電驅動車輛的高壓安全模塊以及具有該高壓安全模塊的電驅動車輛的製作方法

2023-07-18 02:26:06 1

本發明涉及一種電驅動車輛的高壓安全模塊。本發明還涉及一種具有該高壓安全模塊的電驅動車輛。

技術背景

發生交通事故後，及時救援對電驅動車輛中的駕駛員和/或乘員而言非常重要。但是，當救援人員試圖接觸發生了事故的車輛時，他們通常無法明確判定車輛的高壓動力電池是否已經與車輛的其他組件完全斷開。如未完全斷開，則救援人員可能遭到危險的電擊。

為此，在電驅動車輛中提供電池管理系統(bms)和繼電裝置。事故發生後，電池管理系統檢測到故障事件並隨後向繼電裝置發出信號。然後，繼電裝置將車輛的高壓動力電池與組件斷開，以便救援人員觸摸車輛的任何部位時均不會出現有害電流。因此，接觸事故車輛是安全的。

現有技術公開了一種安全系統(包括電池、開關、電池管理單元、碰撞檢測單元和控制器區域網絡這些組件中至少一個組件)，其在發生故障時將電動車輛的高壓動力電池與一個或多個組件自動斷開。

電動車輛的通用高壓安全控制裝置亦是已知的。高壓安全控制裝置能夠在電池充放電期間或電動車輛正常運行時對車輛的高壓動力電池提供保護。

但是，電池管理系統和繼電裝置之間的熱和/或電氣幹擾會對電池管理系統的性能和使用壽命產生不利影響。因此，仍然需要改進傳統高壓安全裝置。

技術實現要素：

因此，本發明的目的在於提供一種電驅動車輛的高壓安全模塊，其可消除或至少減輕電池管理系統和繼電裝置之間熱和/或電氣幹擾對電池管下理系統的性能和使用壽命產生的不利影響。

為實現此目的，一方面，本發明提供一種具有高壓動力電池和電力驅動裝置的電驅動車輛的高壓安全模塊，其包括用於將高壓動力電池和電力驅動裝置電連接的繼電裝置、用於管理繼電裝置以控制高壓動力電池和電力驅動裝置的連接的電池管理系統以及位於繼電裝置和電池管理系統之間的阻擋層。

根據本發明的有利實施例，阻擋層優選為絕熱層和/或絕電層以便包含開關和高壓動力電池的高壓電路可以安全、可靠地與電池管理系統的低壓電路分開。

根據本發明的有利實施例，電池管理系統被設置成與檢測故障事件和發射故障信號的傳感器進行通信以接收傳感器發出的故障信號。

根據本發明的有利實施例，繼電裝置包括開關；收到具有預設強度的故障信號後，所述開關在電池管理系統控制下開啟。

根據本發明的有利實施例，繼電裝置和電池管理系統被彼此相鄰地設置在一個單元中。因此，繼電裝置和電池管理系統之間連接電路的長度可以縮短，以使信號傳輸處的距離可以縮短。因此，故障信號錯誤傳輸的概率可以有利的方式降低，因為錯誤傳輸會由連接電路沿線的信號幹擾導致。此外，故障信號傳輸失敗的概率可以有利的方式降低，因為傳輸失敗通常在連接電路在事故中切斷時發生。此安排還有利於維修，因為不必再檢查車輛不同部位的組件的功能狀況。此外，繼電裝置和電池管理系統可在必要時在不同部位定位為一個單元。

根據本發明的優選實施例，繼電裝置設置在電池管理系統下方。電池管理系統和繼電裝置的上下安排可實現高壓安全模塊的更緊湊結構，以便降低車輛中高壓安全模塊的安裝尺寸以節省空間。

根據本發明的有利實施例，繼電裝置和電池管理系統可彼此隔開10毫米。繼電裝置和電池管理系統的緊湊安排可進一步提高信號傳輸的即時性並降低車輛中高壓安全模塊的安裝尺寸以節省空間。

根據本發明的有利實施例，高壓安全模塊設置在車輛非變形區。因此，在事故未嚴重到損害非變形區的情況下，一個單元中的高壓安全模塊可保持其功能。在這種情況下，高壓安全模塊能夠控制開關的可靠打開且能通報高壓電源的完全切斷以便可及時開展救援。如果事故嚴重到損害非變形區，則變形區將遭到毀壞。因此，設置在非變形區的高壓動力電池遭到完全毀壞。因此，救援人員可接觸的車輛部位無危險電壓。這樣，未能產生或收到信號的概率或產生或收到錯誤信號的概率得以降低。

