电器的时间-电流耐受曲线。曲线330为高压电路各器件安全温升的时间-电流耐受曲线。曲线340为主被动一体式熔断器中的保险丝的时间-电流耐受曲线。其中，保险丝的时间-电流耐受曲线与继电器的时间-电流耐受曲线有一个交点a，在保险丝的时间-电流熔断曲线与继电器的时间-电流耐受曲线的交点a之前存在一个保护盲区(例如交点b-交点a，其中交点b可以为曲线330与曲线320的交点)，即该保护盲区中同一电流下保险丝的耐受时间大于继电器的耐受时间，此时在保险丝通过电流热积累效应被动断开高压电路时继电器已被烧损，因此保险丝无法对继电器起到有效的保护作用。由此可见，在保险丝的时间-电流耐受曲线与继电器的时间-电流耐受曲线的交点之前的保护盲区，电池管理系统可以给主被动一体式熔断器提供激发电源信号，使主被动一体式熔断器的内置火药被触发，从而主动炸开电池能量分配单元的高压电路，使电池能量分配单元的高压电路断开，从而对继电器起到有效的保护作用。在保险丝的时间-电流熔断曲线与继电器的时间-电流耐受曲线的交点之后，同一电流下保险丝的耐受时间小于继电器的耐受时间，此时保险丝可以迅速通过电流热积累效应被动断开高压电路，并且保险丝热积累的时间小于继电器的耐受时间可以对继电器起到有效的保护作用。
70.本发明实施例通过电池管理系统获取电池能量分配单元对应的高压电路的高压电流，可以实时监控高压电路的高压电流，以便后续对高压电流进行分析判断，从而实时对高压电路进行保护。电池管理系统根据高压电流，判断当前高压电路是否发生短路，从而确定高压电路状态。电池管理系统可以通过高压电路状态获知高压电路是否短路，通过高压电流获知高压电流是否能够使主被动一体式熔断器快速热积累断开高压电路，从而高压电路短路且高压电流无法使主被动一体式熔断器快速热积累断开高压电路时控制主被动一体式熔断器主动断开高压电路，在高压电路短路电流可以使主被动一体式熔断器快速热积
累断开高压电路时由主被动一体式熔断器通过热积累效应被动断开高压电路。
71.可选的，继续参考图1，电池能量分配单元230包括电流传感器p，电流传感器p与电池管理系统220连接。
72.具体地，电流传感器p是一种检测装置，可以检测电流的信息，并能将检测到的电流信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出。电流传感器p检测电池能量分配单元230的高压回路，可以实时监测高压回路的高压电流，并实时将高压回路的高压电流传输给电池管理系统220。
73.图4为本发明实施例提供的另一种高压电路短路保护方法的流程示意图，如图4所示，该方法具体包括如下步骤：
74.s310、电流传感器检测高压电路的高压电流。
75.s320、电流传感器将高压电流发送至电池管理系统。
76.s330、电池管理系统获取电池能量分配单元对应的高压电路的高压电流。
77.s340、电池管理系统根据高压电流，确定高压电路状态。
78.s350、电池管理系统根据高压电路状态和高压电流，控制主被动一体式熔断器断开高压电路。
79.综上可知，电池管理系统可以通过电流传感器检测实时监测高压电路的高压电流，从而通过高压电流实时对高压电路进行安全监控，进而通过对高压电流的分析判断，实时对高压电路进行保护。
80.示例性地，图5为本发明实施例提供的一种电池管理系统确定高压电路状态的方法的流程示意图，在上述实施例的基础上，对电池管理系统确定高压电路状态的方法进一步细化包括：
81.s410、电池管理系统计算其接收到高压电流的持续时间。
82.其中，由于高压电流存在不稳定的情况，因此电池管理系统需要计算其接收到高压电流的持续时间，以防止因高压电流的波动使接收到的高压电流不准确。
83.s420、电池管理系统根据高压电流和持续时间，得到高压电路状态。
84.具体地，若电池管理系统在一段时间内收到的高压电流过大，说明过大的高压电流并不是因高压电流波动引起的，而是高压电路出现故障引起的。若电池管理系统接收到过大的高压电流的持续时间较短，说明此时过大的高压电流是因高压电流波动引起的。由此，电池管理系统根据高压电流和持续时间，可以得到高压电路状态。
85.综上，通过电池管理系统计算其接收到高压电流的持续时间，并且根据高压电流和持续时间判断高压电路状态，可以提高电池管理系统判断高压电路状态的准确性，以防止电流波动对电池管理系统判断高压电路状态的影响。
86.可选的，高压电路状态包括短路状态和非短路状态。
87.具体地，短路状态是指高压电路出现短路故障，非短路状态是指高压电路正常运行。
88.示例性地，图6为本发明实施例提供的一种电池管理系统判断高压电路状态的方法的流程示意图，在上述实施例的基础上，对电池管理系统判断高压电路状态的方法进行进一步细化包括：
89.s510、电池管理系统判断高压电流是否大于第一预设电流；若是，则执行s520；若