根據本發明的有利實施例，繼電裝置還包括用於為高壓動力電池充電的預充電電阻和預充電開關。

根據本發明的有利實施例，開關包括陽極開關和/或陰極開關；其中，陽極開關連接到高壓動力電池的陽極，而陰極開關連接到高壓動力電池的陰極。

根據本發明的有利實施例，電池管理系統通過冗餘信號生成裝置與傳感器進行通信。冗餘信號生成裝置可有效地接收來自傳感器的故障信號，並進一步將故障信號傳輸到電池管理系統。信號可以無線方式或通過電纜傳輸。如果提供了幾個冗餘信號生成設備，則與傳感器和電池管理系統的通信可能是平行的。即，在其他冗餘信號生成裝置不能正常工作時，故障信號可通過一個單獨的冗餘信號生成裝置傳輸到電池管理系統。

根據本發明的有利實施例，電池管理系統包括信號收發器。通過信號收發器，可向外發出各種信號，或與外界通信是可能的。因此，救援人員可根據信號收發器發出的信號執行相應行動而不會遇到任何危險。

根據本發明的有利實施例，電池管理系統進一步包括單個供電裝置。因此，即便車輛的高壓電源完全切斷，電池管理系統亦不會故障。這樣，未能產生或收到信號的概率或產生或收到錯誤信號的概率得以進一步降低。

本發明進一步涉及具有上述高壓安全模塊的電驅動車輛。

根據本發明，通過在繼電裝置和電池管理系統之間設置阻擋層，電池管理系統和繼電裝置之間的熱和/或電氣幹擾可能消除或減輕以消除或至少減輕對電池管理系統性能和壽命的不良影響，從而提高高壓安全模塊的性能和延長電池管理系統的使用壽命。

附圖說明

本發明的實施例將通過舉例、參照下列附圖說明，其中：

圖1為表明本發明實施例中電驅動車輛高壓安全模塊與其他組件連接的示意圖。

具體實施方式

圖1為表明本發明實施例中電驅動車輛高壓安全模塊與其他組件連接的示意圖。如圖1所示，在電驅動車輛(尤其是在電動車輛中)提供高壓安全模塊1。高壓安全模塊1設置在車輛的非變形區即在故障中受保護的區域，如圖1中虛線所圍區域所示。下文將介紹非變形區的詳細情況。

高壓安全模塊1包括電池管理系統2和繼電裝置3。電池管理系統2與設置在高壓安全模塊1外的傳感器4相連。傳感器4被設置成檢測故障事件並隨後向電池管理系統2發出故障信號。傳感器4例如可以是加速度傳感器、變形傳感器或力傳感器。繼電裝置3包括與車輛的高壓動力電池5和電力驅動裝置(未顯示，例如電機)連接的開關。發生故障事件後，傳感器4能夠檢測故障事件(例如非常高的負加速度、車身變形或很強的碰撞力)並隨後通過連接電路向電池管理系統2發送故障信號。然後，電池管理系統2將故障信號與存儲在電池管理系統2中的預設參考信號進行比較。例如，參考信號可能對應負加速度、車身變形或碰撞力的閾值。根據比較結果，電池管理系統2確定是否應當打開繼電裝置3的開關以將電動車輛的高壓動力電池與其他組件斷開。例如，如果故障信號強於存儲在電池管理系統中的預設參考信號，則開關在電池管理系統2的控制下打開。有利的是，收到故障信號後，電池管理系統2還可檢測高壓動力電池5的狀況，即高壓動力電池5是否在故障中遭到毀壞。如果電池5未遭到毀壞，則電池管理系統2根據比較結果確定是否應當打開繼電裝置3的開關以將電動車輛的高壓動力電池與其他組件斷開。如果電池5已遭到毀壞，則電池管理系統2可向外面發送信號，告知接觸事故車輛是安全的。

繼電裝置3和電池管理系統2可被儘可能地彼此相鄰地設置在一個單元中。繼電裝置3和電池管理系統2可進一步設置在車輛非變形區。其中，非變形區是車輛中為吸收碰撞能量而在變形區外設置的區域。更具體地說，故障事件發生後，變形區可補償車輛動能的變動。例如，非變形區可按照車輛碰撞測試結果建造。

繼電裝置3和電池管理系統2之間的距離例如可以是10毫米。如圖1所示，繼電裝置3可設置在電池管理系統2附近，例如一個在另一個下面或旁邊。繼電裝置3和電池管理系統2的其他布置也是可行的，只要它們以緊湊的方式布置即可。此外，阻擋層6可設置在繼電裝置3和電池管理系統2之間。阻擋層6例如可以是絕熱層、絕電層或絕熱絕電層。電池管理系統2通常包括低壓電路，而與高壓動力電池5連接的繼電裝置3形成高壓電路。通過絕熱層和/或絕電層，高壓電路與低壓電路分開，它們之間無熱傳輸或至少難以傳熱，且它們之間不導電或至少難以導電。此外，當阻擋層6為絕電層時，電池的高壓不會通過與車輛車身電連接的電池管理系統應用於車輛的車身。此處的絕熱層和/或絕電層可用合成材料(例如，泡沫材料)製成。此外，絕熱層和/或絕電層可能位於繼電裝置一側和/或電池管理系統一側。

繼電裝置3可包括陽極開關31和陰極開關32。如圖1所示，陽極開關31與高壓動力電池5的陽極51連接，陰極開關32與高壓動力電池5的陰極52連接。繼電裝置3還包括電纜陽極連接器35和電纜陰極連接器36(均設置在高壓安全模塊1外面)。電纜陽極連接器35與陽極51通過陽極開關31連接，電纜陰極連接器36與陰極52通過陰極開關32連接。因此，當陽極開關31和陰極開關32均關閉時，高壓電供向驅動車輛的電力驅動裝置。如有必要，高壓電源的切斷通過打開任何一個開關來實現。繼電裝置3還可包括預充電開關33和預充電電阻34以對以已知方式設置在高壓安全模塊1外面的高壓動力電池5充電。

電池管理系統2可與傳感器4直接進行通信和/或與傳感器4通過設置在高壓安全模塊1外面的冗餘信號生成裝置7進行通信。冗餘信號生成裝置7可以是安全氣囊控制裝置、安全帶控制裝置、信號燈控制裝置、座椅控制裝置等。發生時故障事件11後，傳感器4檢測到故障、產生故障信號並將故障信號傳輸到冗餘信號生成裝置7。收到故障信號後，冗餘信號生成裝置7執行相應的行動來保護車輛用戶。當故障信號直接傳輸到電池管理系統2和傳輸到冗餘信號生成裝置7時，電池管理系統將比較接收的兩個信號。如果這兩個信號的強度和時間相同，則電池管理系統2將執行進一步行動。

在實施例中，冗餘信號生成裝置7是安全氣囊控制裝置。接到事故信號後，安全氣囊控制裝置能夠產生冗餘信號並部署安全氣囊。因此，車內的駕駛員和乘員可得到保護。

在另一個實施例中，冗餘信號生成裝置7是安全帶控制裝置。收到故障信號後，安全帶控制裝置能夠產生冗餘信號並把駕駛員和乘員拉向其座位的靠背。因此，向前碰撞造成的危險可以至少降低。

在另一個實施例中，冗餘信號生成裝置7是信號燈控制裝置。接到故障信號後，信號燈控制裝置能夠產生冗餘信號並使信號燈亮起或閃爍。因此，可向外表明發生了事故。

冗餘信號生成裝置7不僅控制車輛的相應組件以採取行動，而且生成傳輸到電池管理系統2的冗餘信號。隨後，電池管理系統2能夠以上述方式確定是否應當打開繼電裝置3的開關以將電動車輛的高壓動力電池與其他組件斷開。如果有必要切斷高壓電路，則電池管理系統2控制兩個高壓開關31、32以可逆或不可逆地打開，以使電纜陽極連接器35或電纜陰極連接器36上均無電壓存在。

雖然根據此實施例，故障信號發送到冗餘信號生成裝置7以產生傳輸到電池管理系統2的冗餘信號，但是本發明並不限於此實施例。故障信號可以另一種單獨方式直接發送到電池管理系統2確定是否應當打開繼電裝置3的開關以將電動車輛的高壓動力電池與其他組件斷開。

電池管理系統2還可包括信號收發器(未顯示)。通過信號收發器，事故信號可發送到外部，例如外部接收器9。事故信號包含各種信息，例如事故發生地點、高壓動力電池的狀況(例如，損壞、與車輛的其他組件斷開或連接等)等等。信號可能因電池狀況的而異，例如，成功斷開可由恆定信號表明而不成功斷開可由變化信號表明。這些信號可能根據查詢發出，或可能在事故發生後不斷發出。信號還可能呈不同形式，例如無線電信號、聲學信號、可見信號等等。此外，信號可能是公開的，即可由任何移動終端(例如另一輛車中的移動終端)收到。信號還可以是加密的，即只有指定設備(例如專業救援人員使用的特定裝備，或特定救援點)可以收到。由此可見，可以限制信號的接收。

電池管理系統2還可設置有供應無害低壓的單個供電裝置。高壓供電切斷時，單個供電裝置為電池管理系統供電。

儘管已為了說明目的而根據目前被視為最實際最優選的實施例詳細描述了本發明，但是應當指出：這種細節只是為了這個說明目的而提供的，本發明並不限於披露的實施例；相反，本發明涵蓋在所附權利要求精神和範圍內的修改和同等安排。