否，则执行s540。
90.可选的，第一预设电流大于电池能量分配单元的最大过载电流，且第一预设电流小于或等于高压电路中任一继电器的最大耐受电流。
91.s520、电池管理系统判断持续时间是否大于预设时间；若是，则执行s530；若否，则执行s540。
92.可选的，预设时间小于高压电路中任一继电器的最大耐受时间，且预设时间大于电池能量分配单元的最大过载耐受时间。
93.s530、高压电路状态为短路状态。
94.s540高压电路状态为非短路状态。
95.示例性地，图7为本发明实施例提供的一种电池管理系统控制主被动一体式熔断器断开高压电路的方法的流程示意图，在上述实施例的基础上，对电池管理系统控制主被动一体式熔断器断开高压电路的方法进一步细化包括：
96.s610、若高压电路状态为短路状态，电池管理系统判断高压电流是否小于或等于第二预设电流；若是，则执行s620；若否，则执行s630。
97.可选的，第二预设电流为主被动一体式熔断器的耐受电流曲线和高压电路中的继电器耐受电流曲线交点处对应的耐受电流。
98.s620、电池管理系统发送切断信号给主被动一体式熔断器，以使主被动一体式熔断器根据切断信号，主动断开高压电路。
99.s630、主被动一体式熔断器被动断开高压电路。
100.图8为本发明实施例提供的另一种高压电路短路保护方法的流程示意图，如图8所示，该方法具体包括如下步骤：
101.s710、电流传感器检测高压电路的高压电流。
102.s720、电流传感器将高压电流发送至电池管理系统。
103.s730、电池管理系统获取电池能量分配单元对应的高压电路的高压电流。
104.s740、电池管理系统检测电池能量分配单元的正负极电压差。
105.示例性地，继续参考图1，电池能量分配单元330的高压放电电路的正极总线的m点和负极总线的n点均与电池管理系统320连接，电池管理系统320可以分别检测正极总线的m点的电压和负极总线的n点的电压，从而得到电池能量分配单元330的正负极电压差，即电池能量分配单元330的正负极电压差＝高压放电电路的正极总线的m点电压-高压放电电路的负极总线的n点电压。
106.s750、电池管理系统根据正负极电压差，确定电池能量分配单元的高压电路导通状态。
107.其中，若电池能量分配单元的正负极电压差较小，可以确定被动一体式熔断器断电有效，此时电池能量分配单元的高压电路为断路；若电池能量分配单元的正负极电压差较大，可以确定被动一体式熔断器断电无效，此时电池能量分配单元的高压电路为通路。
108.s760、电池管理系统根据高压电路导通状态，控制电池能量分配单元的继电器断开。
109.其中，出于电路断电安全的角度考虑，电池管理系统需要根据高压电路导通状态，以不同的顺序或不同的方式控制电池能量分配单元的继电器断开。
110.例如，电池能量分配单元的高压电路断电无效，此时高压电路为通路，需要最先断开高压电路负极线路上的继电器，以保证高压电路继电器断电的安全性。若是最先断开高压电路正极线路上的继电器，由于高压电路正极线路传输的电压过高，高压电路正极线路上的继电器在断电的瞬间会产生电弧，产生巨大的安全隐患。另外，电池能量分配单元的高压电路断电有效，此时高压电路为断路，此时断开电池能量分配单元的继电器没有顺序要求。
111.示例性地，图9为本发明实施例提供的一种电池管理系统确定电池能量分配单元的高压电路导通状态的方法的流程示意图，在上述实施例的基础上，对电池管理系统确定电池能量分配单元的高压电路导通状态的方法进一步细化包括：
112.s810、电池管理系统判断正负极电压差是否小于或等于阈值电压；若是，则执行s820；若否，则执行s840。
113.s820、高压电路导通状态为断开状态。
114.s830、电池管理系统控制电池能量分配单元的主正继电器和主负继电器断开；执行s860。
115.s840、高压电路导通状态为导通状态。
116.s850、电池管理系统控制电池能量分配单元的主负继电器断开，并在主负继电器断开后控制电池能量分配单元的主正继电器断开；执行s860。
117.s860、整车控制器和电池管理系统记录故障信息，并调整整车控制器状态和电池管理系统状态均为故障状态。
118.需要注意的是：电池管理系统检测动作设置在电池管理系统给主被动一体式熔断器q提供激发电源信号一定时间(例如10ms)后，电池管理系统判断电池能量分配单元输出的正负极之间(例如图1中的m点-n点)电压差是否小于等于阈值电压(例如10v)。
119.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
120.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。